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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Spulenvorrichtung nach Anspruch 1, eine Spule nach Anspruch 10 und einen Stator nach Anspruch 11.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, dass Spulenträger für Statorspulen Führungsrillen aufweisen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer erhöhten Flexibilität bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
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Vorteile der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einer Spulenvorrichtung mit einem Spulenträger, der zumindest eine Führungskerbe zur Führung eines Spulendrahts aufweist, wobei zumindest ein erster Kerbenabschnitt der zumindest einen Führungskerbe dazu vorgesehen ist, den Spulendraht in einem Bahnwechselbereich zu führen.
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Es wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine Führungskerbe zumindest einen weiteren Kerbenabschnitt aufweist, der den Kerbenabschnitt im Bahnwechselbereich kreuzt. Hierdurch kann insbesondere eine erhöhte Flexibilität erreicht werden. Insbesondere kann erreicht werden, dass der gleiche Spulenträger mit unterschiedlichem Wicklungssinn, insbesondere mit gegenläufiger Wicklungsrichtung, bewickelt werden kann. Für Statoren von Elektromotoren, bei welchen benachbarte Spulenträger mit unterschiedlichem Wickelsinn bewickelt werden, kann so eine Reduktion einer Bauteilvielfalt erreicht werden. Insbesondere können Verwechselungen von Bauteilen vermieden werden, insbesondere da statt zwei sehr ähnlichen Bauteilen nur ein einzelnes Bauteil benötigt wird.
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Unter einem „Spulenträger“ soll insbesondere ein Bauteil verstanden werden, das dazu vorgesehen ist, mit einem Spulendraht bewickelt zu werden. Insbesondere weist der Spulenträger zumindest einen Wicklungsbereich und seitliche Begrenzungsscheiben auf. Beispielsweise weist zumindest eine der Begrenzungsscheiben eine Nut auf, die dazu vorgesehen ist, den Spulendraht in den Wicklungsbereich hinein oder heraus zu führen. Der Spulenträger ist insbesondere zumindest teilweise, vorzugsweise komplett, aus einem Polymer, insbesondere Polyamid, vorzugsweise glasfaserverstärktem Polyamid, gebildet. Alternativ ist es denkbar, dass der Spulenträger zumindest teilweise aus einem keramischen Werkstoff oder anderem Material gefertigt ist. Insbesondere weist der Spulenträger zumindest eine Aufnahmeöffnung, insbesondere eine, vorzugsweise sacklochartige, Einführöffnung und/oder ein Durchgangsloch, zur Aufnahme für zumindest ein Magnetfeldbündelungselement auf. Insbesondere umgibt der Wicklungsbereich die Aufnahmeöffnung.
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Unter der „zumindest einen Führungskerbe“ soll insbesondere eine Gesamtheit aller Führungskerben des Spulenträgers verstanden werden. Insbesondere ist die zumindest eine Führungskerbe dazu vorgesehen, eine erste Wickelebene des Spulendrahts zu führen. Insbesondere ist der Spulenträger dazu vorgesehen, den Spulendraht wahlweise entweder entlang des Kerbenabschnitts oder entlang des weiteren Kerbenabschnitts zu führen.
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Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
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Vorzugsweise ist die zumindest eine Führungskerbe um den Spulenträger umlaufend ausgebildet. Hierdurch kann insbesondere eine gute Führung des Spulendrahts erreicht werden.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der Spulenträger genau eine Führungskerbe aufweist, die den Spulenträger mehrfach umläuft und sich im Bahnwechselbereich mehrfach kreuzt. Hierdurch kann insbesondere eine zuverlässige Führung des Spulendrahts erreicht werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung bildet die zumindest eine Führungskerbe zumindest eine erste Bahn und eine zweite Bahn aus, die den Spulenträger außerhalb des Bahnwechselbereichs parallel zueinander umlaufen und am Bahnwechselbereich anfangen und enden. Es kann insbesondere eine hohe Wickeldichte und/oder eine gute Führung des Spulendrahts erreicht werden. Insbesondere verbindet der Kerbenbereich einen Anfang der ersten Bahn mit einem Ende der zweiten Bahn. Beispielsweise verbindet der weitere Kerbenbereich einen Anfang der zweiten Bahn mit einem Ende der ersten Bahn. Beispielsweise bildet die zumindest eine Führungskerbe maximal 10, insbesondere maximal 8, beispielsweise maximal 6 Bahnen aus, die den Spulenträger außerhalb des Bahnwechselbereichs parallel zueinander umlaufen.
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Vorzugsweise weist der Spulenträger einen Wicklungsbereich mit länglichem Querschnitt, insbesondere mit länglicher Querschnittsform, auf, der dazu vorgesehen ist, von dem Spulendraht umwickelt zu werden. Insbesondere ist eine Längsausdehnung des Wicklungsbereichs zumindest dreimal, insbesondere zumindest viermal, beispielsweise zumindest fünfmal, so groß wie eine Querausdehnung des Wicklungsbereichs.
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Es wird weiter vorgeschlagen, dass der Bahnwechselbereich an einer Schmalseite des Wicklungsbereichs angeordnet ist. Hierdurch kann insbesondere eine hohe Effizienz erreicht werden.
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Die zumindest eine Führungskerbe kann dazu vorgesehen sein, den Spulendraht außerhalb des Bahnwechselbereichs orthozyklisch zu führen. Hierdurch kann insbesondere eine hohe Magnetfeldstärke, Wicklungsdichte und/oder Effizienz erreicht werden.
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Vorteilhaft weist die zumindest eine Führungskerbe einen teilkreisförmigen, insbesondere halbkreisförmigen, Querschnitt, insbesondere quer zu einem Verlauf des Spulendrahts, auf. Hierdurch kann insbesondere eine gute Führung des Spulendrahts erreicht werden. Insbesondere kann eine geringe Bauteilgröße erreicht werden. Alternativ ist es denkbar, dass die Führungskerbe einen polygonalen oder spitzwinkligen Querschnitt aufweist.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Spulenvorrichtung den Spulendraht aufweist und dass der Spulendraht um den Spulenträger gewickelt ist und dabei der Führungskerbe folgt. Die Spulenvorrichtung bildet hierbei insbesondere eine Spule für einen Elektromotor.
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Weiterhin wird ein Stator, insbesondere für einen Elektromotor, vorgeschlagen, der zumindest eine, insbesondere eine Vielzahl, von zuvor beschriebenen Spulenvorrichtungen aufweist, Insbesondere weist der Stator zumindest ein, insbesondere mehrere, Tripel von zuvor beschriebenen Spulenvorrichtungen auf, wobei benachbarte Spulen eines jeden der Tripel unterschiedliche Wicklungssinne aufweisen und wobei die Spulendrähte der Spulen des Tripels unmittelbar elektrisch miteinander verbunden, insbesondere einstückig ausgebildet, sind.
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Weiterhin wird ein Elektromotor mit einem solchen Stator vorgeschlagen.
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Zeichnungen
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen:
- 1 einen bekannten Stator für einen Elektromotor in einer schematischen Explosionsdarstellung in Perspektivansicht,
- 2 eine weitere Explosionsdarstellung des Stators gemäß 1 in einer Seitenansicht,
- 3 eine schematische Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Spulenvorrichtung,
- 4 die Spulenvorrichtung gemäß 3, in einer Aufsicht auf eine Schmalseite,
- 5 die Spulenvorrichtung gemäß 3, in einer Aufsicht auf eine weitere Schmalseite,
- 6 die Spulenvorrichtung gemäß 3, mit einer ersten Wickelebene eines Spulendrahts und
- 7 eine Spulenvorrichtung mit einem Spulenträger gemäß 3, mit einer ersten Wickelebene eines Spulendrahts in alternativer Wickelrichtung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Die
1 und
2 zeigen einen Stator 10a für einen Elektromotor, wie er z. B. aus der
DE 10 2020 114065 A1 bekannt ist.
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Der Stator 10a weist ein Statorjoch 12a auf. Das Statorjoch 12a bildet eine Außenbegrenzung des Stators 10a. Das Statorjoch 12a ist ringförmig ausgebildet. Das Statorjoch 12a ist zum Großteil aus magnetisch aktivem Material, hier beispielsweise aus gestapeltem ferromagnetischem Blech, gebildet, um ein Magnetfeldbündelungselement zu bilden. Der Stator 10a weist weiterhin eine Vielzahl (hier 18) an Spulenvorrichtungen 21a auf. Die Spulenvorrichtungen 21a weisen jeweils einen Spulenträger 20a auf. Weiterhin weisen die Spulenvorrichtungen 21a jeweils einen Spulendraht 18a auf, der auf den jeweiligen Spulenträger 20a gewickelt ist und eine elektrische Spule bildet.
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Der Stator 10a weist weiterhin einen Statorstern 14a auf. Der Statorstern 14a bildet eine Innenbegrenzung des Stators 10a. Der Statorstern 14a ist ringartig ausgebildet. Das Statorjoch 12a ist zum Großteil aus magnetisch aktivem Material, hier beispielsweise aus gestapeltem ferromagnetischem Blech, gebildet, um ein Magnetfeldbündelungselement zu bilden. Der Statorstern 14a weist eine Vielzahl (hier 18) an nach außen gerichteten Statorzähnen 16a auf. Die Spulenträger 20a weisen jeweils eine Aufnahmeöffnung 23a für einen der Statorzähne 16a auf. Die Spulenträger 20a sind auf die Statorzähne 16a aufgesteckt und werden von dem Statorjoch 12a umgeben. Die Spulenvorrichtungen 21a sind zwischen dem Statorstern 14a und dem Statorjoch 12a angeordnet.
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Die Spulenvorrichtungen 21a sind jeweils zu Tripels zusammengefasst. Der Stator 10a weist eine Mehrzahl (hier 6) Tripels an Spulenvorrichtungen 21a auf. Die Spulenvorrichtungen 21a eines jeweiligen der Tripel weisen einen gemeinsamen Spulendraht 18a auf, der unterbrechungsfrei auf die Spulenträger 20a des Tripels gewickelt ist. Eine Wickelrichtung, also ein Wickelsinn, benachbarter Spulenvorrichtungen 21a des Tripels ist jeweils gegenläufig, so dass bei Stromfluss durch den Spulendraht 18a gegensätzliche Magnetfelder, also ein zum Statorinneren gerichtetes und ein zum Statoräußeren gerichtetes, ausgebildet werden.
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Spulendrähte 18a werden mit einer Platine 11a des Stators 10a verbunden.
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Der Stator 10a weist beispielsweise einen Außendurchmesser von 14 cm und einen Innendurchmesser von 9 cm auf. Die Spulenvorrichtung 21 a weist beispielsweise eine Längsausdehnung von etwa 4 cm auf. Die Spulenvorrichtung 21a weist beispielsweise eine Querausdehnung von etwa 1,5 cm auf. Die Spulenvorrichtung 21a weist beispielsweise eine Höhe von etwa 2 cm auf. Die Größe der Spulenvorrichtung 21 a kann hierbei auf einen jeweiligen Anwendungsfall angepasst und in einem Wertebereich von 10 % bis 1000 % der hier angegebenen Werte liegen.
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3 bis 6 zeigen eine Spulenvorrichtung 21. Die Spulenvorrichtung 21 kann in einem Stator vergleichbar zu 1 und 2 Anwendung finden.
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Die Spulenvorrichtung 21 weist einen Spulenträger 20 auf. Der Spulenträger 20 weist zumindest eine Führungskerbe 22 zur Führung eines Spulendrahts 18 auf (vgl. 6 und Andeutung in 4). Die zumindest eine Führungskerbe 22 weist Kerbenabschnitte 24 (in diesem Fall fünf) auf, die dazu vorgesehen sind, den Spulendraht 18 in einem Bahnwechselbereich 30 zu führen.
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Der Spulenträger 20 ist als Spritzgussteil ausgebildet.
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Die zumindest eine Führungskerbe 22 weist weitere Kerbenabschnitte 24' (im vorliegenden Fall fünf) auf, die die Kerbenabschnitte 24 im Bahnwechselbereich 30 kreuzen. Eine Anzahl an Kerbenabschnitten 24 und weiteren Kerbenabschnitten 24' kann hierbei an eine Größe des Spulenträgers 20 und eine Dicke eines zu verwendenden Spulendrahts 18 angepasst werden.
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Die zumindest eine Führungskerbe 22 ist um den Spulenträger 20 umlaufend ausgebildet.
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Der Spulenträger 20 weist genau eine Führungskerbe 22 auf, die den Spulenträger 20 mehrfach umläuft und sich im Bahnwechselbereich 30 mehrfach kreuzt.
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Die zumindest eine Führungskerbe 22 bildet zumindest eine erste Bahn 32 und eine zweite Bahn 34 aus, die den Spulenträger 20 außerhalb des Bahnwechselbereichs 30 parallel zueinander umlaufen und am Bahnwechselbereich 30 anfangen (beispielsweise linke Seite in 4) und enden (beispielsweise rechte Seite in 4). Die zumindest eine Führungskerbe 22 bildet weitere Bahnen (ohne Bezugszeichen) aus, die zu der ersten und zweiten Bahn 32, 34 parallel verlaufen. Eine Anzahl an Kerbenabschnitten 24, weiteren Kerbenabschnitten 24' und Bahnen 32, 34 kann hierbei an eine Größe des Spulenträgers 20 und eine Dicke des verwendenden Spulendrahts 18 angepasst werden. Jede der Bahnen 32, 34 und der weiteren Bahnen verläuft hierbei in einer jeweiligen Bahnebene.
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Der Kerbenabschnitt 24 verbindet einen Anfang der ersten Bahn 32 mit einem Ende der zweiten Bahn 34 und der weitere Kerbenabschnitt 24' verbindet einen Anfang der zweiten Bahn 34 mit einem Ende der ersten Bahn 32. Anfänge und Enden von benachbarten der Bahnen 32, 34 und weiteren Bahnen werden paarweise durch jeweils einen der Kerbenabschnitte 24 und einen der weiteren Kerbenabschnitte 24' verbunden.
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Der Spulenträger 20 weist einen Wicklungsbereich 40 mit länglichem Querschnitt auf, der dazu vorgesehen ist, von dem Spulendraht 18 umwickelt zu werden. Der Wicklungsbereich 40 weist eine Längsausdehnung 42 auf, die zumindest dreimal so groß ist wie eine Querausdehnung 44 des Wicklungsbereichs 40.
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Der Bahnwechselbereich 30 ist an einer Schmalseite (auch Stirnseite genannt) des Wicklungsbereichs 40 angeordnet. An einer der Schmalseite gegenüberliegenden Schmalseite weist die zumindest eine Führungskerbe 22 zusätzliche Kerbenabschnitte 25 auf (vgl. 5). Die zusätzlichen Kerbenabschnitte 25 sind parallel zueinander geführt.
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Der Wicklungsbereich 40 ist nach außen und innen (auf den Stator betrachtet) durch seitliche Begrenzungsscheiben 46, 48 begrenzt. Die Begrenzungsscheiben 46, 48 folgen in ihrer Form jeweils einem Kreiszylindersegment. Die Begrenzungsscheiben 46, 48 gemeinsam und/oder der Spulenträger 20 folgen in ihrer Form einem Ringsegment (Hohlzylindersegment). Eine äußere der Begrenzungsscheiben 46 ist dazu vorgesehen, an einem Statorjoch anzuliegen. Eine innere der Begrenzungsscheiben 48 ist dazu vorgesehen, an einem Statorstern anzuliegen. Die äußere Begrenzungsscheibe 46 weist stirnseitig, insbesondere an einer Seite, die den Bahnwechselbereich 30 aufweist, Nuten 47 auf. Die Nuten 47 sind dazu vorgesehen, den Spulendraht 18 in den Wicklungsbereich 40 hinein und/oder aus diesem heraus zu führen. Der Spulenträger 20 kann weitere Führungskerben aufweisen, die sich lediglich entlang einer Längsseite des Wicklungsbereichs 40 erstrecken und insbesondere auf einer der Begrenzungsscheiben, beispielsweise der inneren Begrenzungsscheibe 48, angeordnet sind.
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Die zumindest eine Führungskerbe 22 ist insbesondere dazu vorgesehen, den Spulendraht 18 außerhalb des Bahnwechselbereichs 30 parallel zu den Begrenzungsscheiben 46, 48 zu führen.
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Der Wicklungsbereich 40 umgibt eine Aufnahmeöffnung 23, die dazu vorgesehen ist, ein Magnetfeldbündelungselement, insbesondere einen Statorzahn gemäß eines Stators nach 1 und 2, aufzunehmen. Die Aufnahmeöffnung 23 ist als Durchgangsöffnung ausgebildet. Der Wicklungsbereich 40 weist eine rechteckartige Querschnittsform auf. Die Aufnahmeöffnung 23 weist eine rechteckartige Querschnittsform auf. Die Aufnahmeöffnung 23 ist in dem Spulenträger 20 ausgebildet. Die zumindest eine Führungskerbe 22 ist auf einer Trennwand des Spulenträgers 20 ausgebildet, die den Wicklungsbereich 40, insbesondere an einer Außenseite der Trennwand, und die Aufnahmeöffnung 23, insbesondere an einer Innenseite der Trennwand, voneinander trennt. Die Trennwand weist insbesondere eine Materialstärke von weniger als 3 mm, insbesondere weniger als 2 mm, vorteilhaft weniger als 1,5 mm auf. Die Begrenzungsscheiben 46, 48 stehen über die Trennwand hervor, um den Wicklungsbereich 40 zu bilden.
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Die zumindest eine Führungskerbe 22 ist dazu vorgesehen, den Spulendraht 18 außerhalb des Bahnwechselbereichs 30 orthozyklisch zu führen.
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Die zumindest eine Führungskerbe 22 weist einen teilkreisförmigen Querschnitt auf.
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Die Spulenvorrichtung 21 weist weiterhin den Spulendraht 18 auf, der auf den Spulenträger 20 gewickelt ist und der der zumindest einen Führungskerbe 22 folgt (vgl. 6). Der Spulendraht 18 folgt im Bahnwechselbereich 30 hierbei den weiteren Kerbenabschnitten 24'. Die weiteren Kerbenabschnitte 24' sind parallel zueinander geführt. In 6 ist hierbei lediglich eine erste Wickelebene dargestellt - weitere Wickelebenen sind in 4 angedeutet.
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7 zeigt eine weitere Spulenvorrichtung 21', die einen gleichen Spulenträger 20 aufweist. Die weitere Spulenvorrichtung 21' weist jedoch einen Spulendraht 18' auf, der gegenläufig zum Spulendraht 18 der Spulenvorrichtung 21 geführt ist. Der Spulendraht 18' folgt im Bahnwechselbereich 30 hierbei den Kerbenabschnitten 24.
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Gemäß alternativen Ausgestaltungen ist es denkbar, dass die zumindest eine Führungskerbe aus einer Mehrzahl an Führungskerben gebildet ist, die insbesondere lediglich an den Stirnseiten und/oder lediglich im Bahnwechselbereich angeordnet sind.
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Bezugszeichen
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- 10
- Stator
- 11
- Platine
- 12
- Statorjoch
- 14
- Statorstern
- 16
- Statorzahn
- 18
- Spulendraht
- 20
- Spulenträger
- 21
- Spulenvorrichtung
- 22
- Führungskerbe
- 23
- Aufnahmeöffnung
- 24
- Kerbenabschnitt
- 25
- Kerbenabschnitt
- 30
- Bahnwechselbereich
- 32
- Bahn
- 34
- Bahn
- 40
- Wicklungsbereich
- 42
- Längsausdehnung
- 44
- Querausdehnung
- 46
- Begrenzungsscheibe
- 47
- Nut
- 48
- Begrenzungsscheibe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102020114065 A1 [0021]
