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Die
Erfindung betrifft einen Linearmotor für einen Kältemittelkompressor mit einem
Innenstator, einem Außenstator
und einem hin und her bewegbaren Anker zwischen Innenstator und
Außenstator, wobei
der Außenstator
eine Spulenanordnung aufweist (
DE 102 40 680 A1 ).
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Ein
derartiger Linearmotor ist beispielsweise aus
US 6 812 606 B2 bekannt.
Der Außenstator
ist hierbei durch eine Vielzahl von Blechen gebildet, die sich radial
von innen nach außen
erstrecken. Im Bereich ihres äußeren Randes
sind sie durch einen Sicherungsring zusammengehalten. Radial weiter
innen sind sie durch ein Befestigungsmittel, beispielsweise eine
Kunststoff-Gußmasse oder
einen Klebstoff, zumindest im Bereich einer Anschlußanordnung
für die
Spulenanordnung gehalten, um ein Aneinanderschlagen der freien radial
inneren En den der Bleche und damit eine Geräuschbildung zu verhindern.
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Bei
einem derartigen Außenstator
gibt es ein relativ schlechtes Verhältnis von Eisen zu Luft. Dies hat
zur Folge, daß das
Magnetfeld, das durch die Spulenanordnung erzeugt wird, nicht immer
optimal geführt
wird. Dementsprechend ist eine relativ große Baugröße erforderlich, um die gewünschten
Antriebsleistungen erbringen zu können.
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US 6 573 624 B2 zeigt
einen weiteren derartigen Linearmotor, bei dem der Außenstator
durch Blechpakete gebildet ist. Diese Blechpakete sind sternförmig um
den Luftspalt angeordnet, in dem sich der Anker bewegt. Die einzelnen
Blechpakete weisen dabei eine Schichtung aus mehreren Blechen auf. Die
Berührungsebene
der Bleche ist im wesentlichen radial gerichtet. Auch dies hat zur
Folge, daß zumindest
in radial weiter außen
liegenden Bereichen relativ große
Luftspalte zwischen benachbarten Blechpaketen stehen, die das magnetische
Verhalten des Außenstators
verschlechtern. Auch hier ist dementsprechend eine relativ große Baugröße erforderlich,
um die notwendigen Antriebsleistungen erzeugen zu können.
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Aus
DE 102 40 680 A1 ist
ein Linearmotor bekannt, bei dem der Außenstator ein die Spulenanordnung
in Umfangsrichtung umgebendes Joch aufweist. Das Joch wird aus Blechlagen
gebildet, die in radialer Richtung aufeinander liegen, um eine gute magnetische
Leitfähigkeit
aufzuweisen. Dabei weist das Joch allerdings keine in Umfangsrichtung
geschlossene Oberfläche
auf. Vielmehr ist es mit einem in Axialrichtung verlaufenden Spalt
verse hen. Durch diesen Spalt verringert sich der zur Leitung des
magnetischen Flusses verfügbare
Querschnitt, was durch eine erhöhte
Anzahl an Blechlagen ausgeglichen werden muß. Dadurch ist trotz erhöhtem Fertigungsaufwand
noch ein relativ großer
Bauraum erforderlich.
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Aus
US 2004/0025325 A1 ist
ein Linearmotor beispielsweise für
einen Kompressor bekannt der einen Außenstator und einen Innenstator
aufweist, wobei dazwischen ein bewegbarer Anker angeordnet ist.
Die Spulenanordnung wird entweder am Außenstator oder am Innenstator
angeordnet. Auf den Aufbau des Außenstators wird dabei nicht
näher eingegangen.
Dafür werden
verschiedene Ausführungsformen
des Innenstators offenbart. Dieser wird durch eine Vielzahl von
Blechen gebildet, die sich radial von innen nach außen erstrecken,
wobei sich nach außen hin
größer werdende
Luftspalte zwischen den Blechen ausbilden. Der Innenstator kann
Zahnabschnitte aufweisen, die durch axial aufeinander geschichtete
Scheiben gebildet werden. Die Zahnabschnitte weisen an ihrer inneren
Stirnseite eine Schrägfläche auf,
die flächig
an einer entsprechenden Schrägfläche des
Jochs anliegt. Dadurch wird die magnetische Leitfähigkeit
verbessert.
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In
WO 99/66624 A1 ist
ein Stator aus amorphem Metall für
einen elektrischen Radialmotor offenbart. Dieser Stator weist eine
in Umfangsrichtung geschlossene Oberfläche auf, wobei er jedoch aus mehreren
Segmenten besteht. Diese Segmente sind C-förmig ausgebildet und weisen
eine Vielzahl von Blechlagen auf, die in radialer Richtung aufeinander liegen.
Die beiden Enden des C bilden dabei die Pole des Motors.
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Bei
Kältemittelkompressoren,
insbesondere solchen, die in Haushalts-Kühl- und -Gefriergeräten eingesetzt
werden, möchte
man den Raum, der für den
Kältemittelkompressor
und seinen Antrieb erforderlich ist, möglichst klein halten. Die Außenabmessungen
derartiger Haushaltsgeräte
sind in der Regel durch sonstige Bestandteile einer Küche begrenzt. Je
kleiner daher der Ko pressor und sein Antrieb ist, desto mehr Nutzraum
steht in einem derartigen Kühlmöbel zur
Verfügung.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Baugröße zu vermindern.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Linearmotor der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
daß der Außenstator
ein die Spulenanordnung in Umfangsrichtung umgebendes und in Umfangsrichtung
geschlossenes Joch aufweist, das eine Vielzahl von Blechlagen aufweist,
die in radialer Richtung aufeinander liegen, wobei das Joch eine
zumindest teilweise radial nach innen abgeschrägte Stirnseite aufweist.
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Mit
einer derartigen Ausgestaltung des Jochs erreicht man, daß das von
der Spulenanordnung erzeugte Feld, das im Bereich des Jochs im wesentlichen
in Axialrichtung verläuft,
geführt
werden kann, ohne daß es
fortlaufend Luftspalte überqueren muß. Die einzelnen
Blechlagen liegen so, daß sich das
Magnetfeld praktisch immer in der Ebene der einzelnen Blechlagen
erstrecken kann. Dementsprechend ist der für die Führung des Magnetfeldes im Joch
notwendige Raum praktisch vollständig
mit Eisen gefüllt.
Da die einzelnen Lagen flächig
aneinander anliegen, hat das Magnetfeld auch genügend "Übergangsstellen", um von einer Blechlage
zur anderen überzutreten,
auch wenn die Blechlagen aufgrund von Rauhigkeiten noch kleine Lufteinschlüsse zwischen
sich haben sollten. Da die magnetische Leitfähigkeit des Jochs durch diesen
Aufbau in erheblichem Umfang verbessert wird, kann man umgekehrt
das Joch verkleinern, insbesondere seine radiale Dicke und damit
auch seinen Außendurchmesser.
Dementsprechend läßt sich
die Baugröße des Motors
vermindern, was Ziel der Erfindung ist. Wenn man die Baugröße unverändert beläßt, dann
kann man den Kupferanteil, also die Spulenanordnung, vergrößern und
damit den Wirkungsgrad des Motors steigern.
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Hierbei
ist bevorzugt, daß das
Joch aus mindestens einem Blechstreifen gewickelt ist. Dies erleichtert
zum einen die Herstellung. Es ist lediglich erforderlich, einen
Blechstreifen beispielsweise auf einen Dorn aufzuwickeln. Dabei
entstehen in Abhängigkeit
von der Anzahl der Umdrehungen des auf den Dorn gewickelten Blechstreifens
eine entsprechende Anzahl von Lagen. Im Grunde reicht es dann aus, den
Anfang und das Ende des Blechstreifens mit der jeweils radial darüber bzw.
darunter befindlichen Lage der "Spirale" zu verbinden. Die
Herstellung des Jochs läßt sich
also außerordentlich
kostengünstig gestalten.
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Hierbei
ist von Vorteil, wenn das Joch eine zumindest teilweise radial nach
innen abgeschrägte Stirnseite
aufweist. Dies erleichtert es, das Magnetfeld "um die Ecke" zu führen, also in einen Zahnbereich,
so daß das
Magnetfeld, das von der Spule erzeugt wird und die Spule sozusagen
ringförmig
umgibt, auch radial mit geringen Verlusten nach innen geführt werden
kann.
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Bevorzugterweise
weist der Außenstator mindestens
einen Zahnabschnitt auf, der in Axialrichtung neben der Spulenanordnung
angeordnet ist und eine Vielzahl von in Axialrichtung aufeinandergestapelter
Scheiben aufweist. Der Begriff "Zahnabschnitt" wird aus magnetischer
Sicht gewählt.
Tatsächlich
hat das Joch an beiden Stirnseiten nur zwei Zähne, die in Umfangsrichtung
allerdings geschlossen sind, d.h. in der Regel eine glatte Innenkon tur
aufweisen. Die Zahnabschnitte dienen dazu, das von der Spulenanordnung
erzeugte Magnetfeld radial nach innen bzw. radial nach außen zu führen. Dadurch,
daß der
Zahnabschnitt durch eine Vielzahl von Blechscheiben gebildet ist,
gilt hier im Grunde das gleiche wie für das Joch. Das Magnetfeld
wird praktisch in den einzelnen Scheiben geführt, ohne daß es eine
Berührungsfläche zwischen
benachbarten Scheiben überspringen müßte. Die
Schichtung hat also eine für
die Führung des
Magnetfelds ideale Form. Wirbelströme, die durch das Magnetfeld
induziert werden können,
werden klein gehalten, weil sie nicht durch die Berührungsflächen zwischen
benachbarten Scheiben treten können.
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Vorzugsweise
weist der Zahnabschnitt zwischen seinem größten Umfang und seiner axial
inneren Stirnseite eine Schrägfläche auf.
Das Paket aus Blechscheiben, das den Zahnabschnitt bildet, kann dann
das Magnetfeld besser aus dem Joch aufnehmen.
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Hierbei
ist bevorzugt, daß die
Schrägfläche den
gleichen Neigungswinkel und die gleiche Erstreckung wie der abgeschrägte Bereich
der Stirnseite aufweist. Die Schrägfläche und der abgeschrägte Bereich
können
dann vollflächig
aneinander anstoßen.
Das Magnetfeld kann problemlos vom Joch in den Zahnabschnitt übertreten.
Magnetische Verluste werden auf diese Weise klein gehalten.
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Vorzugsweise
sind die Schrägfläche und
der abgeschrägte
Bereich geschliffen. Damit erreicht man, daß das Joch und der Zahnabschnitt
glatt aneinanderliegen können, d.h.
man hält
Luftspalte, wenn sie überhaupt
entstehen, relativ klein.
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Vorzugsweise
weisen die Blechstreifen des Jochs eine kleinere Dicke als die Scheiben
der Zahnabschnitte auf. Das magnetische Feld weist radial innen
eine größere Dichte
auf, weil hier weniger Platz zur Verfügung steht. Es ist also günstig, hier
auch bei einzelnen Blechen des Zahnabschnitts einen relativ großen Querschnitt
zur Verfügung
zu stellen. Beim Joch hingegen ist die magnetische Felddichte geringer.
Hier sind dann dünnere
Blechstreifen vor allem unter dem Aspekt günstig, daß sie leichter gewickelt werden
können.
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Vorzugsweise
weist der Außenstator
eine Zahnfußanordnung
auf. Eine Zahnfußanordnung
erlaubt es, das Magnetfeld im radial inneren Bereich des Außenstators
zu führen.
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Bevorzugterweise
weist die Zahnfußanordnung
eine Vielzahl von in Umfangsrichtung aneinandergereihter Zahnfußelemente
auf. Jedes Zahnfußelement
ist dann praktisch radial ausgerichtet. Die Zahnfußelemente
berühren
sich zumindest an ihrem radial inneren Ende. Radial weiter außen können sie zwar
einen kleinen Luftspalt zueinander aufweisen. Dies ist aber unschädlich, weil
das Magnetfeld die Zahnfußelemente
radial von außen
nach innen oder von innen nach außen durchquert und die Zahnfußelemente
damit wiederum die günstige
Ausrichtung zum Magnetfeld haben.
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Hierbei
ist bevorzugt, daß jedes
Zahnfußelement
als Blechelement ausgebildet ist. Damit läßt sich im Grunde der gesamte
Außenstator
außer
der Spulenanordnung durch kostengünstiges Blech herstellen. Die
Zahnfußelemente
können
beispielsweise ausgestanzt sein.
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Vorzugsweise
sind die Zahnfußelemente
an ihrer radialen Innenseite miteinander verbunden. Dies erleichtert
die Fertigung. Eine derartige Verbindung kann beispielsweise durch
einen Klebestreifen oder durch eine Schweißnaht erfolgen. Die Verbindung
erlaubt es, alle Zahnfußelemente
oder zumindest die Zahnfußelemente
einer Gruppe gemeinsam zu handhaben und so zu wölben, daß sie in die Bohrung des Blechpakets
passen, das den Zahnabschnitt bildet.
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Vorzugsweise
weisen die Zahnfußelemente axial
außen
eine vorstehende Nase auf, die an der Stirnseite des Zahnabschnitts
anliegt. Dies erleichtert die Montage. Die Zahnfußanordnung
kann soweit in den Zahnabschnitt eingesetzt werden, bis die Nase an
der Stirnseite anliegt. Darüber
hinaus wird die Ausbreitung des magnetischen Feldes durch eine derartige
Nase, die zu einer radialen Verdickung der Zahnfußanordnung
axial außen
neben dem Zahnabschnitt führt,
verbessert werden.
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Auch
ist von Vorteil, wenn die Zahnfußelemente im Bereich des Zahnabschnitts
eine ebene radiale Außenseite
aufweisen, wobei sich die radiale Erstreckung der Zahnfußelemente
axial innerhalb neben den Zahnabschnitten vermindert. Mit dieser Ausgestaltung
erreicht man, daß die
Zahnfußelemente
glatt, also mit wenig Lufteinschlüssen, an der radialen Innenseite
des Zahnabschnitts anliegen können.
Axial weiter innerhalb verjüngen
sich die Zahnfußelemente,
was ebenfalls eine günstige
Auswirkung auf die Führung
des Magnetfelds hat.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
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1 einen
schematischen Schnitt durch einen Linearmotor,
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2 eine
Stirnseitenansicht eines Jochs,
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3 eine
perspektivische Darstellung eines Außenstators in Explosionsansicht
und
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4 eine
schematische perspektivische Darstellung eines Jochs.
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1 zeigt
schematisch einen Linearmotor 1 zum Antrieb eines nur schematisch
dargestellten Kältemittelkompressors 2.
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Der
Linearmotor weist einen Außenstator 3 und
einen Innenstator 4 auf. Zwischen dem Außenstator 3 und
dem Innenstator 4 ist ein Spalt 5 ausgebildet,
in dem ein Anker 6 angeordnet ist. Der Anker 6 weist
in nicht näher
dargestellter Weise Permanentmagnete auf.
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Der
Außenstator 3 weist
eine Spulenanordnung 7 mit einer ringförmig gewickelten Spule 8 und einem
Spulenhalter 9 auf. Der Spulenhalter 9 ist aus einem
Kunststoff gebildet und isoliert die Spule 8 elektrisch
gegen den Außenstator 3.
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Wenn
ein Strom durch die Spule 8 geleitet wird, dann erzeugt
dieser Strom ein Magnetfeld, das sich ringförmig durch den Außenstator 3,
den Spalt 5, den Anker 6 und den Innenstator 4 schließt. Dadurch wird
der Anker 6 in eine Richtung gezogen. Wenn die Richtung
des Stroms durch die Spule umgedreht wird, dann ändert das Magnetfeld ebenfalls
seine Umlaufrichtung und der Anker 6 wird in eine andere Position
bewegt. Durch ein periodisches Umschalten der Stromrichtung läßt sich
also eine entsprechende periodische Bewegung des Ankers 6 erreichen,
die man zum Antrieb eines Kolbens im Kältemittelkompressor 2 verwenden
kann.
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Um
das Magnetfeld führen
zu können,
weist der Außenstator 3 ein
Joch 10 auf, das aus einem Blechband 11 gebildet
ist, das zu einer Rolle aufgewickelt ist. Die Darstellungen der 2 und 4 sind
hierbei nicht maßstäblich zu
verstehen, sondern dienen alleine der Erläuterung des Aufbaus des Jochs
mit dem spiralförmig
gewickelten Blechband. Stufen 12, 13, die am Anfang
und am Ende des Blechbandes 11 ausgebildet sind, sind in
Wirklichkeit natürlich
wesentlich kleiner. Auch ist ein Raum 14, der radial innerhalb
des Jochs 10 ausgebildet ist, wesentlich größer, als
in 2 und 4 dargestellt. Schneidet man
nun das Joch 10 in einer beliebigen Stelle in Umfangsrichtung
radial auf, dann zeigt ein derartiger Schnitt eine Vielzahl von
in Radialrichtung aneinanderliegender Bleche.
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Das
Magnetfeld wird im Bereich des Jochs 10 zumindest zum größten Teil
parallel zu einer Längsachse 15 geführt. Dies
ist aber genau die Richtung, in der das Blechband 11 ebenfalls
flächig
ausgebreitet ist. Das Magnetfeld kann also im Joch 10 praktisch
vollständig
im Eisen geführt
werden. Es muß zum
größten Teil
nicht einmal Grenzflächen
zwischen einzelnen Lagen des Blechbandes 11 überwinden.
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An
den beiden Stirnseiten der Spulenanordnung ist jeweils ein Zahnabschnitt 16, 17 vorgesehen.
Der Außenstator 3 hat
also sozusagen zwei Zähne.
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Dieser
Zahnabschnitt 16, 17 weist eine Vielzahl von Blechscheiben 18 auf,
die in Axialrichtung aufeinandergestapelt sind. Die Blechscheiben
weisen alle eine Bohrung 19 mit gleichem Durchmesser auf.
Der Außendurchmesser
der Blechscheiben 18 nimmt axial nach innen ab, so daß sich eine
Schrägfläche 20 ergibt.
Das Joch 10 weist eine abgeschrägte Stirnseite 21 auf.
Die Schrägfläche 20 und
die Stirnseite 21 haben den gleichen Neigungswinkel und
die gleiche Erstreckung. Sie sind beide vorzugsweise geschliffen,
so daß sie
dicht an dicht aneinander anliegen.
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Die
Dicke der Blechscheiben 18 ist größer als die Dicke des Blechbandes 11,
aus dem das Joch 10 gewickelt ist. Die Darstellung der 1 ist
hier nicht maßstäblich. Das
dünnere
Blechband 11 läßt sich
besser wickeln. Die dickeren Blechscheiben 18 bilden einen
ausreichend großen
Querschnitt, um insbesondere radial innen einen ausreichend großen Leitungsquerschnitt
bereitzustellen.
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An
ihrer radialen Innenseite weisen die beiden Zahnabschnitte 16, 17 jeweils
eine Zahnfußanordnung 22 auf,
die durch eine Vielzahl von Zahnfußelementen 23 gebildet
ist.
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3 zeigt
den Außenstator 3 in
perspektivischer Explosionsdarstellung. Es ist zu erkennen, wie die
Zahnfußanordnung 22 in
die Zahnabschnitte 16, 17 eingesteckt ist und
sie mit einem Abschnitt 27 durchragt. Die Lücken zwischen
in Umfangsrichtung benachbarten Zahnfußelementen sind in Wirklichkeit so
nicht vorhanden. Die Zahnfußelemente
stoßen
an ihrer radialen Innenseite aneinander an.
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Die
Zahnfußelemente
werden zur Fertigung einfach gestapelt, d.h. hintereinander aufgereiht,
und dann durch eine Naht 24, beispielsweise eine Schweißnaht, die
durch Laserschweißen
hergestellt ist, miteinander verbunden. Danach können die Zahnfußelemente 23 ringförmig gebogen
und in die Bohrung 19 eingesetzt werden.
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Jedes
Zahnfußelement
weist axial außen eine
Nase 25 auf, mit der es an der axial äußeren Stirnseite 26 des
jeweiligen Zahnabschnitts 16, 17 anliegt. Damit
wird automatisch die Einschubtiefe der Zahnfußelemente 23 in die
Bohrung 19 begrenzt.
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Auf
der axialen Innenseite nimmt die Dicke der Zahnfußelemente
ab. Hierzu ist ein Abschnitt 27 der Zahnfußelemente 23 auf
seiner radialen Außenseite
leicht abgeschrägt.
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Im übrigen sind
die Zahnfußelemente
auf ihrer radialen Außenseite 28 glatt,
so daß sie
ohne Bildung größerer Luftspalte
an der radialen Innenseite der Zahnabschnitte 16, 17 anliegen
können.