DE2533187C2 - Kollektorloser Gleichstrommotor mit einer eisenlosen Statorwicklung - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet, daß zur Befestigung der Statorspulen (57,58,120,121) mindestens ein unmagnetischer, elastischer Streifen (70) vorgesehen ist, welcher sich über die Außenseite wenigstens einer Spule erstreckt und beiderseits einer Spule jeweils mit einer zur Spulenebene etwa senkrechten Einspannkraft (Schrauben 73) beaufschlagt ist.

13. Motor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der unmagnetische elastische Streifen (70) aus einem Federmaterial, vorzugsweise Beryllium-Kupfer, ausgebildet ist

14. Motor nach einem der Ansprüche 9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (57,58,120,

121) am Stator festgeklebt sind.

15. Motor nach den Ansprüchen 11 und 14, dadurch gekennzeichnet daß am Innenrand des balkonartig erhöhten Abschnitts (18) eine Ringnut (126) zum Auffangen von Klebstoff vorgesehen ist

16. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß in einem zwischen zwei Spulen (57, 121) gelegenen Sektor ein in den Luftspalt ragendes Trägerglied (75) vorgesehen ist auf dem mindestens ein Rotorsiellungssensor (76,77) angeordnet ist

17. Motor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Trägerglied (75) zwei Hallgeneratoren (76,77) und zugehörige elektrische Leiter vorgesehen sind.

18. Motor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Trägerglied (75) die Endstufentransistoren (82 bis 85) für die Steuerung des Stroms in der Statorwicklung vorgesehen sind.

19. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem zusätzlichen Tachogeneratorteil, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Motor- und Tachogeneratorteil (34) eine magnetische Abschirmung, z. B. eine Scheibe (33) aus Transformatorenblech oder MU-Metall, angeordnet ist.

20. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor zum Direktantrieb von Plattenspielern ausgebildet ist.

21. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt eben ist.

22. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (20) eine im Betrieb rotierende Rückschlußscheibe (63) aufweist.

Die Erfindung betrifft einen kollektorlosen Gleichstrommotor mit einer eisenlosen Statorwicklung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein solcher Motor ist aus der DE-OS 21 43 752 bekannt Bei ihm wird durch abwechselnde Erregung der Spulenstränge ein Drehfeld erzeugt wobei eine relativ hohe Polzahl, auch eine relativ große, in zwei Schichten angeordnete Spulenzahl vorgesehen ist. Zwar sind die Spulen eines Stranges untereinander überlappungsfrei in einer Schicht angeordnet, wobei die Stromrichtung in den Spulen einer Schicht abwechselnd im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn verläuft, damit die Statorleiter voll motorisch wirken, jedoch erzeugen nur beide Schichten zusammen ein Drehfeld. Der Luftspalt ist not-

όϋ wciidigcrwcise relativ groß, was u. a. auch noch die Leistung reduziert.

Aus der DD 34 431 ist eine aus in zwei Lagen aus Einzelspulen angeordnete Statorwicklung bekannt, wobei die Spulen in beiden Lagen gegeneinander auch um eine halbe Spulenweite versetzt sind, wodurch im Betrieb in diesen Spulen Spannungen induziert werden, die eine Phasendifferenz von 90° haben. Diese Lösung ist ebenfalls aufwendig.

Aus der DE-OS 22 40 717 ist ein Motor in einschichtiger Wicklungsausführung vorbekannt, jedoch ist dieser Motor kein zweisträngiger Motor, denn s^ine Spulen werden nicht in Gruppen sondern über dem Umfang abwechselnd einzeln nacheinander geschaltet, was zu unsymmetrischen Kräften, unruhigerem Lauf (wofür ein sogenannter Flachmotor mit ebenem Luftspalt und Scheibenrotor besonders anfällig ist) führt Außerdem benötigt diese Lösung eine aufwendige Kommutierungselektronik.

Die vorveröffentlichte DE-OS 24 23 665 zeigt einen kollektorlosen Gleichstrommotor mit ebenem Luftspalt, der gleichpolige, einzelne Polschuhe und einen zentralen koaxialen Magneten aufweist und der eine einschichtige, jedoch kein Drehfeld erzeugende Scheibenwicklung aufweist, die eine vereinfachte Wicklung mit reduzierter Spulenzahl im ebenen Luftspalt aufweist, wobei jedoch außerdem nur die Hälfte dieser Spulenabschnitte motorisch oder magnetisch aktiv wirken können. Die für hochtourigen Betrieb gedachte, vorbekanntc Anordnung hat zwei Wicklungssätze, von denen der eine als Fühler und zur Steuerung gedacht ist Für Anlauf und Steuerung sind zusätzliche Maßnahmen nötig.

Aus der US-PS 35 79 277 ist eine Einschichtwicklung bei einem kollektorlosen Gleichstrommotor mit ebenem Luftspalt und Hochfrequenzkommutierung bekannt. Der dreisträngig ausgebildete Motor hat drei individuell angesteuerte Statorspulen, die auch weniger Laufgüte bedeuten.

In dem älteren, nicht vorveröffentlichten, inzwischen erteilten deutschen Patent 24 24 290 ist eine Anordnung beschrieben, die eine starke Vereinfachung eines ein Drehfeld erzeugenden Motors, insbesondere eine axiale Verkürzung der Wicklung in eine einzige Schicht beschreibt, wobei ebenfalls mindestens zwei gleichzeitig erregte Spulen pro Strang vorgesehen sind. Gerade bei einem einschichtigen Motor können jedoch unerwünschte Streufelder von der Statorwicklung ausgehen (vgl. Fig. 7 der DE-PS 24 24 290).

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen gattungsgemäßen Motor zu vereinfachen, insbesondere hinsichtlich Fertigungsaufwand und kompakter Bauweise, wobei gleichzeitig der von der Statorwicklung hervorgerufene Streufluß wesentlich reduziert werden soll; wobei die Vereinfachung des Motors ohne wesentliche Qualitätseinbuße (Laufeigenschaft u. a.) insbesondere für den Antrieb von Aufnahme — und/oder Wiedergabegeräten erreicht werden soll.

Die Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen im Anspruch 1 gelöst.

Die Erfindung ermöglicht, einfach aufgebaute, relativ billige kompakte Motoren für signalverarbeitcnde Geräte (z. B. Aufnahme- und/oder Wiedergabegeräte für Audio- und Videoanwendung) insbesondere zu deren Direktantrieb zu bauen. Der bei solchen Anwendungen unerwünschte Streufluß wird durch die Erfindung gleichzeitig drastisch reduziert.

Für die Funktion der erfindungsgemäßen Einschichtwicklung ist entscheidend, daß wenigstens zwei Spulen gieicnzeiiig erregbar und vüii uiHcfSC'hicdüchcf magnetischer Polarität sind. Wenn nun in Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 jeder Strang zweidrähtig gewickelt wird, ergibt sich ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung mit vier Strängen. Desgleichen kann eine Ausführung nach den Ansprüchen 4 und 1 zu einer viersträngigen Ausgestaltung der Erfindung führen, wie auch eine Ausführung nach den Ansprüchen 4 und 3 und 1 eine achtslrängige Statorwicklung bedeuten kann (je nach Art der Bestromung der einzelnen Leiter).

Wenn die einzelnen erfindungsgemäßen Motorwicklungen in an sich bekannter Weise so angesteuert werden, daß die einzelnen Wicklungen in beiden Richtungen vom Strom durchflossen werden (z. B. Ansteuerung über eine Brückenschaltung), sind statt zweidräh tiger Spulen jeweils nur eindrähtige Spulen erforderlich.

Die Ausführung mit nur vier Einzelspulen stellt eine

äußerst vorteilhafte Kombination aus Aufwand, VoIumenleistung (Kupferfüllfaktor) und Laufqualität dar, umsomehr als dabei eine relativ kleine Rotorpolzahl mit relativ großer Spulenweite realisierbar ist

Die Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel mit einem ebenen Luftspalt und verschiedenen Ausgestaltungsmöglichkeiten nach Unteransprüchen.
Es zeigt:

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Motor nach der Erfindung verwendbar ist

F i g. 2 einen Schnitt gesehen längs der Linie H-Il der Fig. 1. Die in Fig.2 gezeigten Spulenpositionen entsprechen nicht der vorliegenden Erfindung sondern zeigen nur die Ausgangslage zu dieser von dem älteren deutschen Patent 24 24 290 aus.

Fig.3 eine Einzelheit, gesehen längs der Linie III-II1 der F ig. 2,

F i g. 4 eine Einzelheit, gesehen längs der Linie IV-IV der F ig. 2,

F i g. 5 eine Darstellung der Montage einer Spule und des hierzu verwendeten Montagewerkzeugs,

F i g. 6 eine alternative Ausführungsform der Spulenbefestigung durch Festkleben derselben am Statorgehäuse,

F i g. 7 eine erfindungsgemäße Variante der Spulenanordnung bei einem 8-poligen kollektorlosen Gleichstrommotor,

F i g. 8 eine schematische Darstellung zur Erläuterung von F i g. 7.

F i g. 1 zeigt in stark vergrößertem Maßstab einen 8-poligen kollektorlosen Gleichstrommotor 10, der als sogenannter Scheibenläufer ausgebildet ist und vorzugsweise zum Direktantrieb von Plattenspielern dient. Die Motorwelle 11 dient dabei direkt zur Zentrierung der Schallplatten auf dem (nicht dargestellten) Plattenteller.

Der Motor 10 hat ein Druckgehäuse 12 (z. B. Zink oder Aluminium) mit einem Lagerrohr 13, in dessen Innerem zwei Sinterlager 14 und 15 und dazwischen ein zur Speicherung von Öl dienender Filzring 16 angeordnet sind. Wie dargestellt dienen die Sinterlager 14 und 15 zur genauen radialen Lagerung der Welle 11. Unten geht das Lagerrohr 13 über in eine Bodenplatte 17 des Gehäuses 12 und diese hat am Außenumfang zunächst eine balkonartige Erhöhung 18 und geht dann über in einen Gehäuserand 19, der sich über den Rotor 20 nach oben erstreckt. Außen am Gehäuserand 19 sind drei Befestigungsaugen 23,24 und 25 vorgesehen.

Unten hat die Bodenplatte 17 einen rohrartigen Fortsatz 26, an dessen unterem Rand eine Trageglied 27 für

öö uää ϋΐϊΐ6Γ6 ftXiäiiägCF 23 \iQV WtIiC 11 befestigt iSt, Σ. B.

wie dargestellt durch Umbiegen des unteren Randes 29 des Teils 26 oder auch z. B. durch Verschraubung. Das Trageglied 27 ist als tiefgezogener Becher ausgebildet und dient zur Aufnahme eines nur strichpunktiert angedeuteten Teils 30, z. B. eines Zahnrads oder einer Kurvenscheibe, wie sie zum Antrieb von Hilfsgeräten eines Plattenspielers regelmäßig benötigt werden. An der Unterseite des Bodens 17 ist eine Scheibe 33 aus weichma-

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gnetischem Material befestigt, ζ. B. aus MU-Metall; die- Die Spulen 57 und 60 bilden vier Stränge und zwar ist

se Scheibe soll Streuflüsse vom Motorteil zu einem mit die Spule 57 mit der Spule 59 zweidrähtig in Reihe ge-34 bezeichneten Tachogenerator verhindern. schaltet, ebenso die Spule 58 mit der Spule 60. Die Spu-

Auf der balkonartigen Erhöhung 18 sind, wie in F i g. 2 len 57 und 59 bilden also - infolge ihrer zweidrähtigen dargestellt, vier Statorspulen 57,58,59 und 60 angeord- 5 Wicklung - zwei Stränge, ebenso die Spulen 58 und 60. net, die als Rundspulen ausgebildet sind, jeweils zwei- Die zusammengehörenden Spulen sind jeweils gleichdrähtig gewickelt sind und voneinander die in Fig. 2 sinnig geschaltet, d. h. wenn z. B. durch einen Draht der angegebenen Winkelabstände aufweisen. Ihr Durch- Wicklungen 57 und 59 ein Strom fließt, erzeugen z. B. messer beträgt, wie dargestellt, jeweils etwa 1,4 Poltei- beide an ihrer Oberseite einen Süd- und an ihrer Unterlungen. Diese Spulen sind sogenannte Backdrahtspulen, io seite einen Nordpol. Bei dieser in F i g. 2 dargestellten d. h. ihre Drähte sind miteinander verbacken und bilden symmetrischen Spulenanordnung, gemäß DE-PS so einen sehr stabilen Spulenverbund, der auch größe- 24 24 290, ist eine solche Schaltungsweise erforderlich, ren Biegekräften widerstehen kann, insbesondere den was aber den Nachteil hat, daß der Streufluß im Tachobei der Montage und Demontage auftretenden, nicht generatorteil 34 dabei relativ groß wird, unerheblichen Magnetkräften des Rotors 20. 15 Zur Verringerung des von der Statorwicklung her-

Der Rotor 20 hat eine im Betrieb rotierende untere vorgerufenen Streuflusses eignet sich bei einem 8-polisogenannte Rückschlußscheibe 63 aus Weicheisen. Bei gen Motor (bzw. in analoger Abwandlung bei einem der Spulenmontage wird diese Scheibe 63 zuerst auf die Motor mit 16 oder 24 Polen) besonders gut eine erfinBodenplatte 17 gelegt, wie das F i g. 5 zeigt, und zwar so, dungsgemäße Spulenanordnung gemäß F i g. 7. Die Leidaß vier in ihr vorgesehene Montagebohrungen 64, 65, 20 terplatte 75 und die Spulen 57 und 58 sind gleich ange-66,67 (F i g. 2) mit entsprechenden Montagebohrungen ordnet wie bei F i g. 1 und 2. Dagegen sind die beiden der Bodenplatte 17 fluchten. F i g. 1 zeigt nur zwei Mon- anderen Spulen 120 und 121 direkt fortlaufend nach den tagebohrungen 64' und 66' der Bodenplatte 17. Dann Spulen 57 und 58 angeordnet, d. h. es liegen jeweils 270" werden gemäß F i g. 5 in alle Montagebohrungen Zen- elektrisch zwischen den Spulen 57 und 58, 58 und 120 trierwerkzeuge 68 eingesteckt, deren Außendurchmes- 25 sowie 120 und 121. Bei dieser Anordnung werden in ser dem Innendurchmesser der Spulen entspricht, und Reihe geschaltet die erste Spule 57 und die dritte (120) auf diese Zentrierwerkzeuge werden die vier Spulen 57 einerseits sowie die zweite (58) und die vierte Spule 121 bis 60 mit ihren Innenbohrungen aufgesetzt, so daß ihre andererseits, und zwar wie dargestellt, jeweils 2-drähtig Lage im Gehäuse 12 genau festgelegt ist — Dann wird und gegensinnig, d. h. wenn z. B. durch den Strang 122 in F i g. 2 ein nichtmagnetischer Montagering 70 aus Be- 30 (Spulen 57 und 120) ein Strom fließt, erhält die Spule 57 ryllium-Kupfer auf die Außenseite der Spulen aufgelegt auf ihrer Oberseite einen Südpol, die Spule 120 auf ihrer Dieser Ring 70 hat an seiner Unterseite vier Gummiauf- Oberseite dagegen einen Nordpol. Es werden also jelagen 72, mittels deren er auf die Außenseite der vier weils ungleichnamige Pole erzeugt und dadurch wird Spulen drückt Dieser Ring 70 wird jeweils neben den der Streufluß zum Tachogenerator 34 ganz wesentlich Spulen mittels insgesamt sechs unmagnetischer Schrau- 35 reduziert, so daß bei den meisten Anwendungsfällen die ben 73 befestigt und nach unten gegen die Spulen ge- Scheibe 33 vollauf genügt und die Kompensationsspule preßt, wobei er sich elastisch verformt und die Spulen so 43 entfallen kann, was eine wesentliche Vereinfachung mit elastischer Vorspannung auf einer Isolierfolie 18' an und auch eine kürzere Bauweise des Motors ermöglicht der Erhöhung 18 festhält. Die Anordnung nach F i g. 7 bildet mit den vier Ein-

Vor dieser Montage der Spulen — oder auch danach, 40 zelspulen, wenn (wie F i g. 7 zeigt) zweidrähtig gewikwenn statt eines durchgehenden Rings 70 entsprechen- kelt, vier Wicklungsstränge. Diese Einzelspulen 57, 58, de Ringsegmente verwendet werden — wird durch eine 120, 121 sind aufeinanderfolgend angeordnet und zwei Durchbrechung des Gehäuserands 19 eine Leiterplatte benachbarte Spulen sind um 270° elektrisch gegenein-75 durchgesteckt, auf der zwei Hallgeneratoren 76 und ander versetzt 77, die diesen zugeordneten Widerstände mit vier Lei- 45 F i g. 8 zeigt schematisch die Wirkung der Anordnung tungstransistoren zur Steuerung der Ströme in den vier gemäß F i g. 7. Die Spulen 57, 58 und 120 sind hier in Spulen 57 bis 60 angeordnet sind. abgewickelter Form zwischen dem Magnetring 90 und

Diese Leiterplatte 75 ist, wie in F i g. 2 und 4 darge- der Rückschlußscheibe 63 dargestellt Man erkennt, daß stellt mit zwei Nieten 86 an der balkonartigen Erhö- der Fluß durch die Spule 57 hier entgegengesetzt ist zu hung 18 festgenietet so daß die Hallgeneratoren 76 und 50 dem Fluß durch die mit der Spule 57 in Reihe geschalle-77 in den Sektor zwischen den beiden Spulen 57 und 60 te Spule 120, und dasselbe gilt natürlich analog für die zu liegen kommen. Spulen 58 und 121. Der Streufluß wird hierdurch we-

Die Hallgeneratoren haben voneinander einen Ab- sentlich reduziert Die Unsymmetrie der Anordnung restand von 90° elektrisch; der Hallgenerator 77 hat zur lativ zur Rotorachse wirkt sich bei guter Lagerung nicht Mitte der Spule 57 und der Hallgenerator 76 hat zur 55 störend aus.

Mitte der Spule 60 jeweils einen Abstand von 180° elek- Eine alternative Art der Spulenbefestigung zeigt

trisch. Die Leiterplatte 75 und die vier Spulen liegen in F i g. 6 am Beispiel der Spule 59. Zwischen dieser Spule derselben Ebene, nämlich der Luftspaltebene des Ro- und der balkonartigen Erhöhung 18 ist ein Vliesring 125 tors 20. angeordnet der mit einem Zweikomponenten-Kleber

Nach der Montage der Spulen und der Leiterplatte 75 w getränkt ist Die Spulen werden wie üblich mit den erfinwird der obere Teil des Rotors 20 aufgesetzt Dieser dungsgemäßen Stiften 68 gemäß Fig.5 justiert dann weist einen axial magnetisierten Magnetring 90 auf, der aufgeklebt mit einem geeigneten Werkzeug am Gehäumit acht Polen axial abwechselnd entgegengesetzt ma- se festgespannt und auf Härtetemperatur gebracht gnetisiert ist von denen in F i g. 1 zwei angedeutet sind. Durch eine Ringnut bzw. Auskehlung 126 wird verhin-Dieser Ring 90 ist auf eine Trageplatte 91 aus Eisen 65 den, daß Kleber zum Bodenabschnitt 17 herunterlaufen aufgeklebt Die vier Spulen 57 bis 60 können bei der kann und die Rückschlußplatte 63 dort festklebt Montage des Rotors den vom Magnetring 90 ausgeüb- Selbstverständlich kann die vorliegene Erfindung in

ten magnetischen Zug aufnehmen. gleicher Weise z. B. auch mit einem optisch arbeitenden

Tachogenerator verwendet werden. Ebenso sind im Rahmen der vorliegenen Erfindung weitere Abwandlungen und Modifikationen möglich. Bei zweisträngigen Motoren der gattungsgemäßen Art, und auch bei erfingungsgemäßen sind mindestens vier Rotorpole nötig.

Die Erfindung ist naturgemäß nicht auf 8-polige Motoren beschränkt, obwohl diese Polzahl günstig ist, da die Spulen noch nicht zu klein werden und die Magnetisierung des Rotormagneten 44 keine Schwierigkeiten bereitet.

Es entstehen maximal zwei magnetisch aktive Spulenabschnitte pro Rotorpol. Ohne zusätzlichen Aufwand werden durch die Erfindung auch wirkungsvoll Streuflüsse vom Motor verhindert.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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25

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Claims (11)

Patentansprüche:

1. Kollektorloser Gleichstrommotor mit einer eisenlosen Statorwicklung, deren zwei Stränge je aus überlappungsfreien Spulen zusammengefaßt sind, und einem mit permanent-magnetischen und äquidistanten Polen versehenen mehrpoligen Rotor, welcher im Betrieb mit einem von der Drehstellung des Rotors über eine Sensor-Anordnung gesteuerten und von der Statorwicklung erzeugten Drehfeld in Wechselwirkung tritt, dadurch gekennzeichnet, daß bei einschichtig ausgebildeter Statorwicklung zwei um einen Versetzungswinkel von 270° el. zueinander versetzte Stangwicklungen (Rundspulen 57, 58 bzw. 120,121) angeordnet sind, daß jeder Strang mindestens zwei um m χ 180° el. (m = 3,5,...) zueinander versetzte und gleichzeitig die ungleichnamige Polarität besitzende Spulen aufweist

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (57,120; 58,121) eines Stranges gegensinnig gewickelt und in Reihe geschaltet sind.

3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (57,120; 58,121) eines Stranges zweidrähtig gewickelt sind.

4. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er vier Einzelspulen (57, 58,120,121) besitzt.

5. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (57, 58, 120, 121) aufeinanderfolgend im gleichen Winkelabstand (F i g. 7) angeordnet sind.

6. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (20) 8, 16 oder 24 Pole hat.

7. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rundspulen (57, 58, 120, 121) mit einem Durchmesser von der 1,4fachen Polteilung ausgebildet sind.

8. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelspulen (57, 58, 120, 121) eindrähtig ausgebildet sind und in beiden Richtungen vom Strom durchflossen werden.

9. Motor mit einem Scheibenläuferrotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, in dessen flachem Luftspalt die eisenlose Statorwicklung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (57,58,120, 121) der Statorwicklung an ihren Außenseiten am Stator befestigt sind und freitragend in den Luftspalt ragen.

10. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (57, 58, 120, 121) als Backdrahtwicklungen ausgeführt sind.

11. Motor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenaußenseiten an einem balkonartig erhöhten Abschnitt (18) eines Gehäuseteils (17) befestigt sind.