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Bereich der Erfindung
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Die Offenbarung betrifft eine Motorvorrichtung mit einer Motoreinheit und einer an der Motoreinheit angebrachten Servoantriebseinheit, wobei die Servoantriebseinheit ein Servoantriebsgehäuse und eine erste Leiterplatte mit einem oder mehreren elektronischen Elementen umfasst, die Motoreinheit ein Motorgehäuse und einen Rotor umfasst, und eine Zwischeneinheit zwischen der Motoreinheit und mindestens einem ersten Teil der Servoantriebseinheit angeordnet ist, wobei die Zwischeneinheit eine Haupterstreckungsebene senkrecht zu einer axialen Richtung des Rotors aufweist.
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Bei einigen bekannten Umrichtermotorgeräten, d. h. Motorgeräten oder Motorvorrichtungen mit integrierten Umrichterelementen und/oder integrierter anderer Leistungselektronik, wird eine Zwischeneinheit als thermische Isolierschicht verwendet, um die elektronischen Elemente der Servoantriebseinheit vor der Wärme des Motors zu schützen. Diese Isolationsschicht bzw. Zwischeneinheit besteht typischerweise aus einer einzigen Komponente aus Polymer und dient ausschließlich der thermischen Isolation.
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Darüber hinaus haben die bekannten Umrichtermotorvorrichtungen mehrere unterschiedliche Gehäuseteile, die das Gehäuse oder den Körper der kompletten Motorvorrichtung, d.h. das gesamte Motorvorrichtungsgehäuse, bilden. Das Gehäuse der kompletten Motorvorrichtung erfordert einen erheblichen Aufwand, um ein gewünschtes Maß an Schutz vor Eindringen zu erreichen. Üblicherweise werden zwischen den verschiedenen Gehäuseteilen (den Gehäusen der verschiedenen Einheiten) Dichtungen vorgesehen, um das Gehäuse der Umrichterelemente, insbesondere das Servoantriebsgehäuse und/oder das Motorgehäuse, abzudichten. Diese Dichtungen bestehen in der Regel aus ausgeschnittenen Platten aus einem Elastomerpolymer, die in einem Montageverfahren der Motorvorrichtung auf die Isolierschicht, d. h. die Zwischeneinheit, gestapelt werden. Dieser Montagevorgang ist zeitintensiv und anfällig für Montagefehler, die die Dichtung unwirksam machen.
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Alternativ kann das gesamte Elektronikgehäuse, z. B. das Servoantriebsgehäuse und/oder das Motorgehäuse, vergossen werden, aber auch diese Verfahren sind zeitaufwändig, teuer und erfordern die Verwendung gefährlicher, umweltschädlicher Stoffe. Eine andere Möglichkeit sind Klebe- oder Flüssigdichtungen zwischen den verschiedenen Gehäuseteilen. Dies ist jedoch ein zeitaufwändiger Schritt bei der Montage. Daher wird bei niedrigen Schutzarten von dieser Maßnahme abgesehen und die verschiedenen Gehäuseteile werden einfach direkt zusammengefügt.
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Das Problem der zeitaufwendigen, fehleranfälligen und den Einbauschutz gefährdenden Montage wird dadurch verschärft, dass Motorvorrichtungen in der Regel über eine oder mehrere Leuchtdioden (LED) verfügen, die einen Status der Motorvorrichtung optisch anzeigen. Diese Leuchtdioden sind in der Regel auf der Rückseite eines Umrichterelements angebracht und von außen, d.h. einer äußeren Umgebung der Motorvorrichtung, sichtbar und dazu geeignet, einem Benutzer den Status der Vorrichtung durch einen optischen Code mitzuteilen. Diese LEDs erfordern jedoch eine weitere Öffnung im Gehäuse der Motorvorrichtung, die abgedichtet werden muss, was zusätzliche Teile und zusätzlichen Aufwand bei der Montage der Motorvorrichtung bedeutet.
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Eine beispielhafte Umrichtermotorvorrichtung mit einer wärmeisolierenden Zwischeneinheit ist in der
EP 3 183 800 A1 dargestellt.
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Die objektive technische Aufgabe, die durch die vorliegende Erfindung zu lösen ist, kann daher darin gesehen werden, eine Motorvorrichtung mit einer Motoreinheit und einer an der Motoreinheit angebrachten Servoantriebseinheit bereitzustellen, die in einem einfachen und ausfallsicheren Montageverfahren, d.h. in einem weniger zeitintensiven und weniger fehleranfälligen Montageverfahren als bei den bekannten Ansätzen, montiert werden kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Dieses Problem wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
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Ein Aspekt betrifft eine Motorvorrichtung mit einer Motoreinheit und einer an der Motoreinheit angebrachten Servoantriebseinheit. Die Motorvorrichtung kann als Invertermotorvorrichtung bezeichnet werden, da die Motorvorrichtung ein oder mehrere Inverterelemente als leistungselektronische Elemente umfasst. Die Servoantriebseinheit umfasst ein Servoantriebsgehäuse und eine erste Leiterplatte mit einem oder mehreren elektronischen Elementen. Bei diesen elektronischen Elementen kann es sich um Steuerelemente, vorzugsweise nur um Steuerelemente, im Gegensatz zu leistungselektronischen Elementen handeln. Das Servoantriebsgehäuse ist im montierten Zustand der Motorvorrichtung Teil des Gehäuses der gesamten Motorvorrichtung, also des gesamten Motorvorrichtungsgehäuses, das im Folgenden als Körper der Motorvorrichtung bezeichnet wird, um Verwechslungen mit den Gehäusen der einzelnen Einheiten wie Servoantriebseinheit und Motoreinheit zu vermeiden. Die Servoantriebseinheit kann aus zwei Teilen bestehen. Dann ist die erste Leiterplatte mit dem einen oder den mehreren elektronischen Elementen im ersten Teil der Servoantriebseinheit angeordnet. Der zweite Teil der Servoantriebseinheit kann eine zweite Leiterplatte mit einem oder mehreren leistungselektronischen Elementen, wie z.B. Wechselrichterelementen, enthalten. Der erste Teil der Servoantriebseinheit ist vorzugsweise weiter von der Motoreinheit entfernt als der zweite Teil der Servoantriebseinheit.
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Die Motoreinheit umfasst ein Motorgehäuse, das einen Stator und einen Rotor aufweist. Optional kann die Motoreinheit auch eine elektromagnetisch betätigte Bremse enthalten. Ähnlich wie das Gehäuse des Servoantriebs ist das Motorgehäuse Teil des Körpers der Motorvorrichtung, wenn die Motorvorrichtung montiert ist. Alternativ zur Anordnung mit den Umrichterelementen im zweiten Teil der Servoantriebseinheit kann die zweite Leiterplatte mit der Leistungselektronik, insbesondere den Umrichterelementen, Teil der Motoreinheit sein.
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Zwischen der Motoreinheit und der Servoantriebseinheit, d.h. zumindest dem ersten Teil der Servoantriebseinheit, ist eine Zwischeneinheit angeordnet. Diese Zwischeneinheit hat eine Haupterstreckungsebene, die senkrecht zu einer axialen Richtung des Rotors verläuft. Folglich ist ihre Erstreckung senkrecht zur axialen Richtung deutlich größer als ihre Erstreckung in axialer Richtung. Beispielsweise kann die Ausdehnung senkrecht zur axialen Richtung mehr als das 2-fache, vorzugsweise mehr als das 5-fache der Ausdehnung in axialer Richtung betragen. Insbesondere kann die Ausdehnung in axialer Richtung, d.h. die Dicke der Zwischeneinheit mehr als 3 mm und/oder weniger als 20 mm betragen. In der Haupterstreckungsebene kann die Zwischeneinheit eine Fläche von mehr als 50×50mm2 und/oder weniger als 100×100mm2 abdecken. Die Zwischeneinheit kann einen im Wesentlichen rechteckigen, z. B. rechteckigen oder quadratischen Durchmesser haben, eventuell mit abgerundeten Kanten; vorzugsweise mit Seitenlängen von mehr als 50 mm und oder weniger als 100 mm.
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Die Zwischeneinheit kann zwischen der vollständigen Servoantriebseinheit und der Motoreinheit angeordnet werden, d.h. mit dem ersten und zweiten Teil der Servoantriebseinheit, falls vorhanden, auf der einen Seite der Zwischeneinheit und der Motoreinheit auf der anderen Seite der Zwischeneinheit. Alternativ kann die Zwischeneinheit auch so angeordnet sein, dass der erste Teil der Servoantriebseinheit auf der einen Seite der Zwischeneinheit und der zweite Teil der Servoantriebseinheit sowie die Motoreinheit auf der anderen Seite der Zwischeneinheit angeordnet sind. So kann die Zwischeneinheit die Motoreinheit von der Servoantriebseinheit oder den ersten Teil der Servoantriebseinheit von Motoreinheit und zweitem Teil der Servoantriebseinheit trennen.
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Dabei ist die Zwischeneinheit eine multifunktionale Zwischeneinheit, die ein Spritzgusselement umfasst, wobei die Zwischeneinheit so ausgestaltet ist, dass sie mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei, besonders bevorzugt mindestens vier, am meisten bevorzugt alle, der im Folgenden erläuterten Funktionalitäten bereitstellt:
- - Eine Wärmeisolationsfunktionalität, wobei die Zwischeneinheit so konfiguriert ist, dass sie zumindest den ersten Teil der Servoantriebseinheit von der Motoreinheit thermisch isoliert. Folglich kann die Zwischeneinheit dazu ausgebildet sein, den ersten Teil der Servoantriebseinheit sowohl von der Motoreinheit als auch von dem zweiten Teil der Servoantriebseinheit thermisch zu isolieren, oder dazu ausgebildet sein, die Servoantriebseinheit als Ganzes, also den ersten Teil und den zweiten Teil der Servoantriebseinheit, von der Motoreinheit thermisch zu isolieren. Zu diesem Zweck kann das Material und/oder eine mechanische Struktur der Zwischeneinheit eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweisen als das Material und/oder die mechanische Struktur der Servoantriebseinheit und/oder der Motoreinheit, insbesondere des jeweiligen Motorgehäuses und/oder Servoantriebsgehäuses.
- - Eine elektromagnetische Abschirmfunktionalität, wobei die Zwischeneinheit so konfiguriert ist, dass sie zumindest den ersten Teil der Servoantriebseinheit von der Motoreinheit elektromagnetisch abschirmt. Ähnlich wie bei der thermischen Isolierung kann diese Funktion je nach Anordnung der Zwischeneinheit zwischen der Servoantriebseinheit auf einer Seite der Zwischeneinheit und der Motoreinheit auf der anderen Seite der Zwischeneinheit oder zwischen dem ersten Teil der Servoantriebseinheit auf einer Seite der Zwischeneinheit und dem zweiten Teil der Servoantriebseinheit und der Motoreinheit auf der anderen Seite der Zwischeneinheit vorgesehen sein.
- - eine Dichtungsfunktionalität, wobei die Zwischeneinheit so ausgebildet ist, dass sie den Körper der Motorvorrichtung gegen eine äußere Umgebung, insbesondere gegen Staub und/oder Feuchtigkeit aus dieser äußeren Umgebung, abdichtet. Ähnlich wie bei den anderen Funktionalitäten kann diese Funktionalität je nach Anordnung der Zwischeneinheit zwischen der Servoantriebseinheit auf einer Seite der Zwischeneinheit und der Motoreinheit auf der anderen Seite der Zwischeneinheit oder zwischen einem ersten Teil der Servoantriebseinheit auf einer Seite der Zwischeneinheit und einem zweiten Teil der Servoantriebseinheit und der Motoreinheit auf der anderen Seite der Zwischeneinheit vorgesehen sein.
- - Eine Lichtleiterfunktionalität, wobei die Zwischeneinheit so konfiguriert ist, dass sie Licht, das von einer Lichtquelle im Inneren des Gehäuses der Motorvorrichtung emittiert wird, in die äußere Umgebung der Motorvorrichtung leitet. Wie die anderen Funktionen kann diese Funktion je nach Anordnung der Zwischeneinheit zwischen der Servoantriebseinheit auf einer Seite der Zwischeneinheit und der Motoreinheit auf der anderen Seite der Zwischeneinheit oder zwischen dem ersten Teil der Servoantriebseinheit auf einer Seite der Zwischeneinheit und dem zweiten Teil der Servoantriebseinheit und der Motoreinheit auf der anderen Seite der Zwischeneinheit vorgesehen sein.
- - Eine tragende Funktionalität, d.h. eine Stützfunktion, die zur strukturellen Integrität und/oder mechanischen Stabilität des Gehäuses der Motorvorrichtung beiträgt, wobei die Zwischeneinheit als tragendes oder stützendes Teil der Motorvorrichtung, insbesondere des Gehäuses der Motorvorrichtung, ausgebildet ist. Ebenso wie die anderen Funktionalitäten kann diese Funktionalität je nach Anordnung der Zwischeneinheit zwischen der Servoantriebseinheit auf einer Seite der Zwischeneinheit und der Motoreinheit auf der anderen Seite der Zwischeneinheit oder zwischen einem ersten Teil der Servoantriebseinheit auf einer Seite der Zwischeneinheit und einem zweiten Teil der Servoantriebseinheit und der Motoreinheit auf der anderen Seite der Zwischeneinheit vorgesehen sein.
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Der Erfindung liegt also die Erkenntnis zugrunde, dass die Zwischeneinheit, die üblicherweise nur ein einfaches, nicht transluzentes, einkomponentiges Polymerteil ist, das nur eine Wärmedämmfunktionalität hat, eigentlich gut geeignet ist, gleichzeitig mehrere andere Funktionalitäten zu erfüllen, wobei diese Funktionalitäten mit geringem Aufwand erreicht werden können und sogar die Anzahl der Teile, die bei der Herstellung des Motorgeräts montiert werden müssen, reduzieren. Anstelle des zeitaufwändigen Herstellungsverfahrens mit vielen verschiedenen Komponenten und Bauteilen ermöglicht es die Erfindung, zusätzliche Funktionalitäten ohne zusätzliche Teile während des Herstellungsverfahrens zu realisieren. Alle zusätzlichen Funktionalitäten beziehen sich nämlich auf die Konstruktion und Fertigung der Zwischeneinheit sowie gegebenenfalls der Servoantriebseinheit und der Motoreinheiten vor dem Montageprozess und erfordern keine zusätzlichen Teile oder Fertigungsschritte im Vergleich zur herkömmlichen Fertigung/Montage der Motorvorrichtung. Für einige Funktionalitäten kann es erforderlich sein, dass das Spritzgusselement ein Mehrkomponentenspritzgusselement ist, was aber kein Problem darstellt, da das Spritzgießen eine ausgereifte Technologie ist. Die vorgeschlagene Lösung spart somit Montagezeit und Zeit für die Schulung des Fertigungspersonals. Folglich stellt sie eine Motorvorrichtung mit einer Motoreinheit und einer an der Motoreinheit angebrachten Servoantriebseinheit bereit, die in einem einfachen und ausfallsicheren Montageverfahren zusammengebaut werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Spritzgusselement zur Bereitstellung der Dichtungsfunktionalität ein Mehrkomponenten-Spritzgusselement, das aufweist eine erste Weichkomponente, z. B. ein Elastomer, die Teil einer ersten Umfangsdichtung ist oder diese bildet, eine zweite Weichkomponente, z. B. dasselbe oder ein anderes Elastomer, die Teil einer zweiten Umfangsdichtung ist oder diese bildet, die von der ersten Umfangsdichtung getrennt ist, und eine Hartkomponente, z. B. ein Polymer oder Glas, die Teil die Teil eines umlaufenden Körperabschnitts des Körpers der Motorvorrichtung ist oder einen solchen bildet. Die Hartkomponente kann als erste Hartkomponente bezeichnet werden oder aus einer oder mehreren (ersten, zweiten,...) Hartkomponenten bestehen. Jede Hartkomponente des Spritzgusselements kann härter sein als die Weichkomponenten. Der Umfangsabschnitt des Körpers kann als Ring oder ähnlich geformt sein, z. B. ein rechteckiger Ring mit abgerundeten Ecken. Die Weichkomponenten sind weicher als die Hartkomponente, und die erste Umfangsdichtung dichtet einen Spalt zwischen dem Servoantriebsgehäuse und dem umlaufenden Körperabschnitt ab, und die zweite Umfangsdichtung dichtet einen Spalt zwischen dem umlaufenden Körperabschnitt und dem Motorgehäuse ab. Folglich ist der Körper in den jeweiligen Bereichen zwischen dem umlaufenden Körperabschnitt, d.h. der Zwischeneinheit, und dem Servoantriebsgehäuse bzw. dem Motorgehäuse, d.h. der Servoantriebseinheit und der Motoreinheit, abgedichtet. Das Problem der mehrteiligen Dichtungen wird dadurch gelöst, dass die Dichtung in die Zwischeneinheit (in der Regel dient sie der Wärmeisolierung) integriert wird, die bei einigen bekannten Umrichtermotoren ohnehin vorhanden ist. Die flexiblen Teile, die Weichkomponenten, sorgen für die Dichtung, und der starre Teil, die Hartkomponente, stützt die Dichtung. Die Hartkomponente kann auch eine oder mehrere der anderen Funktionen übernehmen, ohne die Dichtungsfunktionalität zu beeinträchtigen, wie aus dem Rest der Beschreibung hervorgeht. Durch die Abdichtung des Körpers der Motorvorrichtung als Ganzes ist es auch nicht erforderlich, die einzelnen Einheiten, d.h. Servoantriebseinheit und/oder Motoreinheit, abzudichten. Dies ist besonders vorteilhaft für die B-Seite der Motoreinheit, ihre „Backplate“, mit all ihren Öffnungen für Motorwelle und elektrische Anschlüsse, da diese Innenseite der Motoreinheit hier nicht abgedichtet werden muss, ebenso wenig wie die dem Motor zugewandte Oberflächenebene der Servoantriebseinheit. So wird wiederum Zeit gespart und die Komplexität reduziert, was die Montage sicherer macht. So wird die zusätzliche Funktionalität auf einfache und zuverlässige Weise verwirklicht.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird zur Bereitstellung der elektromagnetischen Abschirmfunktionalität ein ferromagnetisches Abschirmelement, wie z. B. ein Metallblech, teilweise oder vollständig von dem Spritzgusselement umspritzt, das vorzugsweise ein Mehrkomponenten-Spritzgusselement sein kann, beispielsweise wie im letzten Absatz beschrieben. Dabei kann das ferromagnetische Abschirmelement mit der Hartkomponente oder einer anderen Hartkomponente, d.h. einem beliebigen Hartkomponententeil des Spritzgießelements, umspritzt werden. Eine geeignete (vorzugsweise harte) Komponente kann ein Polymer sein. Vorzugsweise weist das ferromagnetische Abschirmelement eine Haupterstreckungsebene auf, die senkrecht zur axialen Richtung des Rotors verläuft. Dies bietet zwei wesentliche Vorteile, die auf einfache und effektive Weise erreicht werden. Erstens wird eine ferromagnetische Abschirmung der elektronischen Elemente der Servoantriebseinheit von der Motoreinheit erreicht. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Umrichter-Motorvorrichtung mit einer elektromagnetisch betätigten Bremse und die Servoantriebseinheit mit einem magnetischen Sensorsystem, beispielsweise zur Winkel- oder Strommessung, ausgestattet ist. Diese beiden Systeme müssen nämlich magnetisch voneinander abgeschirmt werden, um Störungen des Sensors durch Streufelder des Magnetfeldes der Bremse zu vermeiden. Konventionell muss eine magnetische Isolationsschicht zur Abschirmung gegen solche Felder separat am Gehäuse angebracht werden oder bei den bekannten Lösungen das Gehäuse der Bremse komplett abdecken, was sich negativ auf Anschlüsse, Ästhetik und Produktionskosten auswirkt. Zweitens wird durch das Umspritzen das Abschirmelement vor Korrosion geschützt. Eine aus dem Stand der Technik bekannte Behandlung des ferromagnetischen Schirmelementes wie Schutzlackierung o.ä. entfällt damit. Auch hier wird die zusätzliche Funktionalität auf einfache und zuverlässige Weise realisiert.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Spritzgusselement zur Bereitstellung der Wärmedämmfunktionalität eine Vielzahl von Sacklöchern auf, d. h. eine Vielzahl von nebeneinander liegenden Sacklöchern, die eine beliebige Form haben können und durch Wände getrennt sind, die durch das Spritzgusselement, vorzugsweise eine Hartkomponente des Spritzgusselements, gebildet werden. Auch in diesem Fall ist oder umfasst das Spritzgusselement vorzugsweise das oben beschriebene Mehrkomponenten-Spritzgusselement, das die Integration verschiedener Funktionalitäten begünstigt. Insbesondere kann die Vielzahl der Sacklöcher in einer Wabenstruktur angeordnet sein, d.h. die Sacklöcher können Hohlräume bilden, die durch Wände voneinander getrennt sind, deren offene Seite in die gleiche Richtung ausgerichtet ist, ähnlich einzelnen Waben in einer Wabenstruktur. Da die Sacklöcher jedoch eine beliebige Form haben können, z. B. eine rechteckige Form, müssen die Löcher nicht in einer sechseckigen Struktur angeordnet sein. Vorzugsweise sind die Sacklöcher in Richtung der Motoreinheit offen, wobei ein Gehäuse der Motoreinheit oder eine zweite Leiterplatte der Motoreinheit oder der Servoantriebseinheit (vorzugsweise des zweiten Teils der Servoantriebseinheit, wenn die Servoantriebseinheit durch die Zwischeneinheit in zwei Teile geteilt ist) diese Sacklöcher im montierten Zustand der Motorvorrichtung verschließt, um den Luftaustausch zwischen den Sacklöchern gering zu halten. Dadurch wird die isolierende Zwischeneinheit, die eine wärmere Zone und eine kältere Zone der Umrichter-Motorvorrichtung thermisch trennt, effizienter, ohne nennenswertes Gewicht hinzuzufügen, da die Sacklöcher getrennte Luftkammern bilden, was eine gute Wärmeisolierung gewährleistet. Der heißere Bereich umfasst in der Regel die Motoreinheit und den Motor selbst, der kältere Bereich die elektronischen (Steuer-)Elemente wie Mikrocontroller, Encoder oder Kommunikationsgeräte. Der Wechselrichter selbst kann sich entweder in der wärmeren oder in der kälteren Zone befinden - vorzugsweise in der wärmeren Zone, die thermisch gut mit der Motoreinheit oder einem Teil der Motoreinheit verbunden ist. Da die Luft in getrennten Fächern aufgefangen wird, kann sie nicht zwischen den verschiedenen Temperaturzonen ausgetauscht werden und sich nicht in nennenswertem Umfang entlang der wärmeren und kälteren Teile bewegen, d. h. der Teile, die zur wärmeren oder kälteren Zone gehören.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist zur Bereitstellung der Lichtleitfunktionalität eine Komponente des Spritzgusselements, vorzugsweise ein zusätzliche (vorzugsweise harte) Komponente oder die Hartkomponente von oben, aus einem lichtdurchlässigen Material, vorzugsweise Kunststoff oder Glas, hergestellt und so geformt, dass ein von mindestens einer auf der ersten Leiterplatte, also innerhalb der Motorvorrichtung, angeordneten Lichtquelle emittiertes Licht in eine äußere Umgebung der Motorvorrichtung geleitet wird. Dies hat zum einen den Vorteil, dass keine zusätzliche Bohrung im Gehäuse der Servoantriebseinheit vorgesehen werden muss, was die Herstellung und Montage einfacher und effizienter macht. Zum anderen erhöhen sich die Möglichkeiten zur Gestaltung der Lichtemission in die äußere Umgebung, so dass z.B., wie im Folgenden beschrieben, auch mit nur einer LED als Lichtquelle Licht in mehr als eine Richtung abgestrahlt werden kann, d.h. die Größe der beleuchteten Fläche pro LED kann erhöht werden. Werden mehrere LEDs verwendet, kann das Licht jeder der LEDs auf unterschiedliche Seiten der Motorvorrichtung gelenkt werden, was sowohl die Menge der an die Umgebung übertragbaren Informationen als auch die Zuverlässigkeit der Informationsübertragung erhöht. Letzteres aufgrund der erhöhten Sichtbarkeit, die im Stand der Technik nur durch mehrere redundante, auf verschiedenen Seiten des Motorvorrichtungskörpers angeordnete LEDs erreicht werden kann (was mit den oben beschriebenen Nachteilen verbunden ist). Ersteres, weil die funktionale Redundanz der verfügbaren Anzahl von LEDs reduziert werden kann, wodurch LEDs für eine verstärkte Informationssignalisierung frei werden. Folglich können die LEDs für Lichtanimationen verwendet werden, die entsprechende Informationen über den Zustand der Vorrichtung kodieren. Beispielsweise können die LEDs so konfiguriert werden, dass sie ein optisches Muster anzeigen, das sich in Umfangsrichtung um das Gerät bewegt. Vorzugsweise sind die LEDs auf derselben Leiterplatte montiert.
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Entsprechend kann das transluzente Material, d.h. die Komponente aus transluzentem Kunststoff oder Glas, eine Außenfläche der Motorvorrichtung bilden, d.h. einen Teil der Außenfläche des Körpers der Motorvorrichtung, die zumindest teilweise in Umfangsrichtung um die Motorvorrichtung herum verläuft. Die von dem lichtdurchlässigen Material gebildete Außenfläche verläuft also um die Motorvorrichtung herum, vorzugsweise in einer tangentialen Ebene senkrecht zur axialen Richtung. Insbesondere kann die lichtdurchlässige Außenfläche in Umfangsrichtung um mehr als 180°, vorzugsweise um mehr als 270°, besonders bevorzugt um mehr als 350° oder 360° um die Motorvorrichtung herum verlaufen. Somit kann das Licht radial in jede beliebige Richtung, sogar in alle radialen Richtungen, abgestrahlt werden. Die von dem lichtdurchlässigen Material gebildete Außenfläche kann eine ringförmige Gestalt haben, so dass in axialer Richtung ein Abschnitt des Körpers der Motorvorrichtung von dem lichtdurchlässigen Material gebildet wird. Da die ringförmige Form vorteilhafterweise an die entsprechende Querschnittsform des Motorgehäuses und/oder des Servoantriebsgehäuses angepasst ist, kann die lichtdurchlässige Oberfläche des Gehäuses bei Beleuchtung durch die mindestens eine Lichtquelle der ersten Leiterplatte auch mit einer einzigen LED-Lichtquelle die durch das Licht angezeigten Zustandsinformationen zuverlässig und aus nahezu jedem Winkel sichtbar übertragen.
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Insbesondere umfasst die lichtdurchlässige Komponente, vorzugsweise Hartkomponente, einen ersten klaren Abschnitt und einen zweiten, vorzugsweise trüben (milchigen) Abschnitt, wobei der erste klare Abschnitt entlang des Weges des Lichts von der Lichtquelle zur äußeren Umgebung zwischen der Lichtquelle und dem zweiten, vorzugsweise trüben, Abschnitt angeordnet ist und der zweite, vorzugsweise trübe, Abschnitt zwischen dem ersten klaren Abschnitt und der äußeren Umgebung. Die lichtdurchlässige Komponente wirkt also als Lichtleiter und als Reflektor, um bei Beleuchtung ein gleichmäßiges Erscheinungsbild zu erzeugen. Der zweite Abschnitt kann trüb oder klar sein.
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Vorzugsweise handelt es sich bei der mindestens einen Lichtquelle um mehrere Lichtquellen, wobei die Lichtquellen in einer Ebene senkrecht zur axialen Richtung entweder nicht auf einem Kreis und nicht auf einer Geraden angeordnet sind, oder auf einem Kreis angeordnet sind, aber nicht äquidistant auf dem Kreis liegen. Diese Anordnungen haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn es um eine gleichmäßige Lichtverteilung auf der Außenfläche der Motorvorrichtung geht, insbesondere wenn die Form der Außenfläche aus dem lichtdurchlässigen Kunststoff an die Form(en) des benachbarten Servoantriebsgehäuses und/oder Motorgehäuses angepasst ist, wenn diese Gehäuse im Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung nicht rund sind.
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Folglich kann insbesondere die (vorzugsweise harte) Komponente aus lichtdurchlässigem Kunststoff einen nicht kreisförmigen Außenumfang haben, vorzugsweise einen im Wesentlichen rechteckigen Außenumfang, beispielsweise einen rechteckigen Umfang mit abgerundeten Ecken. Dabei begrenzt der äußere Umfang den lichtdurchlässigem Kunststoff der Hartkomponente gegenüber der äußeren Umgebung.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Spritzgusselement ein Mehrkomponenten-Spritzgusselement und umfasst neben der (vorzugsweise harten) lichtdurchlässigen Komponente eine wärmeisolierende Komponente, bei der es sich um eine weitere (vorzugsweise harte) Komponente handelt, die aus einem Kunststoff mit einer Wärmeleitfähigkeit besteht, die geringer ist als die Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffs der lichtdurchlässigen Komponente und/oder mit stabileren mechanischen Eigenschaften als die lichtdurchlässige Komponente, insbesondere bei hohen Temperaturen. Dies ist besonders vorteilhaft, da sowohl die Lichtleitfunktionalität als auch die Wärmedämmfunktionalität in einem einzigen Element realisiert (oder im letzteren Fall verbessert) werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Spritzgusselement, vorzugsweise mindestens eine der oben beschriebenen (vorzugsweise harten) Komponenten, zur Bereitstellung der Trag- oder Stützfunktionalität eine Ausrichtstruktur zur Ausrichtung oder Alignieren der Servoantriebseinheit und/oder der Motoreinheit mit der Zwischeneinheit durch ein formschlüssiges mechanisches Zusammenwirken (d.h. einen positiven Materialanschluss) mit der Servoantriebseinheit, insbesondere dem Servoantriebsgehäuse und/oder der ersten Leiterplatte, und/oder der Motoreinheit, insbesondere dem Motorgehäuse und/oder der zweiten Leiterplatte, auf. Ein solches formschlüssiges mechanisches Zusammenwirken kann durch einen oder mehrere Vorsprünge, wie beispielsweise Stifte, die von einer der Einheiten in entsprechende Aufnahmen, wie beispielsweise Löcher, der anderen Einheit hineinragen, und/oder durch eine oder mehrere Kanten einer Einheit, die so ausgebildet sind, dass sie in eine entsprechende Nut der anderen Einheit formschlüssig eingreifen, realisiert werden. Dies bietet den Vorteil einer noch weiter integrierten Motorvorrichtung mit multifunktionaler Zwischeneinheit, bei der die Anzahl der Verbindungsmittel wie Schrauben reduziert werden kann.
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Andere Aspekte beziehen sich auf eine Zwischeneinheit und/oder eine Servoantriebseinheit und/oder eine Motoreinheit für eine Motorvorrichtung einer der beschriebenen Ausführungsformen.
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Die oben beschriebenen Merkmale und Merkmalskombinationen, auch in der allgemeinen Einleitung, sowie die in der Figurenbeschreibung oder den Figuren allein offenbarten Merkmale und Merkmalskombinationen können nicht nur allein oder in der beschriebenen Kombination, sondern auch mit anderen Merkmalen oder ohne einige der offenbarten Merkmale verwendet werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Folglich sind auch Ausführungsformen Teil der Erfindung, die nicht explizit in den Figuren dargestellt und beschrieben sind, die aber durch separate Kombination der in den Figuren offenbarten Einzelmerkmale erzeugt werden können. Daher sind auch Ausführungsformen und Merkmalskombinationen, die nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs umfassen, als offenbart anzusehen. Ferner sind Ausführungsformen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die von den Merkmalskombinationen abweichen oder über die in den Abhängigkeiten der Ansprüche beschriebenen hinausgehen.
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Ausführliche Beschreibung
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Beispielhafte Ausführungsformen werden im Folgenden anhand von schematischen Zeichnungen näher beschrieben. Darin zeigen
- 1 eine Explosionszeichnung einer beispielhaften Ausführungsform einer Motorvorrichtung;
- 2 - 7 jeweils Querschnitte von beispielhaften Varianten von Motorvorrichtungen; und
- 8 eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Zwischeneinheit.
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In den Abbildungen sind gleiche oder funktionsgleiche Merkmale mit den gleichen Vorzeichen versehen.
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1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Motorvorrichtung 1 mit einer Motoreinheit 2 und einer an der Motoreinheit 2 angebrachten Servoantriebseinheit 3 in einer Explosionsdarstellung in axialer Richtung A der Motoreinheit 2. Dabei umfasst die Servoantriebseinheit 3 ein Servoantriebsgehäuse 3A und eine erste Leiterplatte 3B mit einem oder mehreren elektronischen Elementen 3C. Im vorliegenden Beispiel weist die erste Leiterplatte 3B auch mindestens eine Lichtquelle 3D auf, im vorliegenden Fall in Form von vier LEDs.
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Die Motoreinheit 2 umfasst ein Motorgehäuse 2A sowie einen im Gehäuse 2A angeordneten und in der Abbildung nicht dargestellten Rotor. Darüber hinaus umfasst die Motoreinheit 2 im vorliegenden Beispiel auch eine zweite Leiterplatte 2B mit einem oder mehreren Wechselrichterelementen 2C als Leistungselektronik. Somit ist die zweite Leiterplatte 2B eine spezielle Leiterplatte für die Wechselrichterelemente 2C. Im vorliegenden Beispiel umfasst die Motoreinheit 2 außerdem eine elektromagnetisch aktivierte Bremse 2D.
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Zwischen der Motoreinheit 2 und mindestens einem ersten Teil der Servoantriebseinheit 3, im vorliegenden Beispiel dem einzigen Teil der Servoantriebseinheit 3, d.h. der kompletten Servoantriebseinheit 3, ist eine Zwischeneinheit 4 angeordnet. Diese Zwischeneinheit 4 weist eine Haupterstreckungsebene auf, die senkrecht zur axialen Richtung A des Rotors, also der axialen Richtung A der Motoreinheit 2, steht. Die Zwischeneinheit 4 ist eine multifunktionale Zwischeneinheit 4. Diese multifunktionale Zwischeneinheit 4 umfasst ein Spritzgusselement 5, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus diesem Spritzgusselement 5 hergestellt ist.
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Die Zwischeneinheit 4 ist so konfiguriert, dass sie mindestens zwei, vorzugsweise drei oder mehr der folgenden Funktionalitäten erfüllt, nämlich: i) eine Dichtungsfunktionalität, ii) eine elektromagnetische Abschirmfunktionalität, iii) eine Wärmedämmfunktionalität, iv) eine Lichtleitfunktionalität, v) eine Lastaufnahmefunktionalität.
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Im vorliegenden Beispiel trägt ein thermisch nicht leitendes Polymermaterial als Komponente 5A zur thermischen Isolierung bei. Die elektromagnetische Abschirmfunktionalität wird durch ein Metallblech 5B als ferromagnetisches Abschirmelement 4B bereitgestellt. Die Lichtleitfunktionalität wird durch eine lichtdurchlässige Kunststoffkomponente 5C bereitgestellt.
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Die Dichtungsfunktionalität wird durch eine erste Weichkomponente 5D, die im vorliegenden Beispiel eine erste Umfangsdichtung 4D bildet, und eine zweite Weichkomponente 5D', die im vorliegenden Beispiel eine zweite Umfangsdichtung 4D' bildet, gewährleistet. Die Weichkomponenten 5D, 5D' tragen zur Dichtungsfunktionalität bei, da sie durch die Komponenten 5A, 5C, die härter als die weichen Komponenten 5D, 5d' sind und daher als Hartkomponenten 5A, 5C bezeichnet werden können, gegen das Gehäuse 3A bzw. das Gehäuse 2A gedrückt werden.
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Die tragende Funktion wird durch entsprechende Ausrichtungsstrukturen 4E, 4E' der Zwischeneinheit 4 bereitgestellt, die mechanisch mit entsprechenden Strukturen der Servoantriebseinheit 3 und/oder der Motoreinheit 2 zusammenwirken, hier Nuten 2E, 2E' der Motoreinheit 2.
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Dabei bildet die Zwischeneinheit 4 mit all ihren Komponenten eine Isolierschicht I, die einen kälteren Bereich C von einem heißeren Bereich H trennt, wobei sich die Servoantriebseinheit 3 im kälteren Bereich C und die Motoreinheit 2, im gezeigten Beispiel einschließlich der zweiten Leiterplatte 2B, im heißeren Bereich H befindet.
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Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der Zwischeneinheit 4, die beispielhafte Details einer Motorvorrichtung 1 wie oder ähnlich der Motorvorrichtung 1 von 1 angeben, in entsprechenden Schnittansichten dargestellt.
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2 zeigt Details eines Beispiels mit allen Funktionalitäten i)-v), bei dem das Spritzgusselement 5 ein Einkomponenten-Spritzgusselement 5 ist, das aus einer harten, lichtdurchlässigen Komponente 5C besteht, und bei dem die zweite Leiterplatte 2B in der heißeren Zone H als Teil der Motoreinheit 2 liegt.
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In dieser Ausführungsform werden die Weichkomponenten 5D, 5D' als Dichtungen 4D, 4D' durch die Hartkomponente 5C gegen die Gehäuse 3A, 3B der Servoantriebseinheit 3 bzw. der Motoreinheit 2 gedrückt. Auf diese Weise wird die Motorvorrichtung 1 gegen eine äußere Umgebung 6 abgedichtet. Die Hartkomponente 5C ist über das Blech 5B geformt, das hier das plattenförmige ferromagnetische Abschirmelement 4B realisiert. Die thermische Isolationsfunktionalität wird in diesem Beispiel durch eine Vielzahl von Sacklöchern 4F in der Hartkomponente 5C unterstützt, die durch Wände 5F getrennt sind, die hier durch die gleiche Hartkomponente 5C gebildet werden. Die Sacklöcher 4F sind in Richtung der Motoreinheit 2, entlang der axialen Richtung A, offen und vorliegend durch die zweite Leiterplatte 3B verschlossen. Die Lichtleitfunktionalität wird dadurch bereitgestellt, dass die Hartkomponente 5C eine transparente Hartkomponente ist, hier mit einem oder mehreren Vorsprüngen 5C', die einen Abstand zwischen der transparenten Komponente 5C und der Lichtquelle 3D minimieren, um so viel Licht wie möglich von der Lichtquelle 3D zu einer Außenfläche 4G der Zwischeneinheit 4 zu leiten, die durch die transparente Komponente 5C gebildet wird.
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zeigt Details eines Beispiels, das alle Funktionen i)-v) mit dem Einkomponenten-Spritzgusselement 5 und ohne die zweite Leiterplatte 2B aus 1 bietet. Sofern nicht anders beschrieben, entsprechen die Merkmale dieses oder eines der folgenden Beispiele einem oder mehreren der vorangegangenen Beispiele.
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Infolge der fehlenden zweiten Leiterplatte 2B werden hier die Sacklöcher 4F durch das Gehäuse 2A der Motoreinheit 2 verschlossen.
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4 zeigt Details eines Beispiels, das alle Funktionalitäten i)-v) bereitstellt, wobei das Spritzgusselement 5 ein Mehrkomponenten-Spritzgusselement 5 ist, das die harte, lichtdurchlässige Komponente 5C und eine weitere Hartkomponente 5A, die eine geringere Wärmeleitfähigkeit als die harte, lichtdurchlässige Komponente 5C aufweist, sowie die zweite Leiterplatte 2B im heißeren Bereich H als Teil der Motoreinheit 2 umfasst.
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Dabei wird die lichtdurchlässige Komponente 5C für einen peripheren Teil des Spritzgusselements 5, den Teil zwischen der Lichtquelle 3C und der Außenfläche 4E, verwendet, nicht aber für den verbleibenden zentralen Teil des Spritzgusselements 5. Folglich wird der verbleibende zentrale Teil des Spritzgusselements 5 aus der anderen Hartkomponente 5A hergestellt, insbesondere der Teil mit den Sacklöchern 4F und/oder der Teil, der über das Metallblech 5B geformt wird.
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zeigt Details eines Beispiels, das alle Funktionen i)-v) mit Ausnahme der elektromagnetischen Abschirmfunktionalität mit dem Einkomponenten-Spritzgusselement 5 und der zweiten Leiterplatte 2B bereitstellt.
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Folglich umfasst die Motoreinheit 2 nicht die Bremse 2D und die Zwischeneinheit 3 nicht das Blech 5B als ferromagnetisches Abschirmelement 4B.
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6 zeigt Details eines Beispiels, das alle Funktionalitäten i)-v) mit dem Mehrkomponenten-Spritzgusselement 5 aus 4 bereitstellt, das die harte, lichtdurchlässige Komponente 5C und die andere Hartkomponente 5A sowie die zweite Leiterplatte 2B im heißeren Bereich H als Teil der Motoreinheit 2 umfasst.
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Im Gegensatz zum obigen Beispiel sind keine Sacklöcher 4F vorgesehen, was zu einer massiven Wärmedämmschicht führt, die durch die andere Hartkomponente 5A realisiert wird. Die andere Hartkomponente 5A steht also in flächigem Kontakt mit der Motoreinheit 2, im vorliegenden Beispiel mit der zweiten Leiterplatte 2B.
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7 zeigt Details eines weiteren Beispiels mit allen Funktionalitäten i)-v), bei dem das Spritzgusselement 5 ein Einkomponenten-Spritzgusselement 5 ist, das aus einer harten, lichtdurchlässigen Komponente 5C besteht, und bei dem die zweite Leiterplatte 2B im heißeren Bereich H als Teil der Motoreinheit 2 liegt.
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Wie in 2 werden die Weichkomponenten 5D, 5D' als Dichtungen 4D, 4D' durch die Hartkomponente 5C gegen die Gehäuse 3A, 3B der Servoantriebseinheit 3 bzw. der Motoreinheit 2 gedrückt. Die Hartkomponente 5C ist über das Blech 5B geformt, das hier das plattenförmige ferromagnetische Abschirmelement 4B realisiert. Auch andere Merkmale des hier gezeigten Beispiels sind ähnlich oder identisch mit denen von 2, wobei die Unterschiede im Folgenden beschrieben werden.
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Im Gegensatz zum Beispiel von 2 wird die Wärmedämmfunktionalität ohne die Vielzahl der Sacklöcher 4F von 2 unterstützt. Die Hartkomponente 5C kann daher auch als lochlose oder massive Hartkomponente 5C bezeichnet werden. Die Wärmedämmfunktionalität wird folglich durch das Material, hier ein Kunststoff, der Hartkomponente 5C unterstützt, das zweckmäßigerweise so gewählt ist, dass seine Wärmeleitfähigkeit geringer ist als die des Materials des Servoantriebsgehäuses 3A und/oder des Materials des Motorgehäuses 2A, das aus einem Metall wie Aluminium bestehen kann. Dabei bildet der Kunststoff eine Kunststoffschicht mit einer Haupterstreckungsebene senkrecht zur axialen Richtung A.
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zeigt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Zwischeneinheit 4. Insbesondere ist eine beispielhafte Form der Außenfläche 4G mit rechteckigem Umfang und abgerundeten Ecken dargestellt. Dies ermöglicht es, Licht von den Lichtquellen 3C in allen radialen Richtungen, d. h. in 360° um die axiale Richtung A, in die Umgebung 6 zu leiten. Außerdem ist eine beispielhafte Form für die Vorsprünge 5C' dargestellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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