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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bürstenhalter und eine elektrische Maschine aufweisend einen solchen Bürstenhalter.
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Aus dem Stand der Technik sind Elektromotor-Antriebe bekannt, die beispielsweise zum Antrieb von Sitzverstellern, Fensterhebern und/oder Scheibenwischern in Kraftfahrzeugen dienen können. Diese Elektromotor-Antriebe haben einen in einem Motorgehäuse angeordneten Elektromotor, der in Wirkverbindung mit einem in einem Getriebegehäuse angeordneten Getriebe steht, wobei das Motorgehäuse und das Getriebegehäuse aneinander befestigt sind, z. B. miteinander verschraubt oder vernietet sind.
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Mit der
DE 10 2005 057 395 A1 ist ein Bürstenhalter-Bauteil eines Elektromotors bekannt geworden, das zur elektrischen Kontaktierung dessen Hammerbürsten auf einer Leiterplatine angeordnet ist. Dabei weisen die Bürstenarme der Hammerbürsten eine näherungsweise rechtwinklige Abknickung auf, an deren freiem Schenkel die Kohlebürste befestigt ist. Der andere Schenkel bildet ein Befestigungselement, das in eine Schiene des Bürstenträger-Bauteils eingeschoben wird. Zur Fixierung der Hammerbürsten sind an dem anderen Schenkel am Bürstenträger-Bauteil befestigt ist. Am Befestigungselement sind Rasthaken ausgebildet, die sich in der Schiene verkrallen. Am zweiten Schenkel, der als Befestigungselement ausgebildet ist, sind unmittelbar elektrische Kontaktpins angeformt, die in entsprechende Pin-Aufnahmen in der Leiterplatte eingreifen und beispielsweise mit dieser verlötet sind.
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Bei solch einer Ausführung, bei der der Federarm der Hammerbürste einstückig mit dem abgewinkelten Befestigungselement ausgebildet ist, kann eine störende Geräuschbildung auftreten, die gerade im Bereich der Komfortantriebe im Kraftfahrzeug - wie beim Schiebedach, Fensterheber oder Sitz - vom Kunden nicht toleriert werden. Diese wird von einer Schwingungsübertragung von der Kohlebürste über den Federarm direkt auf das Bürstenträger-Bauteil erzeugt. Je nach Anbindung des Bürstenträger-Bauteils am Gehäuse des Elektromotors können dadurch unangenehme Resonanzfrequenzen angeregt werden.
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Mit der
DE 198 58 233 A1 ist ein weiterer elektrischer Antriebsmotor bekannt geworden, bei dem Hammerbürsten an einem U-förmigen Bürsten5träger-Bauteil an dessen radialer Innenwand befestigt sind. Aufgrund der geradlinigen Ausbildung der Hebelarme und deren Drehpunkt an einer am Bürstenträger angeformten Klemmgabel beansprucht diese Ausführung relativ viel Bauraum in der radialen Ebene quer zur Ankerwelle und ist sehr unflexibel in der Ausbildung verschiedener Kommutierungswinkel.
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Diese Nachteile sollen durch die erfindungsgemäße Lösung überwunden werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Bürstenhalter und die elektrische Maschine mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass durch die Ausbildung einer Freisparung im Kontaktelement der Federarm in diese Freisparung eingreifen kann, wodurch der Federarm bei der Montage des Bürstenhalters im Bürstenträger-Bauteils gegen ein Verbiegen geschützt ist. Dabei ist das Kontaktelement aus einem stabileren Material, beispielsweise aus einem Kupferblech hergestellt, das eine größere Dicke hat, als das sehr dünne Federblech des Federarms. Aufgrund der Freisparung im Kontaktelement kann der Federarm variabel gegenüber dem Kontaktelement angeordnet werden, so dass der Bürstenhalter den zur Verfügung stehenden Bauraum optimal nutzen kann. Dabei kann der Federarm entweder vollständig durch die Aussparung hindurchgreifen oder nur mit einer Abwinkelung tangential in die Aussparung eingreifen. Die Freisparung ist dabei in einem tangentialen Fortsatz des Kontaktelements ausgespart, wobei der tangentiale Fortsatz gleichzeitig eine Schwingmasse darstellt, die die durch die Kohlebürste erzeugten Vibrationen dämpfen kann. Dadurch wird verhindert, dass störende Vibrationen an das Gehäuse der elektrischen Maschine übertragen werden.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserung der in den unabhängigen Ansprüchen vorgegebenen Ausführungen möglich. Damit der Federarm außerhalb seiner Befestigungsfläche frei beweglich ist, ist die Freisparung mit ihrer Umrandung so groß ausgeführt, dass der Federarm das Kontaktelement außerhalb dessen Kontaktfläche nicht berührt. Besonders bevorzugt ist dabei die axiale Abmessung der Freisparung größer als die axiale Höhe des Federarms in dem Bereich, wo der Federarm in die Freisparung eingreift. Dadurch wird eine störende Reibung im Bereich der Abknickung gegenüber dem tangentialen Fortsatz verhindert.
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Der Federarm liegt im Bereich seiner Befestigungsfläche eben an der korrespondierenden gegenüberliegenden Kontaktfläche des Kontaktelements an und ist in diesem Bereich fest mit ihr fixiert. Die Kontaktfläche erstreckt sich dabei bis zu einer axialen Kante, wobei sich der Federarm über diese in Tangentialrichtung hinaus erstreckt und hierbei frei beweglich ist. Dabei ist es von Vorteil, dass sich die ebene Befestigungsfläche des Federarms in Tangentialrichtung über die Kante der Kontaktfläche hinaus erstreckt, um das Schwingungsverhalten des Bürstenhalters positiv zu beeinflussen. An die eben ausgebildete Befestigungsfläche schließt sich in Längsrichtung des Federarms die Abwinkelung an, mittels der der Bürstenhalter derart geformt wird, dass die Bürstenkohle radial federnd am Kommutator anliegt. Da sich die Freisparung in Tangentialrichtung an die axiale Kante der Kontaktfläche anschließt, liegt besonders vorteilhaft die Abwinkelung des Federarms im Bereich der Freisparung, und greift in diese ein. Die Abwinkelung ist derart definiert, dass sich der Federarm aus der ebenen Fläche der Kontaktfläche herausbewegt. Dies kann insbesondere in der Praxis beim Umbiegen des Federarms durch einen mehr oder weniger stark ausgebildeten Radius realisiert werden, der die Spitze des Winkels der Abwinkelung bildet. Bevorzugt liegt die Kontaktfläche nicht vollständig am Kontaktelement an, so dass diese Kontaktfläche in Längsrichtung des Federarms über das Kontaktelement übersteht.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung erstreckt sich der tangentiale Fortsatz nicht in der Ebene der Kontaktfläche, sondern bildet zu dieser einen Winkel. In diesem Winkelbereich des Kontaktelements ist die Freisparung derart ausgebildet, dass es sich in der Richtung quer zur Axialrichtung über den gesamten Winkelbereich erstreckt. Dadurch hat die Abwinkelung des Federarms maximale Bewegungsfreiheit ohne das Kontaktelement zu berühren.
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Besonders vorteilhaft ist das Kontaktelement als einstückiges Stanzbiegeteil ausgebildet, wobei in axialer Verlängerung der Kontaktfläche zumindest auf einer Seite eine Kontaktlasche ausgebildet ist, die sich näherungsweise bevorzugt quer zur Längsrichtung des Federarms erstreckt. Über eine solche Kontaktlasche kann die Kohlenbürste über den Federarm bestromt werden, wobei sowohl das Kontaktelement, also auch der Federarm aus elektrisch leitenden Material gebildet sind. Die Kontaktlasche weist vorteilhaft ein gabelförmiges Ende auf, in das beispielsweise ein elektrisch leitender Anschlussdraht eingelegt werden kann. Dabei kann der Draht in der Kontaktlasche verlötet oder verschweißt werden, oder alternativ mit einer Schneid-Klemm-Verbindung verbunden werden. Besonders günstig kann der Anschlussdraht einer Entstördrossel elektrisch mit der Kontaktlasche verbunden werden. Dabei ist die Entstördrossel bevorzugt benachbart zum Kontaktelement im Bürstenträger-Bauteil angeordnet.
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Besonders günstig kann der Federarm mittels einer Nietverbindung mit dem Kontaktelement verbunden sein, da dadurch keine weiteren Verbindungselemente notwendig sind. Bevorzugt sind am Kontaktelement einstückig Nietstifte ausgeformt, die sich quer zur Kontaktfläche erstrecken. Diese Nietstifte greifen in entsprechende Durchgangslöcher in der Befestigungsfläche des Federarms und sind an ihrem freien Ende zu einem Nietkopf umgeformt. Beispielsweise sind zwei solcher Nietstifte in Axialrichtung übereinander angeordnet, so dass deren Verbindungslinie insbesondere näherungsweise parallel verläuft zur Kante des Kontaktelements. Im Bereich der Nietstifte ist somit die Befestigungsfläche vibrationsfest mit dem Kontaktelement verbunden. Im Bereich um die Nietstifte herum ist es jedoch möglich, dass die Kontaktfläche in gewissen Grenzen Schwingungen gegenüber der Kontaktfläche des Kontaktelements ausführen kann. Durch die erfindungsgemäße geeignete Wahl dieses Flächenverhältnisses zwischen der Kontaktfläche und der Befestigungsfläche kann somit die Übertragung von Vibrationen der Bürstenkohle über den Federarm auf das Bürstenhalter-Bauteil verringert werden.
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In einer Variante der Erfindung ist der Federarm derart ausgeformt, dass dieser ausgehend von seiner Befestigung an der Kontaktfläche des Kontaktelements durch die Freisparung im Kontaktelement hindurchgreift und auf der der Kontaktfläche gegenüberliegenden Seite des Kontaktelements weiter verläuft. Dabei bildet die Abwinkelung bezogen auf die Kontaktfläche etwa ein Winkelbereich von 280° bis 340°. Dabei sind die Nietköpfe radial zur Außenwand des Bürstenträgerbauteils gerichtet und der Bürstenarm verläuft auf der den Nietköpfen gegenüberliegenden Seite des Kontaktelements tangential zum Kommutator hin. Dabei ist die Abwinkelung des Federarms in der Freisparung angeordnet, ohne dass diese am Kontaktelement anliegt. Bei dieser ersten Variante bildet der tangentiale Fortsatz zur Kontaktfläche einen Winkel von 100° bis 170°, so dass der tangentiale Fortsatz näherungsweise radial nach außen gerichtet ist.
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In einer weiteren Variante der Erfindung greift der Federarm mit seiner Abwinkelung nur von einer Seite in die Freisparung ein, und verläuft auf der gleichen Seite des Kontaktelements weiter, an der der Federarm auch an der Kontaktfläche befestigt ist. Bei dieser Ausführung beträgt der Winkel der Abwinkelung etwa 40° bis 80° und bildet insbesondere mit einer weiteren Abknickung einen näherungsweise C-förmigen Federarm. Das bedeutet, dass bei dieser Variante die Bürstenkohle mit ihrer Anlauffläche der Kontaktfläche zugewandt ist. Bei dieser Ausführung ist der tangentiale Fortsatz gegenüber der Kontaktfläche näherungsweise rechtwinklig ausgebildet, wobei sich die Freisparung wieder über den gesamten Winkelbereich quer zur Axialrichtung erstreckt. Da hierbei der Federarm nicht vollständig durch die Aussparung durchtritt, greift die Abknickung quasi nur tangential von einer Seite in die Freisparung ein. Dadurch bildet die Umrandung der Freisparung einen Schutzrahmen für die Abwinkelung, der den Federarm insbesondere bei der Montage in das Bürstenträgerbauteil schützt.
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Der erfindungsgemäße Bürstenhalter wird besonders bevorzugt in einer elektrischen Maschine eingebaut, die beispielsweise als Stellmotor für bewegliche Teile im Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Beim Verstellen von Fensterscheiben, dem Schiebedach oder Sitzteilen ist besonders wichtig, dass der Stellantrieb keine störenden Geräusche verursacht, die den Fahrer beim Fahren beeinträchtigen. Der Bürstenhalter ist bevorzugt in ein Bürstenträger-Bauteil eingebaut, das als standardisiertes gleichbleibendes Teil der elektrischen Maschine ausgebildet werden kann. Darauf wird ein Steckermodul aufgesteckt, das an die kundenspezifische Anforderung angepasst werden kann. Dabei ist das recht komplexe Bürstenträger-Systems unabhängig von der Montage des Steckermoduls, so dass zur Anpassung der elektrischen Maschine an die Kundenanforderungen nicht jedes Mal das komplexe Bürstenhalter-System neu ausgelegt werden muss. Dabei ist es besonders günstig, wenn das Steckermodul direkt in das Polgehäuse eingefügt wird, ohne von den Toleranzen des Bürstenträger-Bauteils beeinflusst zu werden.
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Besonders einfach kann das Kontaktelement, mit dem daran befestigten Federarm, in eine Aufnahmetasche im Bürstenträger-Bauteil eingesteckt werden. Dadurch ist der Bürstenhalter mechanisch fest im Bürstenträger-Bauteil fixiert und gleichzeitig kann über die elektrische Kontaktlasche die Stromversorgung der Bürstenkohle realisiert werden. Zur sicheren Befestigung des Bürstenhalter im Bürstenträger-Bauteil ist am Kontaktelement eine Befestigungslasche angeformt, die durch einen entsprechenden Durchbruch im Bürstenträger-Bauteil hindurchgeführt wird, und anschließend bevorzugt umgebogen wird um den Bürstenhalter im Bürstenträger-Bauteil zuverlässig zu sichern. Dabei wird das Kontaktelement bevorzugt in eine Aufnahmetasche eingeführt, die fertigungstechnisch sehr günstig einstückig mit dem als Spritzgussteil gefertigten Bürstenträger-Bauteil hergestellt ist. Für eine optimale Kraftwirkung der Bürstenkohle auf den Kommutator - bei minimaler Vibrationsübertragung auf das Bürstenträger-Bauteil - weist der Federarm zusätzlich zu der Abwinkelung an der Kontaktfläche eine weitere Abknickung auf. Dadurch hat der Bürstenhalter bevorzugt insgesamt eine näherungsweise C-förmige Gestalt. Dabei bewirken die Abwinkelungen - insbesondere in Kombination mit der weiteren Abknickung - zusammen mit dem erfindungsgemäßen Überstand der Befestigungsfläche gegenüber der Kontaktfläche eine besonders günstige Vibrationsdämpfung des Gesamtbürstenträger-Systems.
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Ist die Freisparung axial nach oben offen ausgebildet, weist die Freisparung keine geschlossene Umrandung auf. Dadurch kann beispielweise der Federarm montagetechnisch sehr günstig axial in die Freisparung eingefügt werden, um mit der Kontaktfläche vernietet zu werden. In einer alternativen Ausführung ist die Freisparung mit einer geschlossenen Umrandung ausgebildet, so dass hier das zweite Ende des Federarms quer zur Axialrichtung in die Freisparung eingeführt werden kann. Dabei kann durch die Ausbildung der Umrandung (offen oder geschlossen) auch das Schwingverhalten des tangentialen Fortsatzes beeinflusst werden. Dadurch, dass der tangentiale Fortsatz nicht fest im Bürstenträger-Bauteil eingeklemmt ist, sondern sich vorteilhaft nur einseitig am Bürstenträger-Bauteil abstützt, kann die Masse des tangentialen Fortsatzes schwingen, wodurch die an der Kontaktfläche übertragenen Vibrationen des Federarms kompensiert werden können. Dabei kann die frei Masse des tangentialen Fortsatzes über einen oder über zwei gegenüberliegende tangentiale Stege mit der Kontaktfläche verbunden sein.
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Besonders günstig kann dabei der tangentiale Fortsatz ein Abstützbereich aufweisen, der insbesondere flächig an einer gegenüberliegenden Stützfläche des Bürstenträger-Bauteils anliegt. Dadurch können die auftretenden Federkräfte des montierten Bürstenhalters aufgenommen und an das Motorgehäuse abgegeben werden. Dadurch ist gewährleistet, dass die Bürste in jedem Betriebszustand exakt positioniert bleibt. Besonders günstig ist es dabei, wenn der tangentiale Fortsatz, der gleichzeitig ein axiales Rahmenelement der Freisparung bildet, gleichzeitig als Kontaktlasche ausgebildet ist. Dabei kann bevorzugt in axialer Verlängerung des axialen Rahmenelements die Kontaktlasche beispielsweise in Form eines Gabelkontakts angeformt sein. Dabei ist die Kontaktlasche bevorzugt als direkte axiale Verlängerung des Abstützbereichs ausgebildet.
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Durch den Überstand des Federarms mit seiner ebenen Befestigungsfläche über die Länge des Kontaktelements in Längsrichtung des Federarms hinaus, können störende Schwingungsanregungen des Bürstenhalter-Systems deutlich reduziert werden. Durch das Ausbilden eines optimalen Verhältnisses zwischen der Kontaktfläche des Kontaktelements und der Befestigungsfläche des Federarms der Hammerbürste kann weitgehend verhindert werden, dass beim Schleifen der Bürstenkohlen am Kommutator zu starke Vibrationen auf das Bürstenhalter-Bauteil übertragen werden. Durch die erfindungsgemäße formschlüssige Anbindung des Federarms an ein Kontaktelement, das wiederum im Bürstenhalter-Bauteil befestigt ist, kann durch eine Vibrationsdämpfung ein ruhiger, langlebiger Kommutatorbetrieb realisiert werden, wobei eine störende Geräuschanregung wirksam unterdrückt wird.
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Figurenliste
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Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Gesamtansicht einer elektrischen Maschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 2 ein im Polgehäuse montiertes Bürstenträger-Bauteil,
- 3 eine Ansicht des Bürstenträger-Bauteils von unten,
- 4 eine weitere Ausführung eines Bürstenhalters vor der Montage in das Bürstenträger-Bauteil,
- 5 eine weitere Varianten eines Kontaktelements, und
- 6 und 7 verschiedene Darstellungen eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Bürstenhalters.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt eine elektrische Maschine 10, wie sie beispielsweise zum Verstellen beweglicher Teile - vorzugsweise Fensterscheiben, Schiebedächer oder Sitzkomponenten - im Kraftfahrzeug eingesetzt wird. Dabei ist in einem Polgehäuse 12 ein Stator 13 angeordnet, innerhalb dem ein Rotor 15 angeordnet ist, dessen Rotorwelle 20 sich in Axialrichtung 24 vom Polgehäuse 12 in ein axial sich anschließendes Getriebegehäuse 14 hinein erstreckt. Dabei wird das Antriebsmoment von der Rotorwelle 20 auf ein im Getriebegehäuse 14 angeordnetes Getriebe übertragen, das ein Abtriebselement 22 aufweist, das mit einer nicht dargestellten Mechanik zusammen wirkt, die beispielsweise Teile eines Fahrzeugsitzes oder eine Fensterscheibe im Kraftfahrzeug bewegt. In Axialrichtung 24 ist zwischen dem Polgehäuse 12 und dem Getriebegehäuse 14 ein Steckermodul 16 angeordnet, das elektrisch mit einem Bürstenträger-Bauteil 17 zur elektrischen Kontaktierung eines auf der Rotorwelle 20 angeordneten Kommutators 55 verbunden ist. Dabei sind die Bürsten als Hammerbürsten 27 ausgebildet, deren Bürstenkohlen 26 jeweils an ersten Enden 51 eines Federarms 50 angeordnet sind. Gegenüberliegende zweite Enden 52 der Federarme 50 sind am Bürstenhalter-Bauteil 17 befestigt, sodass die Hammerbürsten 27 federnd gegen den Kommutator 55 gepresst werden. Hierzu sind im Bürstenträger-Bauteil Aufnahmen 61 ausgebildet, in die die zweiten Enden 52 eingreifen. Das Steckermodul 16 weist einen Anschluss-Stecker 18 auf, der in Radialrichtung 23 zur Rotorwelle 20, radial außerhalb des Polgehäuses 12 und vorzugsweise auch radial außerhalb des Getriebegehäuses 14 angeordnet ist. Dabei ist der Anschluss-Stecker 18 mittels eines radialen Steges 30 an das Steckermodul 16 angebunden. Das Bürstenträger-Bauteil 17 ist beispielsweise separat vom Steckermodul 16 hergestellt und ist radial vollständig innerhalb des Polgehäuses 12 angeordnet. Das Steckermodul 16 weist eine Grundplatte quer zur Axialrichtung auf, die eine zentrale Aussparung 34 aufweist, durch die hindurch sich in Axialrichtung 24 die Rotorwelle 20 in das Getriebegehäuse 14 hinein erstreckt. Der Anschluss-Stecker 18 weist einen Steckerkragen 40 auf, innerhalb dessen die Anschluss-Pins 42 zur elektrischen Kontaktierung der elektrischen Maschine 10 angeordnet sind. Optional kann auf der Rotorwelle 20 ein Sensormagnet 104 angeordnet sein, der über einen Drehzahlsensor 105 ein Signal für die Rotorlage an einem Sensor-Pin 43 zur Verfügung stellt. Im Ausführungsbeispiel der 1 erstreckt sich der Steckerkragen 40 mit den Anschluss-Pins 42 - und optional Sensor-Pins 43 - in Axialrichtung 24, so dass der korrespondierende Stecker ebenfalls in Axialrichtung 24 in den Steckerkragen 40 einschiebbar ist. Aus 1 ist ersichtlich, dass das Steckermodul 16 zwischen zwei Flanschen 94, 92 des Polgehäuses 12 und des Getriebegehäuses 14 axial eingespannt ist, wobei ein äußerer Umfangsrand 44 des Steckermoduls 16 in diesem Ausführungsbeispiel gleichzeitig einen Teil der Außenwand 45 der elektrischen Maschine 10 bildet. Beispielsweise wird das Getriebe-Gehäuse 14 mit dem Polgehäuse 12 mittels Schrauben oder anderen Verbindungselementen 48 verbunden, wodurch das Steckermodul 16 zwischen dem Polgehäuse 12 und dem Getriebegehäuse 14 fest verspannt und fixiert ist. Dazu greifen die Verbindungselemente 48 durch Anschraubaugen 91 am Flansch 94 des Polgehäuses 12 hindurch in korrespondierende Gegenaufnahmen 90 im Getriebegehäuse 14.
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In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer elektrischen Maschine 10 dargestellt, bei der ein Bürstenträger-Bauteil 17 auf den Rotor 15 im Polgehäuse 12 gefügt ist. Das Bürstenträger-Bauteil 17 ist in Axialrichtung 24 weitgehend in das Polgehäuse 12 eingeschoben, so dass dieses näherungsweise axial mit dem Flansch 94 des Polgehäuses 12 abschließt. Dabei ist das Bürstenträger-Bauteil 17 über seinen gesamten Umfang von der Polgehäusewand 60 umschlossen. Im Inneren des Bürstenträger-Bauteils 17 sind die Hammerbürsten 27 angeordnet, die radial am Kommutator 55 anliegen, der drehfest auf der Rotorwelle 20 befestigt ist. Der Kommutator 55 ist mit Wicklungen 56 des Rotors 15 verbunden, so dass sich der bestromte Rotor 15 im Magnetfeld von Statormagneten 62 dreht. Das Bürstenträger-Bauteil 17 weist an seinem äußeren Umfang Positionierungsflächen 67 auf, die das Bürstenträger-Bauteil 17 radial im Polgehäuse 12 zentrieren, wodurch die Hammerbürsten 27 exakt gegenüber dem Kommutator 55 positioniert werden. Die Positionierflächen 67 liegen radial unmittelbar an der Innenseite 77 der Polgehäusewand 60 an. Dabei erstrecken sich die Positionierflächen 67 über einen wesentlichen Teil der axialen Ausdehnung 72 des Bürstenträger-Bauteils 17, um dessen Verkippen im Polgehäuse 12 zu verhindern. Das Polgehäuse 12 weist im Ausführungsbeispiel einen abgeflachten Kreisquerschnitt auf, so dass die Polgehäusewand 60 kreissegmentförmige Abschnitte 75 und zwei parallele, sich gegenüberliegende Abschnitte 76 aufweist. Das Bürstenträger-Bauteil 17 liegt mit jeweils mindestens einer Positionierfläche 67 an jeweils einem der genannten vier Abschnitte 75, 76 der Polgehäusewand 60 an. Durch das axiale Einpressen der Positionierflächen 67 wird das Bürstenträger-Bauteil 17 bevorzugt gleichzeitig mit seiner radialen Zentrierung mittels Kraftschluss im Polgehäuse 12 fixiert. Dabei sind am Polgehäuse 12 axiale Anschläge 97 ausgebildet, an denen das Bürstenträger-Bauteil 17 axial anliegt. Die Axialanschläge 97 können dabei an der Innenwand 77 oder im Bereich des Flansches 94 ausgeformt sein. Das Bürstenträger-Bauteil 17 weist am äußeren Umfang 64 axiale Aussparungen 80 auf, in die bei der Montage des Steckermoduls 16 an diesem angeformte axiale Fortsätze axial eingefügt werden. Die axialen Aussparungen 80 des Bürstenträger-Bauteils 17 sind hier jeweils an jedem der vier Segmente 75, 76 der Polgehäusewand 60 angeordnet. Beispielweise erstrecken sich zwei radial gegenüberliegende axiale Aussparungen 80 über die gesamte axiale Ausdehnung 72 des Bürstenträger-Bauteils 17. Zwei andere radial gegenüberliegende axiale Aussparungen 80 erstrecken sich jedoch nur über einen Teilbereich der axialen Ausdehnung 72. In der Mitte des Bürstenhalter-Bauteils 17 ist ein zentraler Rohrstumpf 36 ausgeformt, der ein Lager 38 für die Rotorwelle 20 aufnimmt. Beispielsweise ist das Lager 38 der Rotorwelle 20 in den Rohrstumpf 36 eingepresst. Dadurch wird der Kommutator 55 auf der Rotorwelle 20 exakt zu den Bürstenkohlen 26 positioniert. Das Bürstenhalter-Bauteil 17 weist eine Basisplatte 32 quer zur Axialrichtung 24 auf, in der ein Durchbruch 96 zur axialen Durchführung einer Befestigungslasche 101 des Bürstenhalters 19 aufweist. Diese wird anschließend zur sicheren Fixierung des Bürstenhalters 17 im Bürstenträger-Bauteil 17 um einen Biegewinkel umgebogen. Hierzu ist in der Befestigungslasche 101 eine Aussparung 116 ausgeformt, die den Materialquerschnitt der Befestigungslasche 101 reduziert. Dadurch kann diese mit geringerer Kraft und einem geringeren Radius umgebogen werden. Der Bürstenhalter 19 ist mit einem Entstör-Bauteil 9 - insbesondere einer Entstördrossel 99 - elektrisch kontaktiert, die ebenfalls im Bürstenträger-Bauteil 17 angeordnet ist, und über ein zweites Drosseldrahtende 122 mit dem Steckermodul 16 verbindbar ist.
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Die 3 zeigt ein Bürstenträger-Bauteil 17 gemäß 2 in einer Ansicht von unten. In der Mitte ist die zentrale Aussparung 34 zu erkennen, die in 2 von der Rotorwelle 20 durchdrungen ist. Beispielhaft ist eine Hammerbürste 27 in das Bürstenträger-Bauteil 17 eingefügt. Die Hammerbürste 27 weist den Federarm 50 auf, der beispielsweise als Stanzbiegeteil gefertigt ist. An einem ersten Ende 51 ist in den Federarm 50 eine Kohlenaufnahme 49 ausgeformt, in die die Bürstenkohle 26 eingesetzt ist. An einem gegenüberliegenden Ende 52 des Federarms 50 ist eine ebene Befestigungsfläche 57 angeformt, die flächig mit einer gegenüberliegenden Kontaktfläche 58 eines elektrischen Kontaktelements 59 verbunden ist. Das elektrische Kontaktelement 59 ist beispielsweise in Axialrichtung 24 in eine entsprechende Aufnahmetasche 61 des Bürstenträger-Bauteils 17 eingesteckt. Dadurch ist das zweite Ende 52 des Federarms 50 fest im Bürstenhalter-Bauteil 17 fixiert, so dass die Bürstenkohle 26 über den Federarm 50 radial federnd am Kommutator 55 des Rotors 15 anlegbar ist. Bei dieser Ausführung ist die Erstreckung der Bürstenkohle 26 in Radialrichtung 23 größer als deren Erstreckung in Axialrichtung 24 und in Tangentialrichtung 25. Zur Montage des Bürstenhalter-Bauteils 17 auf den Rotor 15 wird das erste Ende 51 des Federarms 50 in einer radial äußeren Montageposition an einem Haltelement 63 verrastet. Wird später auf das Bürstenträger-Bauteil 17 gemäß 2 axial das Steckermodul 16 aufgesetzt, greift dieses mit axialen Fortsätzen in axiale Löcher 88 des Bürstenträger-Bauteil 17 ein, um das ersten Ende 51 des Federarms 50 aus dem Halteelement 63 zu entrasten. Im Bürstenträger-Bauteil 17 ist des Weiteren schematisch als Entstörbauteil 9 eine Entstördrossel 99 eingefügt, die elektrisch über ein erstes Drosseldrahtende 98 mit dem elektrischen Kontaktelement 59 verbunden ist. Dadurch wird die Hammerbürste 27 über die Endstördrossel 99 bestromt. Dabei erstreckt sich die Kontaktlasche 100 näherungsweise in axialer Verlängerung der Kontaktfläche 58. In Längsrichtung 47 des Federarms 50 ist neben der Kontaktfläche 58 ein tangentialer Fortsatz 128 am Kontaktelement 59 angeformt, der winkelig zu Kontaktfläche 58 angeordnet ist. Dieser Winkel 129 des Fortsatzes 128 ist größer ausgebildet, als die Abwinkelung 78 des Federarms 50. Im tangentialen Fortsatz 128 ist eine Freisparung 124 im Kontaktelement 59 ausgeformt, die sich in Längsrichtung 47 des tangentialen Forstsatzes 128 erstreckt. Auf der der Kontaktfläche 58 gegenüber liegenden Seite der Freisparung 124 ist am Ende des tangentialen Fortsatzes 128 ein axiales Rahmenelement 134 angeformt, das ein Teil einer geschlossenen Umrandung 126 der Freisparung 124 bildet. Die Freisparung 124 wird bevorzugt vor dem Umbiegen des Kontaktelements 59 als viereckiger Durchbruch ausgestanzt. In diese Freisparung 124 hinein greift die Abwinkelung 78 des Federarms 50. Jedoch tritt der Federarm 50 auf der gleichen radialen Seite des tangentialen Fortsatzes 128 wieder aus der Freisparung 124 heraus, da der Winkel 118 der Abwinkelung 78 kleiner ist, als der Winkel 129 des tangentialen Fortsatzes, 128 der insbesondere etwa 80° - 100° beträgt. In 3 ist zu erkennen, dass der Federarm 50 nicht auf der radial abgewandten Seite des tangentialen Fortsatzes 128 durch diesen nach außen tritt, sondern nur tangential in die Freisparung 124 eingreift. Das axiale Rahmenelement 134 ist nicht am Bürstenträger-Bauteil 17 fixiert, so dass dieses zumindest in gewissen Grenzen schwingen kann. Somit kann diese Schwingmasse 136 des axialen Rahmenelements 134 die im Kommutatorbetrieb entstehenden Vibrationen dämpfen, und dadurch verhindern, dass diese an das Motorgehäuse 12 übertragen werden.
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In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Bürstenhalters 19 dargestellt, der beispielsweise gemäß 3 in das Bürstenhalter-Bauteil 17 eingesetzt und elektrisch kontaktiert werden kann. Ein solcher Bürstenhalter 19 setzt sich - insbesondere ausschließlich - aus der Hammerbürste 27 und dem elektrischen Kontaktelement 59 zusammensetzt. Das zweite Ende 52 des Federarms 50 ist mittels einer Nietverbindung 68 mit dem Kontaktelement 59 verbunden. Hierzu sind am Kontaktelement 59 einstückig Nieten 69 angeformt. Das Kontaktelement 59 weist eine ebene Kontaktfläche 58 auf, an der die Befestigungsfläche 57 des Federarms 50 flächig anliegt. In der Befestigungsfläche 57 sind Durchgangslöcher 71 für die Nieten 69 ausgeformt. Die freien Enden der Nieten 69 werden nach dem Einfügen in die Durchgangslöcher 71 zu Nietköpfen 73 umgeformt, so dass die Befestigungsfläche 57 im Bereich der Nieten 69 zerstörungsfrei untrennbar mit dem Kontaktelement 59 verbunden ist. Die Befestigungsfläche 57 wird durch die dem Kontaktelement 59 zugewandte Seite des zweiten Endes 52 des Federarms 50 gebildet. Der Federarm 50 ist beispielsweise als Biegestanzteil aus einem Federblech hergestellt und weist zwischen der ebenen Befestigungsfläche 57 und einem mittleren Bereich 74 des Federarms 50 die Abwinkelung 78 auf. Die Abwinkelung 78 weist in ungespannten Zustand des Federarms 50 einen Winkel 118 zwischen 40° und 75° auf. Im Ausführungsbeispiel ist zwischen dem mittleren Bereich 74 des Federarms 50 und dem ersten Ende 51 mit der Bürstenkohle 26 eine weitere Abknickung 79 ausgebildet, deren Winkel 119 im Bereich zwischen 140° und 170° liegt. Durch die Abwinkelung 78 und die Abknickung 79 ist der Bürstenhalter 19 näherungsweise C-förmig ausgebildet, so dass die Anlauffläche 28 der Bürstenkohle 26 in Richtung zur Kontaktfläche 58 hinzeigt. Die Kontaktfläche 58 erstreckt sich entlang einer Längsrichtung 47 des Federarms 50 entlang der Befestigungsfläche 57 bis zu einer axialen Kante 113, die hier einen Teil der Umrandung 126 der Freisparung 124 bildet. Die Freisparung 124 erstreckt sich entlang der Längsrichtung 47 des Federarms 50 über den gesamten Winkelbereich 129 des tangentialen Fortsatzes 128. Dabei ist die axiale Ausdehnung 130 der Freisparung 124 größer als die axiale Höhe 131 des Federarms 50 im Bereich seiner Abwinkelung 78. Somit berührt der Federarm 50 die Umrandung 126 der Freisparung 124 nicht. Die Umrandung 126 weist neben dem axialen Rahmenelement 134 und der axialen Kante 113 noch zwei sich gegenüberliegende tangentiale Stege 138 auf, mittels derer die Schwingmasse 136 des axialen Rahmenelements 134 an das Kontaktelement 59 angebunden ist. Am Kontaktelement 59 ist in axialer Verlängerung die Kontaktlasche 100 ausgebildet, die beispielsweise als Gabel 102 ausgebildet ist, in die ein elektrischer Draht eingelegt werden kann. Die Kontaktlasche 100 ist hier beispielsweise direkt an den oberen tangentialen Steg 138 angeformt. Axial gegenüberliegend zur elektrischen Kontaktlasche 100 ist eine axiale Befestigungslasche 101 angeformt, die beispielsweise gemäß 2 axial durch einen Durchbruch 96 im Bürstenträger-Bauteil 17 hindurchgesteckt und anschließend umgebogen wird. Dadurch kann das in die Aufnahmetasche 61 eingefügte Kontaktelement 59 im Bürstenhalter-Bauteil 17 gesichert werden. An die Kontaktzunge 100, die in 3 nach oben weist, ist dann beispielsweise die Entstördrossel 99 über einen Anschlussdraht 98 kontaktiert. Das Kontaktelement 59 ist bevorzugt als Biegestanzteil ausgebildet, beispielsweise aus einem Kupferblech, wobei der Federarm 50 als Stanzbiegeteil aus einem elektrisch leitenden Federblech hergestellt ist.
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5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kontaktelements 59, jedoch dieses Mal ohne Hammerbürste 27. An der Kante 113 des Kontaktelements 59 sind wiederum die tangentialen Stege 138 in Verlängerung zur Kontaktfläche 58 angeformt. Die tangentialen Stege 138 bilden wieder einen Winkel 129 des tangentialen Fortsatzes 128. Bei dieser Ausführung ist jedoch die Umrandung 126 an der der Kante 113 gegenüberliegenden sich axial erstreckenden Seite offen ausgebildet. Das bedeutet, dass hier auf das axiale Rahmenelement 134 verzichtet wird, und somit nur die tangentialen Stege 138 den tangentialen Fortsatz 128 bilden. Dadurch ist die Freisparung 124 an einer axialen Seite offen ausgebildet. Dadurch wird die freie Schwingmasse 136 nur durch die beiden tangentialen Stege 138 gebildet. Da die beiden tangentialen Stege 138 abgewinkelt ausgebildet sind, kann in diese offene Freisparung 124 ebenfalls wieder die Abknickung 78 des Federarms 50 eingreifen, nachdem der Federarm 50 mit seiner Befestigungsfläche 57 an der Kontaktfläche 58 befestigt ist. Je nach Anwendung kann somit die freie Schwingmasse 136 durch die Verlängerung der tangentialen Stege 138 und/oder durch das Anfügen eines axialen Rahmenelements 134 variiert werden. Dabei bilden die axialen Stege 138 einen Schutz für den Federarm 50, wenn dieser mit seiner Abknickung 78 in die Freisparung 124 zwischen den beiden tangentialen Stegen 138 eingreift.
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In 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bürstenhalters 19 dargestellt, der hier in einem Bürstenträger-Bauteil 17 eingebaut ist, das einstückig mit dem Steckermodul 16 ausgeführt ist. Das Bürstenträger-Bauteil 17 hat hierbei einen näherungsweise runden Außenumfang 148 für eine elektrische Maschine 10, die beispielweise ebenfalls ein rundes Polgehäuse 12 aufweist. In der Mitte des bürstenträger-Bauteils 17 ist wieder die zentrale Aussparung 34 ausgebildet, durch die die Rotorwelle 20 mit dem Kommutator 55 in Axialrichtung 24 hindurch ragt. Da in diesem Bürstenträger-Bauteil 17 weniger Bauraum zur Verfügung steht, ist hier der Federarm 50 in einer alternativen Weise an das Kontaktelement 59 angebunden. Der Federarm 50 weist wieder ein zweites Ende 52 auf, an dem die ebene Befestigungsfläche 57 angeformt ist. Diese Befestigungsfläche 57 liegt wieder flächig an der Kontaktfläche 58 des Kontaktelements 59 an. Am Kontaktelement 59 sind wieder Nieten 59 ausgebildet, die in entsprechende Durchgangslöcher 71 in der Befestigungsfläche 57 eingreifen und ein formschlüssige Fixierung bilden. Das Kontaktelement 59 weist auch einen tangentialen Fortsatz 128 auf der einen Winkel 127 zur Kontaktfläche 58 bildet, der nun jedoch radial nach außen weg weist. Zwischen der Kontaktfläche 58 und dem tangentialen Fortsatz 128 ist die Freisparung 124 ausgebildet, die in diesem Fall in Axialrichtung 24 nach oben offen ausgebildet ist. Auf der axial unteren Seite ist der tangentiale Fortsatz 128 wieder mittels eines tangentialen Stegs 138 mit dem Kontaktelement 59 verbunden. Der tangentiale Fortsatz 128 weist gegenüberliegend zur axialen Kante 113 das axiale Rahmenelement 134 auf, das einen Teil der axial nach oben offenen Umrandung 126 bildet. Bei dieser Ausführung ist die Kontaktlasche 100 nicht in axialer Verlängerung der Kontaktfläche 58 ausgebildet, vielmehr ist die Kontaktlasche 100 in axialer Verlängerung des axialen Rahmenelements 134 ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel ist hierzu am axial oberen Ende des axialen Rahmenelements 134 eine Kontaktgabel 102 ausgebildet, die das erste Drosseldrahtende 98 der Entstördrossel 99 aufnehmen kann. Bevorzugt ist die Entstördrossel 99 in einer Ausnehmung 140 angeordnet, die unmittelbar benachbart zum Kontaktelement 59 im Bürstenträger-Bauteil 17 ausgebildet ist. In der schematischen Abbildung gemäß 6 sind noch keine Entstördrosseln 99 montiert.
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7 zeigt einen Ausschnitt aus 6 mit dem montierten Bürstenhalter 19 aus einer anderen Perspektive. Der Winkel 127, den der tangentiale Fortsatz 128 zur Kontaktfläche 58 bildet, liegt hier im Bereich zwischen 100° und 150° Dabei ist die Kontaktfläche 58 näherungsweise tangential zum Kommutator 55 angeordnet. Der an der Kontaktfläche 58 befestigte Federarm 50 ist in die Aufnahme 61 für den Bürstenhalter 19 eingepresst. Aufgrund der Nietköpfe 73 liegt das zweite Ende 52 des Federarms 50 nicht vollflächig an der Aufnahme 61 an, jedoch hier insbesondere an axialen Auflagestegen 142 an den tangentialen Rändern der Kontaktfläche 58. An der radialen Innenseite erstreckt sich die Wandung der Aufnahmetasche 61 nur über ein Teilbereich der tangentialen Breite der Kontaktfläche 58. Die Freisparung 124 erstreckt sich über den Winkelbereich 127 und hat insbesondere eine Ausdehnung in Längsrichtung 47, die etwa der halben Länge der Kontaktfläche 58 in Längsrichtung 47 entspricht. Durch diese Freisparung 124 greift der Federarm 50 vollständig in Radialrichtung 23 hindurch. Dabei ist die Abknickung 78 des Federarms 50 im Bereich der Freisparung 124 angeordnet. Das bedeutet, dass der Federarm 50 ausgehend vom zweiten Ende 52, das flächig an der Kontaktfläche 58 anliegt, in Längsrichtung 47 fortlaufend durch die Freisparung 124 hindurch greift und auf der der Kontaktfläche 58 gegenüberliegenden Seite des Kontaktelements 59 nach der Abwinkelung 78 tangential auf den Kommutator 55 zuläuft. Das erste Ende 51 mit der Bürstenkohle 26 liegt dann mit der Anlauffläche 28 am Kommutator 55 an. Bezogen auf die Kontaktfläche 58 beträgt dann der Winkel 118 der Abwinkelung 78 etwa 290° bis 330°. Der Federarm 50 weist im Ausführungsbeispiel des Weiteren eine Abknickung 79 auf, mittels derer das erste Ende 51 des Federarms näherungsweise tangential zum Kommutator 55 ausgerichtet ist. Durch das federnde Anliegen der Bürstenkohle 26 am Kommutator 55 wirkt über den Federarm 50 eine Kraft auf das Kontaktelement 59, die einerseits durch die Aufnahmetasche 61 aufgenommen wird. Zusätzlich stützt sich hier das axiale Rahmenelement 134 an einer Stützfläche 144 ab, die sich hier näherungsweise in der gleichen Richtung erstreckt, wie der mittlere Bereich 74 des Federarms 50. Wie in 6 ersichtlich, ist die Stützfläche 144 an der Außenseite der Aufnahme 140 für das Entstörbauteil 9 angeordnet. Der Federarm 50 liegt hierbei an der axialen Kante 113 des Kontaktelements 59 an und berührt im Bereich seiner Abknickung 78, die durch die Freisparung 124 hindurchtritt, das Kontaktelement 59 nicht. Der untere tangentiale Steg 138 des tangentialen Forstsatzes 128 ist dabei so stabil ausgeführt, dass auf einen oberen, zweiten tangentialen Steg 138 verzichtet werden kann. Dadurch kann der Federarm 50 mit seiner Befestigungsfläche 57 in Axialrichtung 24 in die Freisparung 124 eingeführt werden, um mit der Kontaktfläche 58 des Kontaktelements 59 vernietet zu werden. Der tangentiale Forstsatz 128 mit dem axialen Rahmenelement 134 ist dabei bezogen auf die näherungsweise tangentiale Ausrichtung der Kontaktfläche 58 mit dem Winkel 127 radial nach außen abgewinkelt. Dabei ist das Kontaktelement 59 sehr kompakt ausgebildet, so dass die tangentiale Länge des gesamten tangentialen Fortsatzes 128 in etwa der tangentialen Länge der Kontaktfläche 58 entspricht. Durch die radial nach außen abgewinkelte Anordnung des axialen Rahmenelements 134 ist dieses näherungsweise radial zur runden Umfangswand 148 des Bürstenhalter-Bauteils 17 ausgerichtet. Am Bürstenhalter-Bauteil 17 ist hierbei ein Anschlussstecker 18 für die elektrische Kontaktierung der Hammerbürsten 27 ausgebildet.
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Es sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren und in der Beschreibung gezeigten Ausführungsbeispiele vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. So kann beispielsweise der Federarm 50 an einem separat gefertigten Bürstenträger-Bauteil 17 oder unmittelbar im Gehäuse der elektrischen Maschine 10 befestigt werden. Dabei das Steckermodul 16 separat von dem Bürstenträger-Bauteil 17 oder einstückig mit diesem und/oder dem Motorgehäuse gefertigt werden. Die Anzahl, die konkrete Ausformung (Abwinkelung 78, Abknickung 79) und Anordnung der Bürstenhalter 19 kann entsprechend dem zur Verfügung stehenden Einbauraum und der geforderten Federeigenschaften variiert werden. Die Form des Kontaktelements 59 mit den Kontakt- und Befestigungslaschen 100, 101 und deren Befestigung im Bürstenträger-Bauteil 17 können dabei ebenfalls an die entsprechende Anwendung angepasst werden. Das Drosseldrahtende 98 kann alternativ zu der Verbindung mit dem Kontaktelement 100 auch direkt an das Federblech des Federarms 50 gegenüberliegende zur Befestigungsfläche 57 festgeschweißt werden. Die elektrische Maschine 10 findet vorzugsweise Anwendung in einer Getriebe-Antriebseinheit als Stellantrieb im Kraftfahrzeug, beispielsweise zur Verstellung von beweglichen Teilen, wie Fensterscheiben, Sitzkomponenten, Schiebedach oder einer Antriebskomponenten im Motorraum, ist jedoch nicht auf solche Anwendungen beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005057395 A1 [0003]
- DE 19858233 A1 [0005]
