DE1613094A1

DE1613094A1 - Elektromotor und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1613094A1
Application number: DE19671613094
Authority: DE
Inventors: Martin Elmer Ellsworth; Brandon Robert Forrest; Summers Ernest Revere; Zagorski Wladyslaw Stanley
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1966-03-18
Filing date: 1967-03-01
Publication date: 1970-09-24
Also published as: ES338006A1; US3401281A; GB1151554A; FR1513131A; JPS4524497B1

Description

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Patentanwalt _ ^Hatentenvva!t · 1R 1 3 G 9 Λ

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Pos{fach301I ' PosKcdi 3011 682-3D-3O87-Martin

General Electric Company, 1 River Road, Schenectady, N.Y., USA

Elektromotor und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf dynamo-elektrische Maschinen und im besonderen auf eine Konstruktion für elektrische Kleinmotoren sowie auf ein Fertigungsverfahren für solche Kleinmotoren.

Für Anwendungsgebiete, bei denen nur sehr geringe Leistungen, also beispielsweise nur Bruchteile eines PS erforderlich waren, wurden bisher gerne Elektromotoren verwendet, und im besonderen Elektromotoren, die mit Permanentmagneten arbeiteten. Wie solche Elektromotoren mit Permanentmagneten arbeiten, ist somit bekannt. Solche Elektromotoren weisen einen Stator auf, in den konzentrisch ein Läufer oder ein Anker eingesetzt ist. Zwischen dem Stator und dem Anker wird ein genau definierter Luftspät eingehalten. Um nun im Luftspalt und im Anker den erforderlichen magnetischen Fluß hervorzurufen, werden in Verbindung mit dem Stator ein oder mehrere Permanentmagnete verwendet. Auf den Anker sind mehrere Wicklungen aufgebracht, die von außen erregt sind, so daß sich der Anker gegenüber dem Stator drehen kana.

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Bei bisherigen Elektromotoren, mit Permanentmagneten v/urden sowohl Einzel- oder Ringmagnete als auch magnetisierbar Segmente verwendet, um den erforderlichen magnetischen Fluß hervorzurufen. Bei Elektromotoren mit magnetisierbaren Segmenten war es jedoch bisher erforderlich, für die Segmente des gleichen Motors senr enge Toleranzen einzuhalten. Man konnte somit nicht, was erheblich billiger wäre, im gleichen Motor Segmente mit großen Toleranzen verwenden,a lso Segmente ungleicher Länge, ungleichen Querschnitts oder ungleichen Radialabstandes, und trotzdem eine Konstruktion erreichen, die über lange Betriebszeiten zuverlässig arbeitete.

Die Abmessungen von Elektromotoren der hier in Frage kommenden Art sind sehr klein. Daher ist es schwierig, die liinzelteile des Motors gut zu justieren. So ist beispielsweise die Radialabmessung des Luftspaltes oder der Abstand ziiischen dem STator und dem Rotor a ßerordentlich gering. Will man daher einen elektrischen Kleinmotor mit magnetisierbaren Segmenten und deia erforderlichen kleinen Luftspalt fertigen, so ist es notwendig, die Abstände zwischen den Segmenten genau einzuhalten und den Ader sehr genau in der Bohrung des Stators zu lagern. Diese Lagerung des Ankers im Stator hängt mit dem genauen Einsetzen der Lager in den Stator zusammen, in denen der Anker laufen soll.

Die Erfindung beinhaltet daher eine Konstruktion für einen elektrischen Kleinmotor mit Permanentmagneten, die die erstrebte Güte erreicht. Weiterhin ist dieser Kleinmotor mit Permanentmagneten klein genug, um ihn in verschiedenen Haushaltsgeräten verwenden zu können. Dieser Kleiniaotor ist ferner stabil genug, so daß

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mit ihm bestückte Haushaltsgeräte auf den Boden fallen oder anderen Stoßbelastungen ausgesetzt Herden können, ohne daß Fehler auftreten. Außerdem ist dieser Kleinmotor von vielen der Nachteile frei, die mit bisherigen Motoren, der liier interessierenden Art verbunden wären. Bei der erfindungsgemäßen Fertigung des Kleinmotors sind alle Toleranzen auf ein einfaches, bei der Fertigung in der rütte des Motors angeordnetes Präzisionswerkzeug bezogen, aufgrund dessen die Dimensionen deT Statorbohrung als auch die Justierung der Endlager für-den fiotor sehr genau erreicht werden können. Obwohl der Stator des erfindungsgemäßen "Kleinmotors aus mehreren getrennten Einzelteilen aufgebaut ist und magnetisierbare SegmenteVon verbaltnismäßig weiten Teoleranzen verwendet, ist es mögliciij die Einzelteile und die magnetisierbaren Segmente, unter Einhaltung genauer LagebeZiehungen zusammenzusetzen, ohne daß zwischen den Einzelteilen des STators mechanische Spannungen auftreten, was nach den bisher bekannten Fertigungsverfahren nur schwer vermeidbar war.So treten beispielsweise bvei dem erfindungsgemäßen Fertigüngsverfahren zwischen den Einzelteilen des Stators praktisch keine Verwindungskrafte mehr auf, so daß mögliche Dejustierungen der "Einzelteile nicht mehr zu befürchten sind. Damit wird aber ein wesentlicher Nachteil bisheriger Fertigurigsverfahren für elektrische Kleinmotoren überwunden, da es nach den bisherigen Verfahren nämlich nicht möglich War, kleine Präzisionsmotoren herzustel len, wenn der Stator solcher Motoren aus mehr als einem Stück bestand. """■'

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Die Erfindung beinhaltet weiterhin ein Fertigungs.verfahren für elektrische Kleinmotoren, nach dem es möglich ist, zu geringen Kosten aus einzelnen Einzelteilen mit großen Toleranzen Kleinmotoren von hoher Qualität zu fertigen. Dieses Fertigungsverfahren ist schnell und zu geringen Kosten in die Praxis umzusetzen, da es nur wenige Fertigungsschritte enthält. Weiterhin ist es genau, da die wichtigesten Toleranzen auf ein einziges Präzisionswerkzeug bezogen sind. Außerdem läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren leicht auf eine Massenherstellung ausdehnen. DasProdukt dieses Her stel lungs ve xfahrens ist daher ein preiswerter Motor mit einer konstantenStatorbohruhg, so daß die Anker für solche Motoren getrennt hergestellt werden können. Trotzdem kann der Luftspalt zwischen dem Stator und dem Anker genau eingehalten werden. Schließlich können je nach Verwendungszweck Motoren verschiedener Leistungen und Eigenschaften unter Verwendung eines einzigen Werkzeugssatzes hergestellt werden, sofern nur die Anker für diese verschiedenen Motoren die gleiche Gestalt haben.

Eine Ausführungsform der Erfindung besteht aus einem elektrischen Kleinmotor, der mit Gleichstrom wie beispielsweise mit einer Batterie betrieben wird. Der Kleinmotor weist einen Stator auf, der aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt ist. Das Zusammensetzen des Stators geschieht so, daß die äußeren Flächen zweier magnetisierbarer Segmente, die voneinander einen gewissen Abstand haben, fest gegen die inneren Oberflächen der gekrümmten Mittelstege zweier U-förmig gebogener Metallteile angedrückt werden.· Anfänglich werden die Schenkel dieser beiden ü-förmigen Metallteile

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aufeinander zu und auf ein Präzisionswerkzeug,hin bewegt, dessen äußerer Durchmesser gleich dem Durchmesser der Öffnung im Stator ist, in die der Anker eingesetzt werden soll. Die Schenkel der U-förmigen Metallteile sind so angeordnet, daß sie aufeinander zu ragen. Mindestens einer der beiden U-förmigen Metallteile wird dann solange verschoben, bis seine Schenkel die Schenkel des anderen Uf-römigen Metallteiles berühren oder überlappen. Diese Verschiebung der U-förmigen Metallteile endet, wenn die magnetisierbaren Segmente das in der Mitte angeordnete Präzisionswerkzeug berühren. DAs in der Mitte angeordnete Präzisionswerkzeug stellt somit den Bezugspunkt dar, auf den hin die beiden U-förmigen Metallteile und die beiden magnetisierbaren Segmente axial und radial justiert werden, so daß die vorgegebenen Statorabmessungen erreicht werden" können. Auf diese Weise werden die magneti.-sierbaren Segmente axial·, radial und im richtigen Winkel innerhalb der beiden U-förmigen Metallteile angeordnet, so daß ein Stator mit einer öffnung entsidit, die für den einzusetzenden Anker die genau richtigen Abmessungen aufweist. Dieses wird durch Unterschiedliche Längen der magnetisierbaren Segmente, durch unterschiedliche Radialabmessungen oder durch unterschiedliche Querschnitte der Segmente nicht beeinflußt.

■Die schenkel .der, .U-.förmig^ttiiie.^Jtlte^ilf-^kqn'iien mit öffnungen ver-* sehe:n.sein, dö^ so daß sich ,.öffnungen

■ ergehen;^jM&ißutchjäßiL ganzen;:SrtstQ^nhindurehgehen.Diese Öffnungen siiid/ winkelmäßig-z'wisichewfden;^ Segment en angeordnet. Die U-förmigen Metallteile wejgden in Berührung .mit den

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Rückflächen der zugehörigen Segmente gebracht. Auf einem Stift des Präzisionswerkzeugs wird ein Gleitlager aufgesetzt. Dieser Stift ist bezüglich der Statoröffnung für den aufzunehmenden Anker genau koaxial angeordnet und befindet sich in der Höhe des einen Endes der beiden U-förmigen Metallteile, An diesem Zeitpunkt wird nun die relative Lage zwischen den beiden U-förmigen Metallteilen, den beiden Segmenten und dem Gleitlager durch eine passende Form aufrechterhalten, in die dann ein hart werdender Kunststoff eingespritzt wird. Zur Herstellung des gesamten Stators läßt man dann den Kunststoff hart werden.

Wenn der Kunststoff hart geworden ist, weist der fertige Stator einen Kunststoffeinsatz auf, durch den die magnetisierbaren Segmente in der richtigen Lage festgehalten sind. Weiterhin ragen aus dem Kunststoffeinsatz nietenartige Ansätze heraus, die durch die öffnungen in~ den Schenkeln der U-förmigen Teile hindurchgehen, so daß die sich überlappenden Schenkel dieser U-förmigen Teile gegeneinander festgelegt sind. Der Kunststoffeinsatz bildet weiterhin an einem Ende des Stators eine Endfläche, in der das Gleitlager genau koaxial zur Statoröffnung für den Anker montiert ist. Am anderen Ende des Stators befindet sich eine genau dimensionierte Schulter, auf die eine weitere getrennt hergestellte Stirnwand aufgesetzt werden kann. Diese zweite Stirnwand ist mit Büsten und mit einem weiteren Gleitlager ausgerüstet* Um für den Motor den erforderlichen magnetischen Fluß hervorzurufen, werden die magnetisierharen Segmente wärend eines passenden Fertigungsschrittes magnetisiert.

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Zum Einsetzen eines Ankersmit einem Kollektorund einer Welle in den Stator wird zuerst das eine Wellenende in das erste Gleitlager eingesetzt. Darauf wird die zweite Stirnwand· auf die Schulter aufgesetzt, derart, daß das andere Wellenende durch das zweite Gleitlager hindurchragt« Diese Schulter wird daher zur Justierung des zweiten Gleitlagers gegenüber den restlichen Einzelteilen des Kleinmotors verwendet. Zum Schluß werden noch zur Fertigstellung des Motors Bürsten, Federn und die Bürstenanschlüsse an der zweiten Stirnwand montiert.

Ein Motor, der nach diesem verbesserten Fertigungsverfahren hergestellt ist, weist einen Stator und einen Motorrahmen auf, die zusammen aus einemStück bestiien. Die Statoröffnung für den Anker weist ganz genaue Abmessungen auf. Seine Lager sind genau justiert. Schließlich weist der Motorrahmen einen nur sehr geringen magnetischen Widerstand auf, so daß der Motorrahmen als Teil des Stators betrachtet,werden kann« Die Einzelteile des Rahmens und des Stators sind alle in Bezug auf ein einziges Präzisionswerkzeug justiert,und die ATt und Weise, wie die Einzelteile miteinander verbunden werden, stellt sicher, daß zwischen den Einzelteilen des Rahmens und des Stators nur sehr geringe verwindungskräfte auftreten, so daß die Justierung der Einzelteile auch dann aufrecht erhalten wird, wenn das Präzisionswerkzeug herausgezogen wird.

Im folgenden soll die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnung gen im einzelnen beschrieben werden.

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Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Kleinmotors, der eine Ausführungsform der Erfindung ist.

Fig. 2 ist ein waagrechter Schnitt in der Ebene, die durch die Linie 2-2 aus Fig. 1 definiert ist.

Fig. 3 ist ein senkrechter Schnitt durch die Ebene, die in der Fig. 1 durch die Linie 3-3 definiert ist.

Fig. 4 ist ein Querschnitt durch die Linie 4-4 aus Fig. 1.

Fig. 5 zeigt, wie die Einzelteile des Motorrahmens bzw. des Stators in eine Form eingesetzt werden und in welcher Beziehung diese Einzelteile zueinander stehen. Anhand der Fig. 5 wird erläutert, wie der Motor zusammengesetzt wird.

Fig. 6 ist ein senkrechter Schnitt durch die Form und die Motoreinzelteile aus Fig. 5 in einer anderen Fertigungsstufe.

Fig. 7 und 8 zeigen andere Stirnwände für den MQtJ" nach den Fig. 1 bis 4.

Fig. 9 zeigt, wie die verschiedenen Einzelteile für den Stator bzw. den Rahmen auf eine andere erfindungsgemäße Weise zusammengeeetzt werden können.

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In den Zeichnungen, die im folgenden erläutertwerden, ist in verschiedenen Ansichten ein Elektromotor dargestellt, der allgemein mit "10" bezeichnet ist. DieserElektromotor ist eine Ausführungsform der Erfindung^ In den verschiedenen Ansichten sind für die gleichen Einzelteile die gleichen Bezugsziffern verwendet worden.

Wie am besten aus den Figuren T bis4hervorgeht> weist der Motor IO einen Rahmen 12 auf, de"r mit zwei Rahmen- oder Gabelteilen 14 | und 16 ausgestattet ist. Die beiden Rahmenteile 14 und 16 sind praktisch gleich aufgebaut und haben einen U-förmigen Querschnitt. Der Rahmenteil 14 weist somit zwei parallel verlaufende Schenkel 18 und 20 auf, die durch ein kreisbogenförmiges Joch 22 miteinander verbunden sind. Der Rahmenteil 16 weist ebenfalls zwei parallel verlaufende Schenkel 24 und 26 auf,:die ihrerseits durch ein kreisbogenförmiges Joch 28 miteinander verbünden sind. Die beiden Rahmenteile 14 und 16 sind aus einem magnetischen Material hergestellt, da sie zumindest teilweise als Weg für den magnetischen _f Fluß im Stator verwendet werden, wie es noch näher erläutert wird. Die beidenRahmenteile 14und16 sind so angeordnet, daß die Sehenkel 18 und 20 auf die Schenkel 24 und 26 hin ragen und diese Schenkel zum Teil überlappen. Wie die Schenkel miteinander verbunden werden, um aus den beiden Rahmenteilen 14 und 16 einen einheitlichen Rahmen herzustellen,wird noch näher besehrieben.

Ein kreisbogenförmig ausgebildetes magrietisierbares Segment 30, dessen Rückseite mit der Innenseite des kreisbogenförmigen Joches

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22 übereinstimmt, 1st in dieses Joch 22 hineingelegt, so daß seine gekrümmte Vorderfläche nachinnen blickt und einem weiteren kreisbogenförmigen magnetisierbaren Segment 34 in einem gewissen Abstand gegenübersteht, das in dem kreisbogenförmigen Joch 28 befestigt ist. Die Rückseite des kreisbogenförmigen Segmentes 34 stimmt mit der Innenseite des kreisbogenförmigen Joches 28 überein, während die Vorderfläche 36 des Segmentes 34 der Vorderfläche 32 des Segmentes 30 gegenübersteht. Zwischen den Vorderflächen 32 und 36 der beiden magnetisierbaren Segmente befindet sich somit eine Öffnung, die zur Aufnahme des Ankers bestimmt ist. Die kreisbogenförmigen Segmente 30 und 34 sind aus einem magnetisierbaren Metall hergestellt,- die beim Zusammenbau des Motors während einer geeigneten Fertigungsstufe magnetisiert werden, so daß aus diesen beiden Segmenten Magnetpole entgegengesetzter Polarität entstehen, die den erforderliehen Magnetfluß innerhalb des Motors hervorrufen. Wie man besonders gut den Fig. 3 un 4 entnehmen kann, sind die magnetisierbaren Segmente 30 und 34 derart in den kreisbogenförmigen Jochen 22 und 28 angeordnet, daß sie mit ihren Rückflächen direkt auf den Innenflächen dieser Joche aufliegen. Dieses enge Aufliegen ist notwendig, um im Weg der magnetischen Flußlinien den geringst möglichen magnetischen Widerstand zu erzielen, da Fremdmaterial oder Luftspalte im Weg des magnetischen Flusses den magnetischen Widerstand erhöhen, Die gabelförmigen Rahmenteile 14 und 16 stellen daher für den magnetischen Fluß einen geschlossenen Weg dar und bilden einen Teil des Stators. Es sei bemerkt, daß sich die Erfindung nicht nur auf elektrische Kleinmotoren mit Permanentmagneten anwenden läßt. Genauso gut lassen sich nach der Erfindung elektrische Kleinmotoren mit Feldwicklung

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oder·-solchen Kleinmotoren herstellen, bei denen der Magnet kein Teil-äer Polschuhe selber ist. .

Um die beiden Rahmenteile 14 und 16 miteinander zu befestigen und um die "beiden magnetisierbaren Segmente 30 und 34 innerhalb der kreisbogenförmigen Joche 22 und 28 an Ort und Stelle zu haltern, ist ein Einsatz 40 vorgesehen, der bevorzugt aus einem nichtmagnetischen Kunststoff hergestellt ist. Auf Wunsch kann man aber für den Einsatz 40 auch ein magnetisches Material verwenden. Wie dieser Einsatz 40 hergestellt werden kann, wird in Verbindung mit demprfindungsgemäßen Fertigüngsverfahren noch im einzelnen erläutert. Der Kunststoffeinsatz 40 weist zweiAbschnitte 42 und 44 auf, die zwischen den Enden der beiden magnetisierbaren Segmente angeordnet sind und dafür sorgen, daß die beiden Segmente innerhalb der kreisförmigen Joche 22 und 28 liegen bleiben.Wie man am besten der Fig. 4 entnimmt, greifen hierzu die Abschnitte 42 und 44 des Kunststoffeinsatzes 40 an den jeweiligen Enden der magnetisierbaren Segmente an und weisen Lippen 46 auf, die zusammen mit denjenigen Teilen des Kunststoffeinsatzes, die über die Enden der Segmente herübergreifen, die Segmente in ihrer Läge festhalten»

Wie man weiterhin der Fig. 4 und auch den Fig. 1 und 2 entnimmt, sind die sich überlappenden Schenkelpaare 18,24 und 20,26 mit Öffnungen versehen, die übereinander liegen. Die öffnungen in den innen liegenden Schenkeln 24 und 26 sind mit 48 bezeichnet, während die Öffnungen in den außen liegenden Schenkeln 18,20 die

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Bezugsziffer 50 tragen. Der Kunststoffeinsatz 40 weist nietenförnige Teile 52 auf, die mit den Abschnitten 42 und 44 zusammen aus einem Stück bestehen und nach außen durch die übereinander liegenden Öffnungen 48 und 50 hindurchragen, so daß die Rahmenteile 14 und 16 starr miteinander befestigt sind,.Nebenbei sei bemerkt, daß die Rahmenteile 14 und 16 so ineinander, geschoben sind, daß die Schenkel 18 und 20 außen liegen und daß die schenkel 24 und 26 die Innenfläche der Schenkel 18 und 20 berühren. Man kann die Anordnung der Rahmenteile 14 und 16 jedoch auch so treffen, daß die Schenkel 24 und 26 die Schenkel 18 und 20 von außen berühren, oder auch so, daß der eine Schenkel des Rahmenteils 16 innen und der andere Schenkel dieses Rahmenteils außen liegt. Wichtig ist nur, daß sich die schenkel der beiden Rahmenteile überlappen oder sich ausreichend gut berühren, um den Weg des magnetischen Flusses zwischen den Segmenten 30 und 34 zu schließen, ohne daß dadurch ein merklicher zusätzlicher magnetischer Widerstand eingeführt wird. Den geringsten magnetischen Widerstand an dieser Stelle erhält man dann,wenn sich die beiden SChenkelpaare direkt mit ihren Oberflächen berühren.

Der Kunststoffeinsatz 40 ist an dem einen offenen Ende des Rahens 12mit einer Stirnwand 54 versehen, die zusammen mit dem Kunststoff einsatz 40 aus einem Stück besteht. Wie besonders gut aus den Figuren 2 bis 4 hervorgeht, stellt die Stirnwand 54 eine Verlängerung der .Einsatzabschnitte 42 und 44 dar. Weiterhin sieht man, daß die Stirnwand 54 außerhalb der Rahmenteile 14 und 16 angeordnet ist und ihr offenes Ende verschließt. In der Mitte der Stirnwand 54 ist ein Gehäuseteil 56 vorgeshhen, in dem ein Gleit-

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iagetp 58 angeordnetist. Weiterhin weist der Gehäuseteil 56 eine öffnung 60 auf, die koaxial zur öffnung des Gleitlagers 58 angeordnet*ist. Das Gleitlager 58,das in das Gehäuse 56 der Stirnwand 54 eingesetzt ist, ist zur Statoröffnung 38 koaxial angeordnet. DieStirnwand 54 weist weiterhin, flache Seiten-.-"-6.2 und 64 auf, die mit den flachen äußeren Seitenflächen der Schenkel 18 und 2ο bündig abschließen. Die beiden flachen Seiten 62 und 64 sind durch einen oberen und einen unteren radial^ herausragenden Flanschteil 66 und 68 miteinander verbunden» die zusammen mit der STirnwänd 54 aus einem Stück hergestellt sind. Mit Hilfe dieser beiden Flansch: teile kann der Motor 10 in;ein Haushaltsgerät eingebaut werden. Da der Motor auf irgendeine Weise montiert werden muß, ist es günstig, am Motor Maßnahmen hierfür zu treffen. Dazu sind die beiden radial herausragendenFlanschteile 66 und 68 besonders gut geeignet. ;"""..-^:- ---_■

Wie man am besten der Fig. 3 entnimmt, weist derKunststoffeinsatz 40 einen oberen und einen unteren TEiI 70 und 72 auf, die so angeordnet sind, daß sie winkelmäßig zwischen den beiden .Abschnitten ' 42 und 44 liegen. Die beiden TEiIe 70 und 72 liegen an den Vorderkanten der Magnetsegmente 30und 34 an. Auf diese Weise tragen die beiden TEiIe 70 und 72 mat dazu bei, daß die heideri Magnetsegmente 30 und 34 an ihrem Ortinnerhalb der kreisbogenförmigen Joche 22 und 28 liegen bleiben. Wenn beieiner Ausführungsform·der Erfindung längere Magnetsegmente verwende1j{werden sollen, so müssen die Einsat zteLle 70 und 72 bei gleicher Größe der Rahmenteile kürzer sein. ;-.-.-

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Aus den Figuren 1, 2 und 3 kann man entnehmen,daß das andere Ende des Rahmens 12 durch eine getrennt hergestellte Stirnwand geschlossen ist, die allgemein mit "74" bezeichnet ist. In die Stirnwand 74 ist ein Lager 76 eingesetzt, das wie das Lager 58 ein Gleitlager sein kann und zur Ankeröffnung 38 und zum Lager 58 koaxial angeordnet ist. Zwischen die Lager 58 und 76 ist in das Motorgehäuse ein Läufer drehbar eingesetzt, der mit "78" bezeichnet ist und einen Anker und einen Kollektor aufweist, die beide auf eine Welle 80 montiert sind. Der Läufer 78 kann beispielsweise mit einem Anker 82 und einem Kollektor 84 ausgerüstet sein. Es wurde bereits bemerkt, daß es wesentlich ist, die Dimensionen der Ankeröffnung 38 genau einzuhalten, um die erforderliche Gen auigkeit imLuftspalt 86 bzw. für die Kreisringfläche zwischen dem Anker 82 und den Permanentmagneten 30 und 34 zu erzielen. Für die Einhaltung der erforderlichen Genauigkeit imLuftspalt ist es aber zusätzlich noch wichtig, die Lager 58 und 76 genau zu justieren, in denen der Läufer 78 gelagert ist. Das Lager 58 wird bereits während der Fertigung gegenüber dem Rahmen 12 genau justiert, wie es bereits erläutert wurde. Die Justierung des Lagers 76 hängt zumindest zum Teil davon ab, mit welcher Genauigkeit die Stirnwand 74 an dem Rahmen 12 montiert werden kann.

Um nun die Stirnwand 74 genau an oder in dem Rahmen 12 montieren zu können, weist der Kunststoffeinsatz 40 eine Schulter 88 auf, die von den Rahmenteilen 14 und- 16 aus axial nach außen verläuft. Das ist besonders deutlich in den Figuren 1 bis 3. zu erkennen. Die Schulter 88 ist kreisförmig ausgebildet und stellt einen inneren

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Sitz 90 dar., in den die Stirnwand 74 eingesetzt werden kann. Die Abmessungen des Sitzes 90 werden während der Fertigung des Motors 10 sehr genau eingehalten, wie es. noch' erläutett wird; Die Stirnwand 74 wird von diesem Sitz 90 derart aufgenommen, daß das Lager 76 koaxial zur Ankeröffnung 38 und zum Lager 58 angeordnet ist. Die Befestigung der Stirnwand 74 in dem Sitz 90 kann beispielsweise durch Verkleben erfolgen. Die öffnung des Sitzes 90 ist so groß, daß der Läufer 78 hindurch paßt.. Weiterhin wird das "Endspiel" des Läufers 78 durch genau eingehaltene Abmessungen zwischen dem Lager 58 und dem Lager 76 aufgenommen. Hierfür werden die Abmessungen der Stirnwand 56, die zusammen mit.dem Kunststoff einsatz 40 aus einem Stück besteht, und der Schulter 88 genau eingehalten, so daß nach dem Einsetzen der Stirnwand 74 der Abstand zwischen den Lagern 58 und 76 ebenfalls genau stimmt*

Wie man besonders den Figuren 1 und 2 entnehmen kann, weist die Schulter 88 Teile 92 auf, die sich axial nach hinten in Schlitze 94 hinein erstrecken, die sich in den Schenkeln 18 und 20 des Raiimenteils 14 befinden. DieseTeile 92 dienen einmal dazu, die Rahmenteile 14- und 16 besser miteinander zu verbinden, und zum anderen dazu, die Schulter 88 statr in ihrem Axialabstand vom Rahmen 12 festzuhalten· Weiterhin sieht man, daß im Sitz 90 gekrümmte Schlitze 96 vorgesehen sind, die neben der Stirnwand 74 angeordnet sind und sich gegenüberstäien.Diese Schlitze 96 dienen zur Belüftung des Rotors während des Betriebes.

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Nun soll noch einmal auf die Figuren 1 bis 3 Bezug genommen v/erden. An der Rückfläche der Stirnwand 74 sind zwei gleich ausgebildete Bürstenggehäuse 98 vorgesehen, in die elektrisch leitende Bürsten 100 gleitend eingesetzt sind, die auf dem Kollektor 84 schleifen. Die Bürstengehäuse 98 sind an der Stirnwand 74 mittels Schenkel 102 befestigt, die durch Schlitze 104 in der Stirnwand hindurchgehen. Zum Andrücken der Bürsten 100 gegen den Kollektor sind Federn 106 vorgesehen. Die Anschlußklemmen 108 sind oben auf den Enden der Bürstengehäuse 98 befestigt und versdiließen sie. Die Anschlußklemmen ragen von dort aus axial nach außen, so daß der Motor zur Erregung des Ankers an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen werden kann. Wie man sieht, sind die beiden kreisbogenförmigen Joche 22 und 28 jeweils mit Ausschnitten oder Schlitzen 110 versehen, während dieSchulter 88 zwei gegenüberliegende Ausschnitte 112 aufweist, die mit den Ausschnitten oder Schlitzen 110 in Verbindung stehen und die Bürstengehäuse 98 aufnehmen und zum anderen das !ansetzen der Stirnwand 74 in den Sitz 90 ermöglichen. Wenn also die Stirnwand 74 in den Sitz 90 eingesetzt ist, sind die Bürstengehäuse in den Ausschnitten oder schlitzen 110 angeordnet, deren Begrenzung von den TEilen 70 und 72 neben den TEilen 114 des Kunststoffeinsatzes gebildet wird. Weiterhin sieht man, daß mit eingesetzter Stirnwand 74 die Anschlußklemmen 108 axial bis hinter das Ende der Motorwelle 80 herausragen, so daß die elektrischen Anschlüsse sehr leicht ohne Behinderung durch die Motorwelle durchgeführt werden können. Schließlich sieht man noch, daß die Anschlußklemmen 108 in Querrichtung durch die Ausschnitte 112 festgelegt sind.

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.Nun. soll anhand der Figuren 5 und 6 beschrieben werden, wie der Motor, 10 erfindungsgemäß gefertigt wird. Hierzu wird ein Präzisionswerkz-eug verwendet, das im ganzen mit der Bezugs ζ iff er 116 bezeichnet ist. Das WErkzeug 116 weist einen Zylinderteil 118 auf, dessen Durchmesser sehr genau eingehalten ist· Der Durehmesser des Zylinderteils 118 entspricht genau dem Durchmesser der Ankeröffnung 38, also genau dem Durchmesser des Ankers 82 plus den Abmessungen des Luftspaltes 86. Das WErkzeug 116 weist ferner einen runden Stift 120 auf, der axial an seiner einen Stirnfläche herausragt und genau koaxial zu dem Zylinderteil 118 angeordnet ist. Zwischen dem Zylinderteil 118 und einem weiteren Zylinderteil 124 mit etwas größerem Durchmesser ist eine kreisringförmige Schulter 122 ausgebildet. Zwischen dem Zylinderteil 124 und einem dritten Werkzeugteil 128 ist eine zweite kreisförmige Schulter 126 vorgesehen. Der Durchmesser des dritten Werkzeugteils 128 entspricht dem Sollwert für eineÄbmessung des Sitzes 90. Das dargestellte Präzisiönswerkzeug 116 ist nur ein Ausführungsbeispiel für ein WErkzeug, das nach der Erfindung verwendet werden kann, da es beispielsweise möglich ist, dem. Werkzeugteil 128 genau die Gestalt zu geben, daß sich bei der Fertigung des Motors daraus die gewünschte Form des Sitzes 90 ergibt.

Der Motorrahmen 12 wird wie folgt gefertigt oder zusammenge- -setzt. Zuerst wird die Ankeröffnung mit genauem Durchmesser hergestellt. Dieser Durchmesser ist gleich dem Durchmesser des Zylindetteiles 118 des WErkzeugs 116. Hierzu sind zwei Halbformen 130

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und 132 vorgesehen, für die in den Fig. 5 und 6 Ausführungsbeispiele dargestellt sind. In die beiden Halbformen 130 und 132 sind die beiden Rahmenteile 14 und 16 eingesetzt. Diese beiden Rahmenteile 14 und 16 werden so weit nach innen zusammengeschoben, bis die Magnetsegmente 30 und 34 am Zylinderteil 118 des Werkzeugs 116 anliegen, wie es in der Fig. 6 dargestellt ist. Zu diesem Zeitpunkt liegen die Magnetsegmente 30 und 34 auf der Schulter 122 auf. Da nun die Rahmenteile 14 und 16 derart in die beiden Halbformen 130 und 132 eingesetzt worden sind,daß ihre Schenkel aufeinander zu ragen, da sie somit nach innen gekrümmt in die Halbformen eingelegt itforden sind, liegen nun die Magnetsegmente auch an den Innenflächen der Joche 22 und 28 bündig an.

Das Lager 58 an dem einen offenen Ende desRahmens wird auf den Stift 120 aufgesetzt und ist daher genau koaxial zur öffnung zwischen den Magnetsegmenten 30 und 34 justiert. Nun wird von oben ein Formteil 134 mit einer Kammer 136 über das Lager 58 herüber geschoben, bis der Formteil 134 die Lage einnimmt, die in der Fig.6 gezeigt ist. Die Magnetsegmente 30 und 34 bleiben während dieser Zeit an dem Zylinderteil 118 des Werkzeugs angedrückt. Hierzu wird auf die beiden Halbformen 130 und 132 ein Druck ausgeübt, der über die Rahmenteile 14 und 16 auf die beiden Magnetsegmente 30 und 34 einwirkt. Auch der obere Formteil 134 wird zu diesem Zeitpunkt' gegen die beiden Halbformen 130 und 132 angedrückt. Nun wird in das Innere der Form aus den beiden Halbformen 130 und 132 und aus dem oberen Formteil 134 ein hartwerdender Kunststoff eingepritzt

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Hierzu kaftri man beispielsweise Nylon verwenden, das mit 30 % Glasfasern beschwert ist. Dieser eingespritzte Kunststoff bildet nach seinem Hartwerden den Kunststoffeinsatz 40. Wie man sieht, (Fig. 6) bildet sich die Schulter 88 zwischen dem Werkzeugteil 128 und den beiden Halbformen 130 und 132. Die beiden Einsatzteile 70 und 72 bilden sich zwischen dem Werkzeugteil 124 und den beidenRahmenteilen 14 und 16, während die Stirnwand 54 mit dem Lagergehäuse 56 im Gießraum138 entsteht. Die wichtigsten Toleranzen des Motors sind daher alle auf das in der Mitte ange- g ordnete Präzisionswerkzeug 116 bezogen, so daß die Ankeröffnung 38 ganz genaue Abmessungen aufweist, daß weiterhin das Lager 58 genau gegenüber der Ankeröffnung 38 justiert ist, und so daß schließlich der Läufer 78, wenn er in den Stator eingesetzt ist, zwischen den Lagern 58 und 76 unter Einhaltung der genauen. Luftspaltdimen-

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sionen genau justiert ist. Da sich weiterhin die Schenkel der Rahmenteile 14 und 16 überlappen, und da die überlappten Oberflächen dieser schenkel von dem Kunststoffeinsatz 40 zusammengehalten werden, tragen die überlappten schenkel der Rahmenteile 14 und 16 nur sehr wenig zum magnetischen Widerstand für den Magnetfluß " zwischen den beiden Magnetsegmenten 30 und 34 bei. Weiterhin sieht man, daß der Kunststoffeinsätζ 40, der in der Spritzform hergestellt worden ist, besondersstabil ist und sich besonders gut dazu eignet, die Lagebeziehungen zwischen den genau angeordneten Einzelteilen des Stators aufrechtuerhalten. Dieses gilt um so mehr, als bei dem erfindungsgemäßen Fertigungsverfahren praktisch keine inneren Spannungen zwischen den, zusammengesetzten Einzelteilen .

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entstehen, wie sie üblicherweise bei bekannten Fertigungsverfahren auftreten,bei denen die verschiedenen Einzelteile verschweißt oder auf ähnliche WEise miteinander verbunden werden. Wenn man daher nach dem Hartwerden des Kunststoffeinsatzes 40 das Werkzeug 116 zum Schluß aus dem Stator herauszieht, bleibt die gegenseitige Anordnung der Einzelteile, also der Magnetsegmente 30 und 34, des Lagers 56 und der beiden Rahmenteile 14 und 16 erhalten.

In den Figuren 7 und 8 sind nun zwei Abänderungen für die Stirn-" wand 54 dargestellt. In der Fig. 7 weist der Motor 10 die beiden Rahmenteile 14 und 16 und die Stirnwand 54 mit dem Lagergehäuse 56 auf, in das das Lager eingesetzt wird. Die Stirnwand 54 ist in dieser Ausführungsform mit einem mechanischen Adapter 140 versehen, der zusammen mit der Stirnwand 54 aus einem Stück besteht. Die Stirnwand 54 ist auch bei dieser Ausführungsform zusammen mit dem Kunststoffeinsatz 40 aus einem Stück in einer.Form hergestellt, wie es auch in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist. Zur Herstellung der Ausführungsform nach Fig. 7 muß jedoch der Formteil 134 abgeändert werden, so daß ein dem Adapter 140 entsprechender Hohlraum entsteht, in den der Kunststoff für den Kunststoffeinsatz und die Stirnwand hineinfließen kann, umüarin hart zu werden. Der Adapter 140 weist einen axial verlaufenden Schenkel 142 mit einer öffnung' 144 auf, die in der Mitte des Schenkels 142 angeordnet ist und unter der Welle 80 liegt. DerAdapter ist deswegen vorgesehen, um direkt an dem Motor ein Übertragungsgetriebe oder Übertragungsgestänge mOhtieren zu können. Dieses kann beispiiels weise erfirderlich sein, wemi'man die Drehbewegung der Motorwelle

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. in eine hin-und hergehende Bewegung umsetzen und an eine elektrische .Zahnbürste übertragen will, die von dem Motor 10 angetrieben wird. · ".■-.-■, ._

In der Fig· 8 ist nun eine weitere Ausführungsform für die Stirnwand 54 dargestellt. Diese Ausführungsform ist.-;alsDraufsicht dargestellt und gleicht im wesentlichen der Stirnwand nach den Fig. 1 'bis-"4. Es sind nur noch zwei Kreisbogenschlitze 146---und 148 vorgesehen, die sich gegenüber stehen und dort angeordnet sind, t wo sich der Luftspalt 86 des Motors befindet. Die Schlitze 146 und 148 dienen dazu, zwischen den Anker 86 und die MagnetSegmente 30 und 34 Shimbleche einzusetzen, wenn man die Segmente 30 und 34 erst dann magnetisieren will, wenn alle Einzelteile des MOtors zusammengesetzt sind. Wenn man nämlich die Segmente 30 und 34 erst dann magnetisiert, wenn der Anker 78 in den Stator 12 eingesetzt ist und wenn die Stirnwand 74 auf den Stator aufgesetzt ist, kann sich die Motorwelle 80 beim Magnetisieren verbiegen, da der Anker von den angelegten Magnetisierungsfeldern angezogen itfird. Die Shimbleche werdenjdaher benötigt, um solche Verbiegungen der Motorwelle zu vermeiden* Sie werden nach der Magnetisierung der Segmente 30 und 34 wieder aus den schlitzen 146 und 148 herausgezogen. Auf den Betrieb und die Wirkungsweise des Motors haben die Schlitze 146 und 148 dagegen keinen Einfluß.

Γη der Fig, 9 ist nun eine andere Art dargestellt> in der die beiden Rahmenteile 14 und 16 zusammengehalten werden können. Bei der bisher beschriebenen Ausführungsform waren die Schenkel der Rahmenteile 14 und 16 mit Öffnungen 48 und 50 versehen, die

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übereinander angeordnet waren, wenn die Schenkel 48 und 50 übereinander geschoben wurden. Der Kunststoffeinsatz wurde in der Form mit Nieten 52 versehen, die durch die öffnungen 48 und 50 hindurchgingen und die beiden Rahmenteile zusammenhielten. Nun hat sich jedoch gezeigt, daß diese öffnungen in den Schenkeln der Rahmenteile den magnetischen Widerstand der übereinander gelegten schenkel etwas erhöhen. Für manche Anwendungsgebiete ist jedoch der magnetische Widerstand im Stator kritisch, so daß es notwendig

ψ ist, in den Schenkeln der Rahmenteile 14 und 16 jegliche öffnungen zu vermeiden. Da nämlich solche Öffnungen in den Schenkeln ■ wie Luftspalte \irirken, erhöhen sie den magnetischen Widerstand Man kann in einem solchen Fall die Rahmenteile 14 und 16 auch dadurch miteinander befestigen, daß man die außen liegenden Schenkel 18 und"20 des Rahmenteils 14 jeweils mit einer Kerbe 150 versieht. Wie man sieht, sind die außenliegenden Schenkel 18 und 20 und die innen liegenden Schenkel 24 und 28 bei dieser Ausführungsfo.rm nicht mit öffnungen versehen. Für diese Ausfuhrungsform muß die Form, die bereits beschrieben wurde, etwas abgeändert werden, so daß sich eine Kunststoffnaht 152 ergibt, die an den Kanten 154 der Schenkel 18 und 20 entlangläuft und auch die Schenkel 24 und 26 berührt, wie es in der Fig. 9 dargestellt ist. Die Kunststoffnaht 152 ragt auch in die Kerben 150 hinein. Da die Naht und der Kunststoffeinsatz zusammen aus einem Stück bestehen, werden die Rahmenteile 14 und 16 zusammengehalten. Weiterhin sieht man, daß die Teile 42 und 44 sowie die Teile 70 und 72 des Kunststoffeinsatzes ebenfalls dazu beitragen, die Rahmenteile 14 und 16 in

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in ihrer gegenseitigen Stellung zueinander festzuhalten, da sie Teile der inneren Oberfläche der beiden Rahmenteile berühren.

Die Erfindung beinhaltet also einen elektrischen Kleinmotor mit Permanentmagneten, der sehr stabil ist, obwohl er aus einzelnen Einzelteilen gefertigt ist, was die Anwendungsmöglichkeiten für einen solchen Motor erweitert. Im besonderen erlaubt die Konstruktion des Motors die Verwendung von Magnetsegmenten mit grossen Toleranzen, ohne daß dadurch die erforderlichen engen Toleranzen für den Durchmesser der Statoröffnung für den Anker, für die Abmessugnen des LuftSpaltes und für die Justierung der Lager für die MOtorwelle beeinträchtigt wird. Bei dem beschriebenen Fertigungsverfahren ist weiterhin sichergestellt, daß die gegenseitige Anordnung der Einzelteile erhalten bleibt, da praktisch keine Verwindungskräfte auftreten, duth die die gegenseitige Anordnug der Einzelteile möglicherweise gestört werden könnte. Schließlich ist das beschriebene Fertigungsverfahren wirtschaftlich und zur Massenproduktion elektrischer Kleinmotoren geeignet. Schließlich kann man nach dem beschriebenen Fertigungsverfahren Ieicht^btoren verschiedener Größe herstellen, oder aber auch Motoren der gleichen Größe, die jedoch unterschiedliche Leistungen oder Drehmomtente abgeben.

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Claims

Anspruche

1 J Stator für einen Elektromotor mit einem hohlen Rahmen, der an einem Ende offen und am anderen Ende geschlossen ist, in den Polschuhe eingesetzt sind, dadurch gekennzeichnet daß zwei nach innen gekrümmte gabelförmige Rahmenteile (14,16) aus magnetischem Material vorgesehen sind, deren schenkel an einem Ende durch ein Joch verbunden sind, daß die Schenkel der Rahmenteile aufeinander zu ragen und dicht nebeneinander angeordnet sind,so daß die Joche der Rahmenteile voneinander entfernt liegen, daß die Polschuhe permaneit magnetisiert sind, in den gekrümmten Jochen der Rahmehteile angeordnet sind und die öffnung für den Anker des Motors begrenzen, und daß die Polschuhe in den gekrümmten Jochen sowie die beiden gabelförmigen Rahmenteile durch einen aus einem Stück bestehenden Einsatz gehaftert bzw. miteinander verbunden sind.

2. Stator nach Anspruch 1 , dadurch g e k e. η η z e i c h net, -daß die dicht nebeneinander liegenden Schenkel der beiden gabelförmigen Rahmenteile überlappend aufeinander gelegt" sind und mit Öffnungen versehen sind, die übereinander liegen, und daß der Einsatz nietenförmige Ansätze aufweist, die durch die übereinander liegenden öffnungen in den Schenkeln hindurchgehen.

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3. Stator nach Anspruch 2, da durch g e k e η η -

ζ e i c 'h η e t , daß die eine der beiden übereinander gelegten Öffnungen in den jeweiligen Schenqkln größer als die andere ist, so daß bei einer gewissen Verschiebung der Öffnungen gegeneinander die kleine* Öffnung nicht abgedeckt wird.

4. Stator nach Anspruch 1, da du r eh g e k eηη -

ζ e i c h η e t , daß die dicht nebeneinander angeordneten Schenkel der Rahmen-feile überlappt sind, und daß der Einsatz Ansätze aufweist, die mit ihm aus einem Stück hergestellt sind, durch die die überlappten Raiimenteile miteinander befestigt sind. _

5. Stator nach Anspruch 4, d ad u r c h g e k e η η-

ζ e i c h η e t , daß das geschlossene Ende des hohlen Rahmens durch eine Stirnwand verschlossen ist, die mit dem Einsatz zusammen aus einem Stück besteht, in·deren Mitte koaxial zur Ankeröffnung im Stator ein Lager angeordnet ist. -

6. Stator nach Anspruch 5, d a d u r c h ge k e η η ze i c h η e t, daß die Stirnwand zur Halterung des_Stators bzw. Motors mit einem radial über den Rahmen des Stators haausragenden Flansch versehen ist.

J.Stator nach Anspruch .1, d a d u r c h g e k" e, η η ζ e i c hn et, daß der Kunststoffeinsatz einen Sitz aufweist, der mit dem Kunststoffeinsatζ zusammen auseiaem Stück be-.-steht und am offenen Gehäuseende axial verläuft, daß dieser Sitz mit einer üffnung versehen ist, die für den Durchgang des ilotor-

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läufers groß genug ist, und daß zum Verschließen des offenen Gehäuseendes in der öffnung des Sitzes eiae zweite Stirnwand angeo rdnet ist, die mit einem Lager versehen ist, das koaxial zur Ankeröffnung angeordnet ist, und daß an der zweiten Stirnwand elektrische Bürsten angeordnet sind.

8. Stator nach Ansprim 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der gekrümmten Joche am offenen Ende des Gehäu-

& ses einen Ausschnitt aufweist, in den jeweils ein axial nach innen vorspringender Ansatz der zweiten Stirnwand eingreift, und daß der Sitz mit Ausschnitten versehen ist, die mit den Ausschnitten in den gekrümmten Jochen übereinstimmen.

9. Stator nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeich net , daß die beiden Schenkel des einen gabelförmigen rtahmenteils zwischen die beiden schenkel des anderen Rahnienteils geschoben sind, so daß die Querabmessung des Stators durch den Abstand zwischen den Außenflächen der Schenkel des anderen Rahmenteils bestimmt ist.

10. Verfahren zur Herstellung eines Stators für einen Elektromotor nach einem oder mehreren der Ansprüche T bis 9, d a d u r ch gekennzeichnet , daß zwei magnetisierbare Segmente· innen in gekrümmte Joche zweier nach innen gekrümmter Rahmenteile gelegt werden, die aus magnetischem Material hergestellt sind, daß dann die Rahmenteile auf—einander zu geschoben werden, bis sich die Rahmenteile berühren, daß daruafhin der Abstand zwischen den magnetisierbaren Segmenten auf den gexränschten Durchmesser der Anker-

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öffnung im Stator eingestellt'wird, und daß dann mittels eines einzigen Bauteiles die Rahmenteile miteinander verbvunden und die Segmente in den Jochen der Rahmenteiie festgelegt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, d a durch g e k e η η -

ζ e i c h η e t, daß der der Befestigung dienende Bauteil als Einsatz innerhalb des Rahmens hergesteltl wird, der die Rahmenteile nur von innen berührt und an den magnetisierbaren Segmenten angreift.

12. Verfahren nach AnspruhiO oder 11, da du τ ch gekennzeichnet, daß an einem offenen Ende des Rahmens koaxial zur Ankeröffnung ein Lager für die Motorwelle angeordnet wird, und daß anschließend eine Stirnwand zum Verschließen dieses Rahmenendes hergestellt wird, die das Lager umgreift.

13. Verfahren nach Anspruch 10, 11 oder 12, d a d u r ch g ek e η η ζ e ic h η e t , daß jeder gekrümmte Rahmenteil mit eingelegtem magnetisierbaren Segment in eine Halbform gelegt wird, daß dann die Halbformen um ein zylindrisches Präzisionswerkzeug herum ( geschlossen werden, dessen Abmessungen den Innenabmessungen des her-

zustellenden Stators entsprechen, und daß dann die noch verbleibenden Hohlräume innerhalb deT beiden Formteile mit einem hartwerdenden Kunststoff ausgespritzt werden.

14.. Verfahren nach Anspruh 13, d a d u r ch ge ken η ζ e i c h η e t , daß vor dem Schließen der Halbformen auf die eine Stirnfläche des Präzisionswerkzeuges genau in die Mitte ein Motorlager aufgelegt wird.