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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Spannen von Zugmitteln für den Antrieb
von Aggregaten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der Technik:
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Vorrichtungen
der einleitend bezeichneten Art sind beispielsweise in Form von
mechanischen Permanentriemenspannern mit Reibungsdämpfung bekannt.
Bei einer Ausführungsform
wird eine Anpresskraft auf einen Keilriemen durch eine Feder realisiert,
die auf einen Druckarm wirkt. Als Dämpfungselement sind zwei gegeneinander
vorgespannte Reibscheiben vorgesehen, die sich bei einer Drehbewegung
des Druckarms zueinander verdrehen und auf diese Weise die Bewegungen
des federvorgespannten Druckarms dämpfen.
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Derartige
Dämpfungselemente
sind jedoch vergleichsweise verschleißbehaftet und anfällig gegenüber Verschmutzung,
insbesondere, wenn teilweise offene Konstruktionen zur Anwendung
kommen.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
wird zur Dämpfung
ein hydraulisch arbeitendes Federbein verwendet. Dies stellt eine
vergleichsweise aufwändige
Konstruktion dar, die zudem im Vergleich zu einem Drehdämpfungselement
einen erhöhten
Einbauraum erfordert.
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Aufgabe und Vorteile der
Erfindung:
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der einleitend
bezeichneten Art bereitzustellen, die bei einem zu einer Drehdämpfung vergleichbaren
Einbauraumbedarf verbesserte Eigenschaften insbesondere eine höhere Lebensdauer besitzt.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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In
den Unteransprüchen
sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung angegeben.
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Die
Erfindung geht von einer Vorrichtung zum Spannen von Zugmitteln,
z.B. Keilriemen, für den
Antrieb von Aggregaten, insbesondere in Fahrzeugen aus, die ein
um eine Drehachse schwenkbares Spannorgan, das zur Auflage auf ein
Zugmittel ausgelegt ist, umfasst sowie ein mit dem Spannorgan verbundenes
elastisches Element zum Aufbringen einer Spannkraft und Drehdämpfungsmittel
aufweist, die eine Dämpfung
von Bewegungen des Spannorgans durch Teile erreichen, die sich gegeneinander verdrehen.
Der Kern der Erfindung liegt nun darin, dass die Drehdämpfungsmittel
als Drehhydraulikdämpfer
ausgebildet sind. Dadurch ergibt sich eine vorteilhafte Verknüpfung der
Abmessungen eines mechanischen Reibscheibendrehdämpfers mit der hohen Lebensdauer
eines hydraulischen Dämpferbeins
aufgrund des vergleichsweise geringen Verschleißes.
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Prinzipbedingt
ist ein hydraulischer Dämpfer regelmäßig in einem
dichten Gehäuse
untergebracht, so dass Funktionsprobleme durch Verschmutzung von
außen
nicht auftreten können.
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In
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst
der Hydraulikdämpfer
einen mit einem Schwenkorgan verbundenen Drehflügel, der drehbar in einem mit
Hydraulikflüssigkeit
befüllten
Hydraulikdämpferraum
angeordnet ist. Diese Konstruktion lässt einen kompakten Drehhydraulikdämpfer zu.
Vorzugsweise ist der Drehflügel
unmittelbar an der Drehachse des Spannorgans angeordnet, in welchem
eine Spannkraft auf ein Zugmittel aufgebracht werden kann.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind ein Arbeitsraum
in dem Hydraulikdämpferraum
und ein mit dem Vorratsraum verbundener Raum vorgesehen. Vorzugsweise
ist der Hydraulikdämpferraum,
in welchem sich der Drehflügel
bewegt, für
Hochdruckbedingungen ausgelegt und entsprechend nach außen abgedichtet.
Der Vorratsraum hingegen kann dann so ausgelegt werden, dass er insbesondere
hinsichtlich einer Abdichtung nicht die hohen Anforderungen des
Hydraulikdämpferraums erfüllen muss.
Hierdurch lässt
sich die Konstruktion vereinfachen, was sich positiv auf die Herstellungskosten
auswirkt.
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Der
Hydraulikdämpferraum
und der Vorratsraum sind vorzugsweise vollständig mit Hydraulikflüssigkeit
gefüllt.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der
Arbeitsraum mit dem Vorratsraum über
eine mit einem Ventil versehene Verbindungsleitung verbunden. Durch
diese Maßnahme kann
die Funktionsweise des Drehhydraulikdämpfers realisiert werden, bei
welcher in eine Drehrichtung des schwenkbaren Spannorgans eine hohe
Dämpfung
realisiert ist, indem eine Verbindung mit dem Vorratsraum durch
das Ventil blockiert ist, wohingegen in die entgegengesetzte Drehrichtung
ein freier Kreislauf von Hydraulikflüssigkeit durch die Verbindungsleitung
mit Ventil stattfinden kann.
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Dadurch
kann das Spannorgan in bevorzugter Weise in eine Richtung zum Spannen
beispielsweise eines Keilriemens schnell nachgeführt werden, wohingegen eine
Bewegung des Keilriemens in entgegengesetzte Richtung deutlich gedämpft wird.
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Um
Platz zu sparen, ist das elastische Element, mit welchem eine Spannkraft
auf das Spannorgan aufbringbar ist, vorzugsweise im Vorratsraum des
Hydrauliksystems angeordnet.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Drehflügel in Form
eines Teils eines Kreisringelements ausgebildet, das im Hydraulikdämpferraum
in Form eines Kreisringabschnitts um eine zum Kreisringelementteil
und zum Kreisringabschnitt konzentrische Achse drehbar gelagert
ist. Es ist jedoch auch denkbar, dass der Drehflügel als Teil einer Kugelschale
ausgebildet ist, die im Hydraulikdämpferraum in Form eines Kugelschalenvolumens um
eine Achse drehbar gelagert ist, die durch den Symmetriepunkt des
Kugelschalenteils und des Kugelschalenvolumenabschnitts verläuft.
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In
beiden Fällen
kann die Dämpfung
durch Spalte zwischen der Raumwandung des Hydraulikdämpferraum
und dem Drehflügel
eingestellt werden, durch welche Hydraulikflüssigkeit fließen muss, wenn
sich der Drehflügel
in Dämpfungsrichtung
bewegt.
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Vorzugsweise
ist die Spaltgröße so bemessen,
dass sich eine vordefinierte Dämpfung
einstellt.
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In
einer überdies
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein feststehendes Element
vorgesehen, das den Arbeitsraum begrenzt. Vorzugsweise wird zur
Herstellung des Arbeitsraums ein durchgehendes Kreisringvolumen
bzw. Kugelschalenvolumen erzeugt, in welchem zur Festlegung des
Arbeitsraumes ein Element eingesetzt ist, das einen Teil des Kreisringvolumens
bzw. des Kugelschalenvolumens ausfüllt und damit den eigentlichen
Arbeitsraum für den
Drehflügel
festlegt.
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Eine
rotationssymmetrische bzw. punktsymmetrische Ausgestaltung des Hydraulikdämpferraums,
in welchen durch Einsetzen eines oder mehrerer Elemente der Arbeitsraum
entsteht, hat den Vorteil, dass die einzusetzenden Elemente durch
entsprechende wenigstens abschnittsweise rotationssymmetrische bzw.
punktsymmetrische Ausgestaltung mit vergleichsweise hoher Präzision herstellbar und
damit mit vergleichsweise kleinen Dichtspalten in das vorgesehene
Volumen einsetzbar sind, um den eigentlichen Arbeitsraum auszugestalten.
Um ausreichende Dämpfungseigenschaften
zu erzielen, wird das einfache Einsetzen eines feststehenden Elements
ausreichen. Es ist jedoch auch denkbar, zur weiteren Abdichtung
des Arbeitsraums an dem wenigstens einen feststehenden Element und/oder
bewegtem Element Dichtelemente, z.B. Dichtleisten einzusetzen. Eine
andere Möglichkeit
ist es, die den Arbeitsraum bildenden Elemente unlösbar mit
entweder dem Gehäuse
oder der Welle zu verbinden. Auch in diesem Fall kann der Einsatz
von Dichtleisten die Dämpfung
weiter steigern.
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Das
wenigstens eine feststehende Element kann in einer bevorzugten Ausgestaltung
durch einen Lagerzapfen, z. B. einen Schwerspannstift, gehalten werden.
Hierdurch ist das wenigstens eine feststehende Element ohne eine Überbestimmung
im vorgesehenen Volumen befestigbar. Darüber hinaus wirkt sich eine
solche Lagerung positiv auf die Dichtwirkung aus.
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Außerdem ist
es vorteilhaft, wenn im Hydrauliksystem Ausgleichsmittel vorgesehen
sind, um Volumenänderungen
der Hydraulikflüssigkeit,
z.B. bei unterschiedlichen Temperaturen kompensieren zu können. Die
Ausgleichsmittel können
ein Ausgleichskörper
umfassen, der zur Volumenanpassung sich komprimieren lässt und
bei Druckabfall wieder expandiert. Günstigerweise ist ein solcher
Ausgleichskörper
im Vorratsraum angeordnet. In einer überdies bevorzugten Ausgestaltung
ist eine Hydraulikflüssigkeit
eingesetzt, die bei steigenden Temperaturen einen vergleichsweise
geringen Abfall der Viskosität zeigt.
Damit lassen sich Dämpfungseigenschaften realisieren,
die nur geringfügig
von der Temperatur abhängen.
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Um
möglichst
gleichbleibende Druckverhältnisse
im Hydrauliksystem, abgesehen von Druckanstiegen durch Dämpfungsbewegungen,
zu erhalten, wird überdies
vorgeschlagen, dass die Hydraulikflüssigkeit so ausgelegt ist,
dass diese eine vergleichsweise geringe thermische Ausdehnung zeigt.
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Wünschenswert
ist ein Dämpfungssystem, das
unabhängig
von der Temperatur des Dämpfers immer
die gleichen bzw. weitgehend die gleichen Dämpfungseigenschaften zeigt.
Um dies erzielen zu können,
wird im Weiteren vorgeschlagen, dass das Material des Drehflügels auf
das Material einer Wandung des Hydraulikdämpferraums so abgestimmt ist, dass
bei sich ändernder
Temperatur ein Spaltbereich zwischen Drehflügel und Wandung in einer Weise verändert wird,
dass einer damit verbundenen Viskositätsänderung einer Hydraulikflüssigkeit
entgegen gewirkt wird. Idealerweise tritt eine vollständige Kompensation
ein. Beispielsweise wird ein Spaltbereich bei steigender Temperatur
verkleinert bzw. bei fallender Temperatur vergrößert. Durch diese Maßnahme kann
auf Viskositätsänderungen
der Hydraulikflüssigkeit über die
Temperatur reagiert werden. Bei entsprechender Auslegung lässt sich
eine Viskositätsänderung
völlig
kompensieren.
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Zeichnungen:
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und unter Angabe
weiterer Vorteile und Einzelheiten nachstehend näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 einen
Riemenspanner mit hydraulischer Dämpfung in einer Seitenansicht,
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2a – 2e Schnittansichten
entlang der Schnitte A-A bis E-E in 1.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels:
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In 1 ist
ein Riemenspanner 1 dargestellt, der ein Anpressrad 2,
das drehbar an einem Schwenkarm angeordnet ist sowie eine Dämpfungs-
und Vorspanneinheit 4 umfasst, in welcher der Schwenkarm 3 drehbar
aufgenommen ist.
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Hierzu
sitzt der Schwenkarm 3 auf einer im Aufnahmebereich des
Schwenkarms 3 gezahnten Hohlwelle 5 (siehe hierzu
insbesondere 2a, 2b sowie 2e).
In der Hohlwelle 5 ist eine Buchse 6 angeordnet,
durch welche für
die Montage des Riemenspanners ein Schraubenmittel geführt werden
kann.
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Die
Welle 5 ist über
Kugellager 7, 8 drehbar in einem Gehäuse 9 montiert.
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Zur
Abdichtung der Welle 5 im Gehäuse 9 nach außen sind
hier beispielhaft auf der jeweiligen Außenseite der Kugellager 7, 8 Dichtelemente 10, 11 vorgesehen.
Hierdurch wird ein für
Hydraulikflüssigkeit,
z.B. Hydrauliköl
im Gehäuse
abgedichteter Raum geschaffen.
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Das
Gehäuse 9 ist
in zwei Bereiche gegliedert. Einen ersten Bereich 9a und
einen zweiten Bereich 9b, wobei der zweite Bereich 9b durch
zwei Dichtelemente im Gehäuse 9 separat
abgedichtet ist. In den Figuren sind entsprechende Dichtelemente nicht
dargestellt, sondern lediglich exemplarisch Aufnahmenuten 12, 13 für Dicht-O-Ringe.
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Der
erste Bereich 9a dient als Vorratsraum für Hydraulikflüssigkeit
(nicht dargestellt). Außerdem ist
im ersten Bereich 9a eine Spiralfeder 14 (siehe insbesondere 2b, 2c sowie 2e)
untergebracht. Ein Ende 14a ist im Gehäuse 9 in einer Aufnahmenut 15 und
das andere Ende 14b in einer Aufnahmenut 16 auf
der Hohlwelle 5 eingesteckt, so dass die Feder 14 z.B.
durch Drehen des Gehäuses 9 und
Festhalten des Schwenkarms 3 oder umgekehrt vorgespannt
werden kann. Im Einsatzfall bewirkt die vorgespannte Spiralfeder 14 ein
Aufdrücken des
Anpressrades 2 auf einen Antriebsriemen, z.B. Keilriemen
(nicht dargestellt).
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Damit
wird die Aufrechterhaltung einer gewünschten Spannung eines Antriebsriemens
gewährleistet.
Der erste Bereich 9a ist über eine erste Bohrung 17 mit
dem zweiten separat gedichteten Bereich 9b verbunden. Die
Bohrung 17 ist in 2c abgebildet
und gestrichelt in 2d eingezeichnet.
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In 2d wird
die Bohrung 17 von einem Drehflügel 18 verdeckt, der
jedoch in Arbeitsposition des Drehflügels 18 entsprechend
wie in 2d gestrichelt eingezeichnet
steht.
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Der
Drehflügel 18 ist
an einem Abschnitt 19 der Hohlwelle 5 mit einem
etwas vergrößerten Durchmesser
montiert, dessen senkrecht zu der Achse 5a der Hohlwelle 5 verlaufenden Flanken 19a gleichzeitig
die Dichtflanken für
in den Aufnahmenuten 12, 13 sitzende Dichtelemente
bilden. Wie in 2b ersichtlich, erfolgt die
Befestigung des Drehflügels 18 an
der Welle 5 beispielhaft durch zwei Schrauben 20.
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Der
Bewegungsbereich des Drehflügels 18, der
die Form eines Kreisringabschnitts besitzt, wird durch ein feststehendes
Element 21 ebenfalls in Form eines Kreisringabschnitts
begrenzt. Zwischen dem feststehenden Element 21 und dem
Drehflügel 18 wird
ein Arbeitsbereich 9c definiert. Das feststehende Element 21 wird
beispielhaft durch einen Spannstift 22 im kreisringförmigen Volumen
des zweiten Bereichs 9b gehalten. Hierdurch kann eine eindeutig
bestimmte Lagerung des feststehenden Elements 21 gewährleistet
werden.
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Der
erste und der zweite Bereich 9a bzw. 9b sind vollständig mit
Hydraulikflüssigkeit
befüllt.
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Der
Drehflügel 18 weist
zur Wandung des übrigen
Gehäuses
Spaltbereiche auf, so dass der Drehflügel 18 in einer Richtung
durch die Hydraulikflüssigkeit
bewegt werden kann, indem Hydraulikflüssigkeit durch die Spaltbereiche
strömt,
wobei ansonsten kein weiterer Hydraulikflüssigkeitsausgleich möglich ist.
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Dies
trifft auf eine Bewegungsrichtung zu, die in 2d durch
einen Pfeil 23 symbolisiert ist. In der entgegengesetzten
Richtung (siehe Pfeil 24) hingegen kann Hydraulikflüssigkeit
ungestört
durch die erste Bohrung 17 den zweiten Bereich 9b verlassen und
in den Vorratsbereich 9a einströmen. Das hierdurch erzeugte überschüssige Hydraulikflüssigkeitsvolumen
kann durch eine zweite Bohrung 25 (siehe 2c)
den Vorratsbereich 9a über
ein im feststehenden Element 29 angeordneten Ventil 26 verlassen
und auf der anderen Seite des Drehflügels 18 einströmen, so
dass in diese Richtung sich der Drehflügel weitestgehend ungehindert
unter einer entsprechenden Vorspannung der Spiralfeder 14 bewegen
kann.
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In
die entgegengesetzte Richtung hingegen blockiert das Ventil 26 einen
Hydraulikflüssigkeitsstrom,
so dass eine Bewegung des Drehflügels 18 lediglich
durch die oben beschriebene Spaltbereichströmung möglich ist. Dies stellt die
Dämpfungsrichtung
dar, in welche Schläge
und Schwingungen entgegengesetzt der Spannung der Spiralfeder 14 im Rahmen
der durch die Spaltströmung
zulässigen
Bewegung des Drehflügels 18 mit
dem daran verbundenen Schwenkarm 3 gedämpft werden.
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Das
Gehäuse 9 ist
im Wesentlichen dreiteilig aufgebaut, bestehend aus einem ersten
Schalenteil 26, in welchem ein Dichtbereich der Hohlwelle 5 sowie
der Abschnitt 19 mit vergrößerten Durchmesser der Hohlwelle 5 untergebracht
ist, gefolgt von einem Zwischenteil 27, wobei das erste
Schalenteil 26 und das Zwischenteil 27 miteinander
verschraubt und über
Dichtmittel gegeneinander abgedichtet sind. Auf das Zwischenteil 27 folgt
ein Deckelteil 28, wobei das Zwischenteil 27 und
das Deckelteil 28 den ersten Bereich 9a definieren
und über
Dichtmittel gegeneinander abgedichtet sind.
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Das
Deckelteil 28 kann mit dem Zwischenteil 27 verschraubt
sein. In 2e sind beispielhaft Schrauben 29 abgebildet.
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Durch
die hydraulische Drehdämpfung
kann im Vergleich zu einer Drehreibdämpfung ein entsprechend kompakter
Aufbau realisiert werden, jedoch mit verbesserten Dämpfungseigenschaften
und im Wesentlichen keinen Verschleiß. Bei einer Drehreibdämpfung muss
hingegen von Zeit zu Zeit der Reibbelag ersetzt werden. Darüber hinaus
ist eine solche Dämpfungsrealisierung
deutlich anfälliger
gegenüber Verschmutzung.
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- 1
- Riemenspanner
- 2
- Anpressrad
- 3
- Schwenkarm
- 4
- Dämpfungs-
und Vorspanneinheit
- 5
- Hohlwelle
- 5a
- Achse
- 6
- Buchse
- 7
- Kugellager
- 8
- Kugellager
- 9
- Gehäuse
- 9a
- erster
Bereich, Vorratsraum
- 9b
- zweiter
Bereich, Hydraulikdämpferraum
- 9c
- Arbeitsbereich,
Arbeitsraum
- 10
- Dichtelement
- 11
- Dichtelement
- 12
- Aufnahmenut
- 13
- Aufnahmenut
- 14
- Spiralfeder
- 14a
- Ende
- 14b
- Ende
- 15
- Aufnahmenut
- 16
- Aufnahmenut
- 17
- erste
Bohrung
- 18
- Drehflügel
- 19
- Abschnitt
- 20
- Schraube
- 21
- Feststehendes
Element
- 22
- Spannstift
- 23
- Pfeil
- 24
- Pfeil
- 25
- Zweite
Bohrung
- 25a
- Ventil
- 26
- erstes
Schalenteil
- 27
- Zwischenteil
- 28
- Deckelteil
- 29
- Schraube