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Stand der
Technik
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Die
Erfindung geht aus von einer Verstelleinrichtung nach der Gattung
des Anspruchs 1.
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Es
gibt Verstelleinrichtungen für
Brennkraftmaschinen, bei denen ein Stellmotor über ein Getriebe ein Stellglied
verstellen soll. Das Stellglied ist beispielsweise eine Drosselklappe.
Weil für
die Verstelleinrichtung in einem Kraftfahrzeug häufig wenig Bauraum zur Verfügung steht,
muss auf kleine Baugröße geachtet
werden. Damit ein relativ kleiner Stellmotor das Stellglied schnell
und präzise
verstellen kann, ist zwischen dem Stellmotor und dem Stellglied
ein Getriebe vorgesehen. Wegen dem beengten Bauraum muss das Getriebe
möglichst
klein sein.
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Die
DE 195 25 510 A1 und
die
US 5,672,818 zeigen
eine im Saugrohr einer Brennkraftmaschine vorgesehene Verstelleinrichtung.
Die dort gezeigte Verstelleinrichtung hat eine in einem Drosselklappengehäuse schwenkbar
gelagerte Drosselklappenwelle, an der eine Drosselklappe befestigt
ist. Durch das Drosselklappengehäuse
verläuft
ein Gaskanal. Durch Schwenken der Drosselklappenwelle öffnet bzw.
schließt
die Drosselklappe den Gaskanal. Ein Stellmotor kann über ein
Getriebe die Drosselklappe verstellen. Das Getriebe befindet sich
in einem Getriebekasten und hat mehrere Zahnräder. Ein mittleres Zahnrad
ist auf einer fest mit dem Grundkörper des Drosselklappengehäuses verbundenen
Achse drehbar gelagert. Der Getriebekasten ist von einem Deckel
abgedeckt. Weil an dem Deckel u. a. Teile eines Positionssensors
angebracht sind, muss der Deckel im Bereich des Positionssensors
sehr genau positioniert sein. Deshalb und aufgrund nie ganz zu vermeidender
Fertigungstoleranzen muss im Bereich zwischen dem Deckel und dem
dem Deckel zugewandten deckelseitigen Ende der Achse ein Spiel sein,
insbesondere in radialer Richtung. Deshalb kann die Achse nur im
Bereich des Grundkörpers festgehalten
werden, und im Bereich des Deckels ist nur eine lose Lagerung mit
viel Spiel möglich.
Dies hat den Nachteil, dass die Achse, insbesondere an der Stelle
an der die Achse aus dem Grundkörper
herauskommt, mit großen
Biegespannungen und Schubspannungen belastet ist, und dass deshalb
für die
Achse ein besonders hochfester Werkstoff verwendet werden muss oder
aber die Achse wäre
so dick, dass die gesamte Vorrichtung unnötig groß gebaut werden muss.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Verstelleinrichtung mit
den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den
Vorteil, dass aufgrund der unterschiedlichen Durchmesser der das
Zahnrad tragenden Achse der für
die Achse verwendete Werkstoff optimal ausgenutzt werden kann, dadurch
dass sich in der gesamten Achse insgesamt ein relativ gleichmäßiger Spannungsverlauf
ergibt.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch
angegebenen Verstelleinrichtung möglich.
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Wenn
die Achse in zunehmendem Abstand zum Grundkörper im Durchmesser kleiner
wird, dann hat dies den Vorteil, dass das Zahnrad sehr leicht auf der
Achse angebracht werden kann.
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Wenn
die Änderung
des Durchmessers der Achse über
Stufen erreicht wird, dann kann es zylindrische Bereiche der Achse
geben, was für
die Lagerung des Zahnrades günstig
ist, um Kräfte
in axialer Richtung zu vermeiden.
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Wird
in mindestens Teilbereichen der Lagerung des Zahnrades eine Hülse vorgesehen,
so hat dies Vorteile bei der Lagerung, insbesondere bei verringertem
Verschleiß.
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Wenn
die Hülse
im Bereich des kleineren Durchmessers der Achse vorgesehen ist,
so hat dies den Voreil, dass dort, wo besonders hohe Flächepressung
auftritt, eine verbesserte Lagerung ist.
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Die
mindestens eine Erhebung auf der Achse bietet den Vorteil, dass
die Hülse
sehr leicht auf die Achse aufgepresst werden kann, ohne dass viel Material
der Achse verformt werden muss, was bei der Auswahl des verwendeten
Materials für
die Achse günstig
ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass aufgrund der Erhebung in der
Hülse eine
elastische Verformung stattfindet, was für eine dauerhaltbare gute Vorspannung
zwischen der Hülse
und der Achse sorgt. Ein weiterer Vorteil ist, dass weniger enge
Toleranzen eingehalten werden müssen.
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Die
Einformeinrichtung zwischen der Achse und dem Deckel bietet den
Vorteil, dass die Achse auch auf der Seite des Deckels optimal gehalten wird.
Dies bietet den Vorteil, dass die Achse insgesamt dünner gestaltet
sein kann.
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Der
relativ harte Prägekörper der
Einformeinrichtung bietet den Vorteil, dass das Einformen während des
Anbringens des Deckels an den Grundkörper für die Lagerung der Achse auf
der Seite des Deckels sehr leicht hergestellt werden kann.
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Wird
der Prägekörper von
der Hülse
gebildet, die auch zur Lagerung des Zahnrads dienen kann, so bietet
dies den Vorteil, dass kein weiteres Bauteil für die Einformeinrichtung erforderlich
ist.
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Zeichnung
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Ein
bevorzugt ausgewähltes,
besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf eine Verstelleinrichtung,
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2 eine
Seitenansicht der Verstelleinrichtung,
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3 einen
Schnitt durch die Verstelleinrichtung,
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4 eine
Einzelheit aus der 3,
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5 einen
Schnitt durch die Verstelleinrichtung,
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6 eine
Einzelheit aus der 5,
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7 einen
weiteren Schnitt durch die Versteileinrichtung,
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8 eine
Einzelheit aus der 7,
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9 einen
Schnitt durch das Zahnrad quer zur Achse und
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10 eine
Einzelheit aus 9.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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Die
erfindungsgemäße Verstelleinrichtung kann
bei Brennkraftmaschinen an verschiedenen Stellen verwendet werden,
insbesondere zum Steuern eines Durchlasses durch einen Gaskanal.
Der Gaskanal ist beispielsweise für eine Strömung einer Luft, eines Kraftstoff-Luft-Gemisches
oder zum Steuern von Abgas usw. vorgesehen. Je nach Schwenk-Stellung
der Drosselklappe wird die Strömung
des Gases mehr oder weniger gedrosselt. Normalerweise kann die Drosselklappe
bis zu 90° geschwenkt
werden. Es gibt aber auch Ausführungen, bei
denen die Drosselklappe um weniger als 90° oder um mehr als 90°, beispielsweise
um bis zu 180°,
geschwenkt werden kann. Die Drosselklappenwelle mit der Drosselklappe
kann beispielsweise mit Hilfe eines Stellmotors geschwenkt werden.
Der Stellmotor greift beispielsweise über mindestens ein Zahnrad
an der Drosselklappenwelle an
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Die 1 zeigt
eine Draufsicht auf ein bevorzugt ausgewähltes, besonders vorteilhaftes
Ausführungsbeispiel
der Verstelleinrichtung.
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Die 2 zeigt
eine Seitenansicht der beispielhaft ausgewählten Verstelleinrichtung,
deren Blickrichtung in der 1 mit einem
mit dem Bezugszeichen II markierten Pfeil angedeutet ist.
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Die 3 zeigt
einen Schnitt durch die Verstelleinrichtung entlang der in der 2 mit
III-III angedeuteten Schnittebene. Die Schnittebene ist im Bereich
der Drehachse 26 des Zahnrades 20 abgestuft. Im
Bereich oberhalb der Drehachse 26 verläuft die Schnittebene III-III
durch die Rippe 24b und unterhalb der Drehachse 26 verläuft die
Schnittebene III-III rechts von der Rippe 24b. Die Blickrichtung
der dargestellten Schnittebene III-III ist in der 2 mit den
mit III markierten Pfeilen angedeutet.
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Die 4 zeigt
den in der 3 mit dem Kreis IV markierten
Bereich mit geändertem
Maßstab.
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Die 5 zeigt
einen Schnitt durch die Verstelleinrichtung, wobei die Schnittebene
und die Blickrichtung in der 2 mit V-V
markiert sind.
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Die 6 zeigt
den in der 5 mit dem Kreis VI markierten
Bereich mit geändertem
Maßstab.
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Die 7 zeigt
einen Schnitt durch die Verstelleinrichtung 2, wobei die
Schnittebene und die Blickrichtung in der 2 mit VII-VII
markiert ist. Die Schnittebene VII-VII ist so gewählt, dass
die Drehachse 26 in der Schnittebene VII-VII liegt.
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Die 8 zeigt
den in der 7 mit dem Kreis VIII markierten
Bereich mit geändertem
Maßstab.
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Die 9 zeigt
einen Schnitt quer durch die Achse 28, wie in der 7 mit
IX-IX angedeutet.
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Die 10 zeigt
den in der 9 mit dem Kreis X markierten
Bereich mit geändertem
Maßstab.
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In
allen Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Teile mit denselben
Bezugszeichen versehen. Sofern nichts Gegenteiliges erwähnt bzw.
in der Zeichnung dargestellt ist, gilt das anhand eines der Figuren
Erwähnte
und Dargestellte auch bei den anderen Figuren. Sofern sich aus den
Erläuterungen nichts
anderes ergibt, sind die verschiedenen Einzelheiten miteinander
kombinierbar.
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Die 1 zeigt
eine Verstelleinrichtung 2 mit einem Grundkörper 4,
einer Drosselklappenwelle 6, einer Drosselklappe 8 und
einem Deckel 10. Innerhalb der Verstelleinrichtung 2 gibt
es einen Getriebekasten 12. Der Getriebekasten 12 wird
vom Grundkörper 4,
von Seitenwänden
des Grundkörpers 4 und vom
Deckel 10 umschlossen. Innerhalb des Grundkörpers 4 gibt
es auch einen Stellmotor 14. Weil in der 1 der
Getriebekasten 12 und der Stellmotor 14 vom Grundkörper 4 bzw.
vom Deckel 10 abgedeckt sind, und somit nicht direkt sichtbar
sind, sind die Bezugszeichenlinien der Bezugszeichen 12 und 14 gestrichelt
dargestellt.
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Innerhalb
des Getriebekastens 12 gibt es ein Getriebe 16 (2)
mit einem Motorritzel 18, einem Zahnrad 20 und
einem Abtriebsrad 22. Weil das Motorritzel 18,
das Zahnrad 20 und das Abtriebsrad 22 bei der
für die 2 gewählten Blickrichtung
vom Deckel 10 abgedeckt sind, sind diese Teile in der 2 mit
gestrichelten Linien dargestellt.
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Beim
Herstellen der Verstelleinrichtung 2, nachdem der Stellmotor 14 und
das Getriebe 16 eingebaut worden sind, wird der Deckel 10 an
den Grundkörper 4 angebaut.
In fertigem Zustand ist der Umfang des Deckels 10 mit dem
Grundkörper 4 fest verschweißt, verklebt
oder wird mit Klammern festgehalten.
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An
dem Deckel 10 sind eine erste Rippe 24a und eine
zweite Rippe 24b vorgesehen (2). Weil sich
die Rippen 24a und 24b auf der dem Betrachter abgewandten
Seite des Deckels 10 am Deckel 10 befinden, sind
die Rippen 24a und 24b in der 2 mit gestrichelten
Linien dargestellt.
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An
den Grundkörper 4 ist
eine Achse 28 angeformt (3, 5, 7).
Beim bevorzugt ausgewählten,
besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel
werden der Grundkörper 4 und
die Achse 28 aus einem gemeinsamen Kunststoff geformt,
beispielsweise durch Spritzgießen.
Die Achse 28 kann aber auch ein separater Werkstoff sein,
der beispielsweise über
eine Presspassung mit dem Grundkörper 4 verbunden
wird. Wegen der hier vorgeschlagenen Erfindung, bei der die Belastung
der Achse 28 gegenüber
bekannten Verstelleinrichtungen deutlich reduziert ist, ist es leicht
möglich,
die Achse 28 und den Grundkörper 4 aus einem gemeinsamen
Kunststoff herzustellen.
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Die
Achse 28 hat, entlang ihrer Achsrichtung betrachtet, unterschiedliche
Durchmesser. Die Achse 28 hat, ausgehend vom Grundkörper 4,
zunächst
einen größeren Achsdurchmesser 28a und
mit zunehmendem Abstand vom Grundkörper 4 einen kleineren
Achsdurchmesser 28c. In einem Übergangsbereich 28b geht
der größere Achsdurchmesser 28a in den
kleineren Achsdurchmesser 28c über. Auf der dem Grundkörper 4 abgewandten
Seite hat die Achse 28 ein stirnseitiges, deckelseitiges
Ende 28d.
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Das
Zahnrad 20 ist auf der Achse 28 drehbar gelagert.
Das Zahnrad 20 hat einen Bereich mit einem größeren Innendurchmesser 20a und
einen Bereich mit einem kleineren Innendurchmesser 20c (3, 5,
u. 7).
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Das
Zahnrad 20 ist über
den größeren Innendurchmesser 20a auf
dem größeren Achsdurchmesser 28a und über den
kleineren Innendurchmesser 20c auf dem kleineren Achsdurchmesser 28c drehbar
gelagert. Es ist auch möglich,
mehr als zwei unterschiedliche Durchmesserstufen vorzusehen, so dass
die Achse 28 ausgehend vom Grundkörper 4 mehr oder weniger
fein abgestuft in mehreren Stufen zunehmend dünner wird, wobei die Innendurchmesser
des Zahnrads 20 entsprechend den Durchmessern der Achse 28 angepasst
sind.
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Auf
der Achse 28 befindet sich eine Hülse 30. Die Hülse 30 umschließt den kleineren
Achsdurchmesser 28c der Achse 28. Die Hülse 30 ist
auf die Achse 28 aufgepresst. Die Hülse 30 überragt
in axialer Richtung das deckelseitige Ende 28d der Achse 28.
Die Hülse 30 hat
einen ersten Bereich 30c. Der erste Bereich 30c ist
auf den kleineren Achsdurchmesser 28c der Achse 28 aufgepresst.
Dort wo die Hülse 30 das
deckelseitige Ende 28d überragt, hat
die Hülse 30 eine
Durchmesserstufe 30d (8). Dem
schließt
sich mit reduziertem Durchmesser ein zweiter Bereich 30e an.
Der zweite Bereich 30e der Hülse 30 erstreckt sich,
ausgehend von der Durchmesserstufe 30d, axial in Richtung
des Deckels 10. Die Hülse 30,
oder zumindest der zweite Bereich 30e der Hülse 30,
oder zumindest der axial vorstehende Rand des zweiten Bereichs 30e der
Hülse 30,
besteht aus relativ hartem bzw. gehärtetem Material, und die Wandstärke des
zweiten Bereichs 30e ist relativ dünnwandig und vorzugsweise am
Ende spitz bzw. schneidenartig zulaufend. Wenn der Deckel 10 mit
dem Grundkörper 4 verbunden
wird, dann drückt der
zweite Bereich 30e der Hülse 30 in die am Deckel 10 vorgesehenen
Rippen 24a und 24b. Dadurch bildet die Hülse 30 zusammen
mit dem Deckel 10 eine Einformeinrichtung 33.
Der zweite Bereich 30e der Hülse 30 wirkt als Prägekörper 33e der
Einformeinrichtung 33, und die Rippen 24a und 24b des
Deckels 10 wirken als Aufnahmebereich 33b für den Prägekörper 33e der
Einformeinrichtung 33.
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Die
Einformeinrichtung 33 ist so gestaltet, dass sich der relativ
harte Prägekörper 33e während des
Anbauens des Deckels 10 an den Grundkörper 4 in die Aufnahme 33b hineindrückt. Weil
die Aufnahme 33b erst während
des Anbauens des Deckels 10 an den Grundkörper 4 angeformt
wird, ergibt sich eine exakte Positionierung zwischen der Achse 28 und
dem Deckel 10, unabhängig
von Maßtoleranzen des
Deckels 10 und/oder des Grundkörpers 4.
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Das
Zahnrad 20 hat einen größeren Zahnkranz 20g und
einen kleineren Zahnkranz 20k (2, 7).
Der größere Zahnkranz 20g kämmt mit
dem Motorritzel 18 (2), und
der kleinere Zahnkranz 20k kämmt mit dem Abtriebsrad 22.
Je nach zu übertragendem
Drehmoment belastet das Zahnrad 20 die Achse 28 quer
zur Drehachse 26 mit einer Querkraft 35. Die Richtung
dieser Querkraft 35 auf die Achse 28 ist im Wesentlichen
senkrecht zur Verbindungslinie zwischen der Drehachse 26 des Zahnrads 20 und
der Drehachse des Abtriebsrads 22. Die Richtung der Querkraft 35 hängt auch
etwas von der Drehachse des Motorritzels 18 ab, wobei dieser
Einfluss relativ gering ist. In der 2 ist ein
mit dem Bezugszeichen 35 markierter Pfeil eingetragen, der
die Richtung der Querkraft 35 grob symbolisieren soll.
Je nach Drehrichtung des Drehmoments kann die Richtung der Querkraft 35 auch
entgegen dem Pfeil gerichtet sein. Besonders groß ist die Querkraft 35 wenn
bei schnellem Verstellen der Drosselklappe 8 (1)
die Drosselklappe 8 an einem Endanschlag anschlägt.
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Die
Rippen 24a und 24b am Deckel 10 bieten
den Vorteil, dass sich der Prägekörper 33e der Einformeinrichtung 33 nicht über den
gesamten Umfang des zweiten Bereichs 30e der Hülse 30 in
den Deckel 10 eingraben muss, sondern nur Teile des Umfangs
des zweiten Bereichs 30e der Hülse 30.
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Anstatt
den beiden Rippen 24a und 24b kann auch nur eine
Rippe 24a vorgesehen sein. Es ist aber auch möglich drei
oder mehr Rippen vorzusehen. Es ist auch möglich, den Deckel 10 ohne
Rippen zu machen und ihn so zu gestalten, dass der Prägekörper 33e an
der Achse 28 direkt in die dem Getriebekasten 12 zugewandte
Innenseite des Deckels 10 hineindrückt und dort am Deckel 10 die
Aufnahme 33b der Einformeinrichtung 33 gebildet
wird.
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Die
mindestens eine Rippe 24a bzw. die Rippen 24a und 24b sind
so ausgerichtet, dass sie sich parallel zur Richtung der vom Zahnrad 20 auf
die Achse 28 wirkenden Richtung der Querkraft 35 erstrecken
(2). Die Längen
der Rippen 24a und 24b sind so dimensioniert,
dass der von dem zweiten Bereich 30e der Hülse 30 gebildete
Prägekörper 33e in
jede der Rippen 24a, 24b an jeweils zwei voneinander
beabstandeten Stellen eindringt. Dadurch erstreckt sich die Aufnahme 33b in
den Rippen 24a und 24b quer zur Richtung der Querkraft 35,
so dass beim Auftreten der Querkraft 35 diese Querkraft 35 optimal
vom Deckel 10 aufgefangen werden kann. Dadurch erreicht
man mit relativ kurzer Aufnahme 33b ein gutes Halten zwischen
dem Deckel 10 und der Achse 28. Die kurze Aufnahme 33b hat
den Vorteil, dass sich der Prägekörper 33a der
Einformeinrichtung 33 mit relativ wenig Kraft in die Aufnahme 33b einformen
kann.
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Die
Achse 28 hat dort, wo die Hülse 30 aufgepresst
wird, beim dargestellten Ausführungsbeispiel
also am kleineren Achsdurchmesser 28c, einen Grunddurchmesser 28g (8 u. 10).
Am Umfang des Grunddurchmessers 28g hat es eine Erhebung 28h,
oder, mehr oder weniger gleichmäßig über den
Umfang verteilt, mehrere Erhebungen 28h. Der Grunddurchmesser 28g mit
den Erhebungen 28h hat, bevor die Hülse 30 angebracht
wird, einen Umkreis. Der Umkreis ist derjenige kleinstmögliche Kreis,
in den der Grunddurchmesser 28g einschließlich der
Erhebungen 28h ohne Pressen hineinpassen würde. Es
wird vorgeschlagen, den Umkreis des Grunddurchmessers 28g mit
den Erhebungen 28h größer zu wählen als
den Innendurchmesser des Bereichs 30c der Hülse 30,
wobei jedoch der Grunddurchmesser 28g ohne Berücksichtung
der Erhebungen 28h kleiner ist als der Innendurchmesser
des Bereichs 30c der Hülse 30.
Dadurch kann der Bereich 30c der Hülse 30 mit relativ
wenig Kraft und mit relativ wenig Verformungen des Materials der
Achse 28 auf die Achse 28 aufgepresst werden.
Beim Aufpressen der Hülse 30 auf
die Achse 28 müssen
nur die Spitzen im Bereich der Erhebungen 28h geringfügig verformt
werden. Dies bietet den Vorteil, dass für die Achse 28 ein
nachträglich
relativ schlecht verformbares Material verwendet werden kann. Ein
weiterer Vorteil ist, dass aufgrund der Erhebungen 28h die Hülse 30 etwas
elastisch verformt wird, so dass eine Vorspannung entsteht, die
die Hülse 30 zuverlässig auf
der Achse 28 festhält.
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Das
Zahnrad 20 sitzt im Bereich des großen Zahnkranzes 20g mit
dem größeren Innendurchmesser 20a auf
dem größeren Achsdurchmesser 28a der Achse 28 (5 u. 7).
Der große
Zahnkranz 20g ist ziemlich groß, so dass auch der größere Achsdurchmesser 28a relativ
groß dimensioniert
sein kann. Dies bietet den Vorteil, dass die auf die Achse 28 einwirkende
Belastung durch die Querkraft 35 relativ leicht von der
Achse 28 aufgenommen werden kann.
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Das
Zahnrad 20 sitzt im Bereich des kleinen Zahnkranzes 20k mit
dem kleineren Innendurchmesser 20c auf dem ersten Bereich 30c der
Hülse 30 und damit
indirekt auf dem kleineren Achsdurchmesser 28c der Achse 28.
Durch das Reduzieren des Durchmessers der Achse 28 am Übergangsbereich 28b erhält man den
Vorteil, dass man den kleinen Zahnkranz 20k ziemlich klein
wählen
kann, was eine große Übersetzung
zwischen dem Zahnrad 20 und dem Abtriebsrad 22 (2)
ermöglicht.
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Um
eine möglichst
große Übersetzung
zwischen dem Zahnrad 20 und dem Abtriebsrad 22 zu erhalten,
sollte der kleine Zahnkranz 20k des Zahnrads 20 relativ
klein sein. Weil die Achse 28 bei größerem Abstand vom Grundkörper 4 den
kleineren Achsdurchmesser 28c hat, kann der kleine Zahnkranz 20k des
Zahnrads 20 wie gewünscht
ziemlich klein gehalten werden.
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Durch
die Einformeinrichtung 33 zwischen der Achse 28 und
dem Deckel 10 erhält
man den Vorteil, dass die Achse 28 auf der einen Seite
direkt vom Grundkörper 4 gehalten
wird und auf der anderen Seite in hervorragender Weise vom Deckel 10.
Weil der Deckel 10 vom Grundkörper 4 gut unverrückbar festgehalten
wird, ergibt sich eine beiderseitige gute Lagerung des Zahnrads 20 auf
der Achse 28 und dadurch am Grundkörper 4.
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Wenn
die Hülse 30 nur
den kleineren Achsdurchmesser 28c der Achse 28 umschließt, dann
bietet dies Vorteile durch reduzierte Toleranzprobleme, reduziere
notwendige Kräfte
zum Aufpressen der Hülse
und man erhält
dort wo die belastung zwischen dem Zahnrad 20 und der Achse 28 besonders
groß ist,
das heißt
beim kleineren Achsdurchmesser 28c, eine Verteilung der
Flächenbelastung
der Achse 28.