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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden
von Elementen eines Wälzlagers
mit einer Trägereinrichtung
sowie eine nach einem derartigen Verfahren hergestellte Trägereinrichtung
mit einem Wälzlager.
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Die
vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf einen Radträger beschrieben,
der mit einem Außenring
eines Wälzlagers
verbunden ist. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die vorliegende
Erfindung auch bei anderen Verbindungen zwischen Wälzlagerelementen
und Trägereinrichtungen angewandt
werden kann.
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Aus
dem Stand der Technik sind diverse Verfahren bekannt, um Elemente
eines Wälzlagers
mit einem Radträger
zu verbinden. So ist es bekannt, Wälzlager mit einer sie umgebenden
Struktur durch Einpressen mit einem Radträger zu verbinden. Auch ist
es bekannt, Bestandteile des Wälzlagers,
wie Außenringflansche,
mit einem Radträger
zu verschrauben. Bei Radträ gern
mit einer Schalenstruktur ist das Einpressen der Wälzlager
jedoch nur möglich,
wenn ein zusätzliches
Rohr als Lagersitz eingeschweißt wird.
Dieses zusätzliche
Rohr führt
jedoch zu einem höheren
Gewicht der Gesamtverbindung.
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Das
Vorsehen von Schraubverbindungen setzt aufwändige Anbauten wie Gewindeansätze oder
Ringe mit Gewindebohrungen voraus. Daneben sind aufwändige Anbauten
zur Krafteinleitung und zur Sicherstellung der Schraubenspannlänge vorzusehen.
Damit ist diese Verbindungsweise insgesamt relativ aufwändig und
damit teuer.
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Eine
weitere Montagemöglichkeit
eines Lagers in einem Schalenradträger besteht darin, dass der
Außenring
des Lagers durch Wälznieten
in Blechschalen des Schalenradträgers
fixiert wird. In diesem Falle ist ein spezielles besonders langes
Nietwerkzeug nötig,
da der Lageraußenring
insbesondere von der Innenseite d. h. der Fahrzeugseite nur schwer
zugänglich
ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Verfügung
zu stellen, welches eine gegenüber
dem Stand der Technik kostengünstigere
Verbindung der Trägereinrichtung
mit dem Wälzlagerelement
erlaubt. Dabei soll insbesondere darauf geachtet werden, dass das entsprechende
Verbindungsverfahren nicht zu Problemen bei der Verbindung eines
Radträgers
mit einem geringen Kohlenstoffanteil und dem Element eines Außenrings
(mit einem hohen Kohlenstoffanteil) führt.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Verbinden einer Trägereinrichtung
mit einem Element eines Wälzlagers,
wobei die Trägereinrichtung ein
Material mit einem erstem vorgegebenen Kohlenstoffanteil und das
Element des Wälzlagers
ein Material mit einem zweiten Kohlenstoffanteil aufweist, werden
erfindungsgemäß die Trägereinrichtung
und das Element des Wälzlagers
an wenigstens einer Schweiß-
oder Lötverbindung
direkt aneinander geschweißt
oder gelötet.
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Im
Folgenden sei der Vereinfachung halber anstelle von Schweiß- oder
Lötverbindung
bzw. geschweißt
oder gelötet
bzw. schweißen
oder löten
nur- mehr die Begriffe
Schweißverbindung
und geschweißt
und schweißen
verwendet. Anders ausgedrückt,
wird im Folgenden der Begriff Schweißverfahren, geschweißt oder
schweißen
verwendet, so wird damit auch ein Lötverfahren bzw. gelötet bzw.
löten umfasst.
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Vorzugsweise
handelt es sich bei wenigstens einem Material und besonders bevorzugt
bei beiden Materialien um Metalle. Bevorzugt weist das Element des
Wälzlagers
einen höheren
Kohlenstoffanteil auf als die Trägereinrichtung,
d. h. der zweite vorgegebene Kohlenstoffanteil ist höher als
der erste vorgegebene Kohlenstoffanteil. Vorzugsweise liegt der
erste vorgegebene Kohlenstoffanteil unter 0,5 % und wird im Folgenden
auch als geringer Kohlenstoffanteil bezeichnet und der zweite Kohlenstoffanteil liegt über 0,5
% und wird im Folgenden auch als hoher Kohlenstoffanteil bezeichnet.
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Dieses
Schweißverfahren
ist kostengünstiger
als die aus dem Stand der Technik bekannten Einpress- und Schraubverfahren.
Daneben müssen keine
zusätzlichen
Anbauten zur Krafteinleitung und Gewindebohrungen für Schrauben
vorgesehen werden.
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Bevorzugt
sind die Trägereinrichtung
und das Element des Wälzlagers
derart aufeinander abgestimmt, dass ein an der Schweißverbindung
auftretender Wärmefluss
bevorzugt in Richtung der Trägereinrichtung
verläuft.
Generell ist die Schweißbarkeit
von Stählen
mit hohem Kohlenstoffanteil und in diesem Falle die Schweißbarkeit
des Elements des Wälzlagers
problematisch. Die Stähle
mit hohem Kohlenstoffanteil neigen bei schneller Abkühlung beispielsweise
in Folge von schneller Wärmeableitung in
angrenzende Bauteile zu partiellem Aufhärten. Diese Zonen höherer Härte wirken
im Material als Kerben und zeigen damit eine erhöhte Neigung zum Reißen.
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Durch
die oben genannte Variante des Verfahrens wird daher bewirkt, dass
die entstehende Wärme
bevorzugt in die Trägereinrichtung,
die aus einem Material mit niedrigem Kohlestoffanteil besteht, geleitet
wird.
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Ferner
sollte darauf geachtet werden, dass die beim Schweißen entstehende
Temperatur die Laufbahnen des Elements des Wälzlagers nicht nachteilig beeinflusst.
Genauer ist darauf zu achten, dass durch den Einfluss des Schweißens die
Anlasstemperatur der gehärteten
Laufbahnen des Wälzlagers
nicht überschritten
wird. Wird diese Anlasstemperatur überschritten, so würde dies
die Härte
und damit die Gebrauchsdauer des Lagers negativ beeinflussen. Aus
diesem Grunde werden, wie oben ausgeführt, die Trägereinrichtungen des Elements
des Wälzlagers
derart aufeinander abgestimmt, dass der Wärmefluss zu der Trägereinrichtung
verläuft
und damit von dem Wälzlager
selbst weg geleitet wird.
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Bei
der Schweißverbindung
kann es sich um einen Schweißpunkt
oder auch um eine Schweißnaht handeln.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Element des Wälzlagers
um einen Lagerring des Wälzlagers
und besonders bevorzugt um einen Außenring des Wälzlagers.
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Vorzugsweise
werden die Materialstärke
des Elements des Wälzlagers
und die Materialstärke
der Trägereinrichtung
derart aufeinander abgestimmt, dass ein an der Schweißverbindung
auftretender Wärmefluss
bevorzugt in Richtung der Trägereinrichtung
verläuft.
Dazu wird insbesondere die Materialstärke der Trägereinrichtung in demjenigen
Bereich auf das Element des Wälzlagers
abgestimmt, in dem die Schweißverbindung
liegt. Auch die Materialstärke des
Elements des Wälzlagers
wird vorzugsweise in dem Bereich, in dem die Schweißverbindung
liegt, angepasst bzw. abgestimmt.
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Vorzugsweise
wird die Kontur des Lagerrings derart gewählt, dass der geometrische
Abstand zwischen einer oder den Laufbahnen des Lagerrings und der
Schweißverbindung
vergrößert wird.
Auf diese Weise kann eine über mäßige Erwärmung des
Lagerrings im Bereich einer oder der Laufbahnen verhindert werden.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist an dem Lagerring d. h. vorzugsweise dem Außenring zwischen dessen Laufbahnen
und der Schweißverbindung
ein Bereich mit verringerter Materialstärke vorgesehen. In diesem Bereich
mit verringerter Materialstärke
wird die Wärmeleitfähigkeit
des Außenrings
vermindert und auch auf diese Weise der Wärmefluss durch den Außenring
vermindert. Dies bedeutet, dass die Materialstärken im Bereich der Schweißverbindung
so dimensioniert sind, dass der Wärmeabfluss stärker in
Richtung der Trägereinrichtung
und nicht zu schnell in Richtung des Außenrings von stattengeht.
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Bevorzugt
wird als Schweißverfahren
ein Plasmaschweißverfahren
oder ein Wolfram-Inertgas Schweißverfahren verwendet. Bei diesem
Verfahren entstehen keine Spritzer und daher müssen die betreffenden Bauteile
nicht abgedeckt werden. Daneben sind auch sowohl das Nahtvolumen
als auch die Überbrückbarkeit
von Spalten bei den genannten Schweißverfahren sehr vorteilhaft.
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In
dem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren
wird der Schweißvorgang
in einem Bereich des Elements der Trägereinrichtung durchgeführt, der von
einem Endbereich der Trägereinrichtung
beabstandet ist. Dies bedeutet, dass die Schweißverbindung nicht in einem
Endabschnitt der Trägereinrichtung
liegt, sondern sich an den Schweißbereich ein weiterer Vorsprung
der Trägereinrichtung
erstreckt. So ist es beispielsweise möglich, einen Blechrand der
Trägereinrichtung
im Bereich der Verschweißung umzulegen
und die Schweißverbindung
an der entsprechenden Biegung vorzusehen. Auf diese Weise wird erreicht,
dass zumindest ein Teil der durch das Schweißen entstehenden Wärme in diesen
Endbereich fließt
und damit von dem Außenring
des Wälzlagers
ferngehalten wird.
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Die
jeweiligen Endabschnitte der Trägereinrichtung
können
im Wesentlichen frei in den Raum ragen, um möglichst viel Oberfläche zur
Wärmeabstrahlung
zu bieten. Auf diese Weise kann auch eine überhöhte Wärmeentwicklung von dem Außenring ferngehalten
werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist weiterhin auf eine Bauanordnung mit wenigstens
einer Trägereinrichtung
und wenigstens einem Wälzlager
gerichtet, wobei erfindungsgemäß die Trägereinrichtung
mit dem wenigstens einen Element des Wälzlagers an wenigstens einer
Schweißverbindung
direkt verschweißt
ist. Bevorzugt sind die Trägereinrichtung und
das Wälzlager
in mehreren Bereichen miteinander verschweißt und besonders bevorzugt
ist eine um das Element des Wälzlagers
verlaufende Schweißnaht
vorgesehen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Element des Wälzlagers
um einen Außenring.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist die Trägereinrichtung
einen vorgegebenen ersten Verbindungsbereich auf, der mit dem Element
des Wälzlagers
verschweißt
ist. Dieser erste Verbindungsbereich kann eine Verdickung aufweisen,
insbesondere realisiert durch ein – nach innen oder außen gerichtetes – Umbördeln oder
ein Stauchen des Randes der Trägereinrichtung.
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Insbesondere
kann der erste Verbindungsbereich bezüglich des Elements des Wälzlagers
um einen vorgegebenen Winkel gebogen werden, sodass ein Rand der
Trägereinrichtung
von dem Außenring
des Wälzlagers
weg ragt. Auch kann der erste Verbindungsbereich als Kragen ausgeführt sein.
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Vorzugsweise
weist das Element des Wälzlagers
wenigstens eine Lauffläche
für Wälzkörper auf und
zwischen der Lauffläche
und einem zweiten Verbindungsbereich, der mit dem ersten Verbindungsbereich
verschweißt
ist d. h. der Schweißverbindung
ist eine Ausnehmung vorgesehen. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ruht der Endabschnitt der Trägereinrich tung
in der genannten Ausnehmung.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist der Außenring
Vorsprünge
auf, an deren Ende die Schweißverbindung
vorgesehen ist. Auch auf diese Weise wird der Abstand zwischen den Laufflächen und
der Schweißverbindung
vergrößert. Bei
einer weiter bevorzugten Ausführungsform
ist die Schweißverbindung
an einer Außenoberfläche des Lagerrings
angeordnet, wohingegen die Laufflächen vorzugsweise an einer
Innenoberfläche
des Lagerrings angeordnet sind.
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Die
vorliegende Erfindung ist ferner auf eine Bauanordnung mit wenigstens
einer Trägereinrichtung
und wenigstens einem Wälzlager
gerichtet wobei erfindungsgemäß die Bauanordnung
mit einem Verfahren der oben beschriebenen Art hergestellt wird.
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Weitere
Vorteile und Ausführungsformen
ergeben sich aus den beigefügten
Zeichnungen:
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Darin
zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Darstellung eines
in der Trägereinrichtung
eingebauten Wälzlagers;
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2 eine
Verbindung zwischen einer Trägereinrichtung
und einem Außenring
in einer ersten Ausführungsform;
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3 eine
Verbindung zwischen der Trägereinrichtung
und dem Außenring
in einer zweiten Ausführungsform;
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4 eine
Verbindung zwischen der Trägereinrichtung
und dem Außenring
in einer dritten Ausführungsform;
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5 eine
Verbindung zwischen der Trägereinrichtung
und dem Außenring
in einer vierten Ausführungsform;
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6 eine
Verbindung zwischen der Trägereinrichtung
und dem Außenring
in einer fünften
Ausführungsform;
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7 eine
Verbindung zwischen der Trägereinrichtung
und dem Außenring
in einer sechsten Ausführungsform
und
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8 eine
Verbindung zwischen der Trägereinrichtung
und dem Außenring
in einer siebten Ausführungsform.
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1 zeigt
eine Darstellung einer Trägereinrichtung 2,
in die ein Wälzlager 1 eingebaut
ist. Dieses Wälzlager 1 weist
einen Außenring 3 auf,
der mit Verbindungsabschnitten 12 der Trägereinrichtung 2 über Schweißverbindungen 5 verbunden
ist. Diese Schweißverbindungen 5 verlaufen
ringförmig
in einer Ebene, die zu der Figurebene senkrecht steht. An der Innenseite
des Außenrings
sind Laufbahnen 7 vorgesehen, in denen Lagerkörper 14 verlaufen.
Bei diesen Wälzkörpern handelt
es sich bei der in 1 gezeigten Ausführungsform
um Kugeln. Die Laufbahnen 7 sind dabei im Stand der Technik
gehärtet,
um auf diese Weise die Belastbarkeit des Lagers zu erhöhen. Das
Bezugszeichen 25 bezieht sich auf eine in dem Außenring
angeordnete Mulde, die der Materialeinsparung dient.
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Das
Bezugszeichen 9 bezieht sich auf eine Dichtungseinrichtung
wie einen Dichtungsring, der mit seinem Außenumfang an einem Absatz 24 des Außenrings 3 anliegt.
Der Innenring 6 des Lagers 1 weist ebenfalls gehärtete Laufbahnen
auf, an denen die Wälzkörper 14 verlaufen.
Mit dem Wälzlager
wird ein Radflansch 15 drehbar gelagert.
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2 zeigt
eine erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Verbindung
zwischen der Trägereinrichtung 2 und
dem Element 3 des Wälzlagers.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist die Schweißverbindung
bzw. Schweißnaht
an den Verbindungsabschnitten 12 bzw. an einem Verbindungsabschnitt 22 der
Trägereinrichtung
vorgesehen.
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Bei
der in 2 gezeigten Ausführungsform ist das Ende der
Trägereinrichtung
an dem Verbindungsabschnitt 22 verdickt. Die Verdickung
wird in diesem Fall dadurch realisiert, dass der Blechrand der Trägereinrichtung
nach außen
umgebördelt
ist. Auf diese Weise kann die Wärmeabfuhr,
die beim Schweißen
entsteht bevorzugt in das Blech geleitet werden. Anstelle eines
umgelegten Blechrands können
jedoch auch einzelne Vorsprünge
und/oder Stauchungen vorgesehen sein.
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Das
Bezugszeichen 7 bezieht sich auf die gehärteten Laufbahnen
für die
Wälzkörper und
das Bezugszeichen 28 auf einen zwischen zwei Laufbahnen 7 vorgesehenen
Vorsprung. Des weiteren sind bei der in 2 gezeigten
Ausführungsform
zwei radial nach außen
ragende Vorsprünge 23 an
dem Außenring 3 vorgesehen,
die ebenfalls dazu dienen, die geometrische Strecke zwischen der
Schweißverbindung 5 und
den Laufbahnen zu verlängern.
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3 zeigt
eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Verbindung
zwischen der Trägereinrichtung 2 und
dem Lageraußenring 3.
Die Trägereinrichtung
mit dem Endabschnitt ist in ähnlicher
Weise ausgeführt
wie bei der in 2 gezeigten Ausführungsform,
wobei hier jedoch der Blechrand der Trägereinrichtung nach innen umgebördelt ist, wohingegen
er bei der in 2 gezeigten Ausführungsform
nach außen
umgebördelt
ist.
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Die
Schweißverbindungen 5 sind
jedoch sowohl bei der in 3 gezeigten Ausführungsform
als auch bei der in 2 gezeigten Ausführungsform
außen
am Endabschnitt 22 angeordnet um den Abstand zwischen den
Schweißverbindungen
und den Laufbahnen 7 zu erhöhen.
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Bei
der in 3 gezeigten Ausführungsform sind Ausnehmungen 29 in
dem Außenring 3 angeordnet.
Diese Ausnehmungen bzw. Nuten führen
zu einer verringerten Materialstärke
in dem Bereich des Außenrings
und damit zu einer in diesem Bereich verringerten Wärmeleitung.
Auch durch diese Vorgehensweise können die Laufbahnen 7 vor übermäßiger Erwärmung geschützt werden.
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4 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Verbindung.
Im Gegensatz zu den in den 3 und 2 gezeigten
Ausführungsformen
liegen hier die Endabschnitte 22 der Trägereinrichtung nicht an anderen
Bereichen der Trägereinrichtung
an, sondern ragen frei schräg
nach innen. Mit anderen Worten sind die Endabschnitte 22 nicht
wie im Wesentlichen um 180° gebogen,
sondern um einen hiervon abweichenden geringeren Winkel. Auf diese
Weise kann eine hohe Oberfläche zur
Wärmeabstrahlung
zur Verfügung
gestellt werden, in dem die Enden bzw. Endabschnitte 22 frei
in das Bauteil bzw. in den Raum gestellt werden.
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Bei
dieser Ausführungsform
wäre es
möglich,
die Endabschnitte 22 nicht nach innen in den Raum zu stellen,
sondern jeweils nach außen
zu führen.
Auch könnte
ein Endabschnitt 22 nach außen ragen während der andere nach innen
ragt und damit eine Anpassung an die örtlichen Gegebenheiten des Lagers
stattfinden.
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5 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Verbindung.
Bei dieser Ausführungsform
weist der Außenring 3 in
den Endbereichen 31 jeweils eine Aussparung 32 auf,
in der der Endabschnitt 22 bzw. der Blechrand 22 liegt.
Diese Ausführungsform
eignet sich besonders bei ausreichendem axialem Bauraum, da unter
diesen Umständen
der Außenring
breiter gestaltet werden kann. In diesem Falle ergibt sich ein genügend hoher
Abstand der Schweißverbindungen 5 von
den Laufbahnen 7. Daneben weisen auch die jeweiligen Endabschnitte 27, 31 des
Außenrings 3 eine
geringere Materialstärke
auf, was wiederum zu einer geringeren Wärmeleitung in Richtung der
Laufbahnen 7 führt.
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Bei
dieser Ausführungsform,
bei der das Blech anstelle umgelegt zu werden an den Außenring angelegt
wird, wird bevorzugt der Außenring
vor dem Verschweißen
der Halbschalen eingelegt. Durch das teilweise Anliegen der Endabschnitte 22 in
den Aussparungen kann auch die Stabilität der Verbindung verbessert
werden.
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6 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Verbindung.
Diese weist auf der rechten Seite eine Verbindung wie in 3 und auf
der linken Seite eine Verbindung, wie sie in 5 gezeigt
ist, auf. Dies bedeutet, dass die jeweiligen Verbindungsarten, d.
h. das jeweilige Umlegen der Blechränder der Trägereinrichtung für die rechte
und die linke Seite der Verbindung unterschiedlich gewählt werden
kann. Auf diese Weise kann den räumlichen
Gegebenheiten der Trägereinrichtung
im Rahmen einer unsymmetrischen Variante Rechnung getragen werden.
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7 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Verbindung.
Anstelle der beiden Abschnitte 12 der Trägereinrichtung
weist hier die Trägereinrichtung 2 ein
Rohrstück 20 mit
einem zentralen Bereich 21 auf, das in der Trägereinrichtung
bzw. im Radträger
eingesetzt wird. An diesem Rohrstück wird der Außenring
des Lagers 3 wiederum mit zwei Schweißverbindungen 5 angeschweißt. Bei
der in 7 gezeigten Ausführungsform weist der Außenring 3 Nuten
bzw. Ausnehmungen 29 auf, die wie bei der in 3 gezeigten
Ausführungsform dazu
dienen, die Wärmeleitung
von den Schweißverbindungen 5 zu
den Laufbahnen 7 zu verringern.
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Auch
das Rohrstück 20 weist
links- und rechtsseitig Endabschnitte 22 auf, die ebenfalls
zur Abführung
der entstehenden Wärme
nach außen dienen.
Daneben weist bei der in 7 gezeigten Ausführungsform
das Rohrstück 20 einen
Absatz 24 auf, an dem die Schweißnaht 5 angeordnet
ist. Dies bedeutet, dass der Endabschnitt eine dünnere Materialstärke aufweist,
als der zentrale Bereich 21 des Rohrstücks 20.
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8 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Verbindung.
Auch hier sind in dem Außenring 3 Nuten 29 vorgesehen,
die den Wärmefluss
von den Schweißverbindungen 5 zu
den Laufbahnen verringern. Im Gegensatz zu der in 7 gezeigten
Ausführungsform
weist jedoch das Rohrstück 20 eine
einheitliche Materialstärke
auf, so dass nicht die in 7 gezeigten
Absätze 24 vorgesehen
sind. Die in 7 gezeigte Ausführungsform ist
insbesondere dann geeignet, wenn als Schweißnaht keine Kehlnaht gesetzt
werden soll. Die jeweiligen Nuten 29 können, wie in den 7 und 8 gezeigt,
in unterschiedlicher Breite und Tiefe gewählt werden. In jedem Fall ist
jedoch auf eine Beibehaltung der nötigen Stabilität des Außenrings
zu achten.
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Sämtliche
in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich
beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem
Stand der Technik neu sind.
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- 1
- Wälzlager
- 2
- Trägereinrichtung
- 3
- Außenring
des Wälzlagers 1
- 5
- Schweißverbindung
- 6
- Innenring
des Wälzlagers 1
- 7
- Laufbahn
für Wälzkörper
- 9
- Dichtungseinrichtung
- 12
- Verbindungsabschnitt
der Trägereinrichtung 2
- 14
- Wälzkörper
- 15
- Radflansch
- 20
- Rohrstück
- 21
- zentraler
Bereich des Rohrstücks
- 22
- Endabschnitt
der Trägereinrichtung
bzw. des Rohrstücks 20
- 23
- Vorsprung
am Außenring
- 24
- Absatz
des Rohrstücks
- 25
- Mulde
des Außenrings
- 26
- Biegebereich
des Verbindungsabschnitts 12
- 27,
31
- Endbereich
des Außenrings
- 28
- Vorsprung
zwischen den Laufbahnen 7
- 29
- Ausnehmung
im Außenring
- 32
- Aussparung
des Außenring