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Die Erfindung betrifft ein Gebläsemodul mit einem Elektromotor und einem Lüfter, wobei der Elektromotor und der Lüfter mittels einer Welle miteinander gekoppelt sind, wobei die Welle eine Rotationsachse umfasst, und wobei der Lüfter eine Trägheitsachse umfasst.
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Stand der Technik
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Es sind Gebläsemodule bekannt, die ausgelegt sind, Luft aus einer Umgebung des Kraftfahrzeugs in den Fahrgastinnenraum zu fördern. Dabei umfassen die Gebläsemodule einen Lüfter und einen Elektromotor, die miteinander gekoppelt sind. Der Lüfter umfasst eine Wellenaufnahme, über die der Lüfter mit einer Welle des Elektromotors verbunden ist. Radial außen liegend zu der Wellenaufnahme sind Gebläseschaufeln angeordnet, die die Luft aus der Umgebung über ein Kanalsystem in den Fahrgastraum fördern. Zur Kopplung der Gebläseschaufeln mit der Wellenaufnahme ist dazwischen eine Verbindungseinrichtung angeordnet, die möglichst torsionssteif ausgebildet ist, um zuverlässig das Drehmoment des Elektromotors an die Gebläseschaufeln zu übertragen. Um einen geräuscharmen Lüfter zur Verfügung zu stellen, sind in der Fertigung geringe Fertigungstoleranzen einzuhalten, um die Lüfterunwucht so gering wie möglich zu halten.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Gebläsemodul, das insbesondere ein verbessertes Geräusch- und Vibrationsverhalten aufweist, bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wird ein Gebläsemodul mit einem Elektromotor an einem Lüfter vorgeschlagen. Der Elektromotor und das Gebläsemodul sind mittels einer Welle miteinander gekoppelt, wobei die Welle eine Rotationsachse umfasst. Dabei umfasst der Lüfter eine Trägheitsachse, eine radial innen liegende Wellenaufnahme und radial außen liegend angeordnete Gebläseschaufeln. Radial zwischen der Wellenaufnahme und den Gebläseschaufeln ist eine Verbindungseinrichtung vorgesehen, die ausgelegt ist, die Gebläseschaufeln mit der Wellenaufnahme zu verbinden und das an der Wellenaufnahme anliegende Drehmoment des Elektromotors an die Gebläseschaufeln weiterzuleiten. Die Verbindungseinrichtung ist ferner ausgelegt, die Trägheitsachse des Lüfters in Richtung der ersten Rotationsachse der Rotationsachse der Welle zu schwenken.
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Diese Ausgestaltung ermöglicht es, ein Gebläsemodul mit einem verbesserten Geräusch- und Vibrationsverhalten bereitzustellen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Verbindungseinrichtung wenigstens eine Tragrippe auf, die die Gebläseschaufel mit der Wellenaufnahme verbindet, wobei die Tragrippe in radialer Richtung faltenbalgartig ausgebildet ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine besonders gute Abkopplung des Lüfters von der Welle hinsichtlich der Unwucht des Lüfters.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Tragrippe U-förmig ausgebildet und weist einen ersten Tragschenkel, einen zweiten Tragschenkel und einen bogenförmigen Abschnitt auf, wobei in dem bogenförmigen Abschnitt der Tragrippe wenigstens eine Ausnehmung vorgesehen ist. Diese Ausgestaltung der Tragrippe weist besonders biegeweiche Eigenschaften auf, um ein Kippen des Lüfters gegenüber der Welle des Elektromotors zu ermöglichen, wobei gleichzeitig die Tragrippe zur Drehmomentsübertragung steif ausgebildet ist.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der erste Tragschenkel der Tragrippe radial nächstliegend zur Wellenaufnahme angeordnet und mittels einer Versteifungsrippe mit der Wellenaufnahme des Lüfters verbunden. Auf diese Weise wird eine steife Wellenaufnahme am Lüfter zur Verfügung gestellt, die eine zuverlässige Drehmomentkopplung des Elektromotors mit dem Lüfter bereitstellt.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Verbindungseinrichtung eine Tragrippe auf, die im Wesentlichen rechtwinklig zu der Welle in Umlaufrichtung des Lüfters ausgebildet ist. Ferner weist die Tragrippe zwischen der Wellenaufnahme und den Gebläseschaufeln eine Ausnehmung auf. Diese Ausgestaltung ermöglicht ebenso wie die oben beschriebenen Ausführungsformen eine zuverlässige Entkopplung des Lüfters von der Welle des Elektromotors.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Tragrippe radial innen liegend zu der Ausnehmung an der Wellenaufnahme und/oder radial außen liegend zu der Ausnehmung an den Gebläseschaufeln wenigstens ein in axialer Richtung der Welle ausgerichtetes Abstützelement auf. Diese Ausgestaltung ermöglicht über eine Biegesteifigkeit der Verbindungseinrichtung, die Entkopplung des Lüfters von der Welle des Elektromotors einzustellen und somit auch ein Kippverhalten des radial außen liegenden Teils des Lüfters über die Ausgestaltung der Abstützelemente zu beeinflussen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Ausnehmung länglich in Umlaufrichtung des Lüfters ausgebildet. Über die Länge der Ausnehmung in der Tragrippe kann die Steifigkeit der Struktur festgelegt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Verbindungseinrichtung eine Tragrippe, die schräg zur Welle und mindestens teilweise radial umlaufend um die Wellenaufnahme ausgebildet ist, wobei die Tragrippe in einem Teilbereich durch eine Versteifung gegenüber der Wellenaufnahme abgestützt ist, und wobei die Versteifung an einer der Wellenaufnahme zugewandten Seite eine schlitzförmig ausgebildete Ausnehmung aufweist. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine biegeweiche Ausgestaltung des Lüfters, wobei eine Durchbiegung des Lüfters einen weichen Durchbiegungsbereich und einen steifen Durchbiegungsbereich aufweist, wobei der weiche Durchbiegungsbereich durch die Ausgestaltung der Ausnehmung festgelegt wird.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 eine Schnittansicht durch ein Gebläsemodul mit einem ersten Lüfter und einem Elektromotor;
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2 einen Ausschnitt des in 1 gezeigten ersten Lüfters;
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3 einen Ausschnitt einer alternativen Ausführungsform des in den 1 und 2 gezeigten ersten Lüfters;
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4 eine Draufsicht auf einen zweiten Lüfter; und
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5 einen Ausschnitt einer Schnittansicht durch den in 4 gezeigten zweiten Lüfter.
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1 zeigt eine Schnittansicht durch ein Gebläsemodul 1 mit einem Elektromotor 10 und einem ersten Lüfter 11. Der als Außenläufer ausgebildete Elektromotor 10 umfasst einen Stator 9 und einen Rotor 7. Der Rotor 7 umfasst eine Welle 13 mit einer ersten Rotationsachse 5, einer ersten Trägheitsachse und mehrere umfangsseitig am Rotor 7 angeordnete Magnete 8. Mehrere Wicklungen 6 sind im Stator 9 korrespondierend zu den Magneten 8 des Rotors 7 angeordnet, die mittels einer entsprechenden Bestromung dem Rotor 7 ein wechselndes Magnetfeld bereitstellen. Die im Rotor 7 angeordneten Magnete 8 sind diesem Magnetfeld ausgesetzt, so dass durch Wechselwirkung eine in Umfangsrichtung des Rotors 7 induzierte Kraft bzw. ein Drehmoment an dem Rotor 7 erzeugt wird.
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Der erste Lüfter 11 umfasst eine zweite Trägheitsachse 6, die unterschiedlich zur ersten Trägheits- und Rotationsachse 5 des Elektromotors 10 ausgerichtet und insbesondere gekippt sein kann. Die zweite Trägheitsachse 6 ist dabei abhängig von der Massenverteilung des Lüfters 11, so dass die zweite Trägheitsachse 6 fertigungsbedingt in einer Charge von Lüftern jeweils unterschiedlich liegen kann. Ferner umfasst der erste Lüfter 11 eine radial innen liegende Wellenaufnahme 14, über die der erste Lüfter 11 kraft- und/oder formschlüssig mit der Welle 13 verbunden ist. Radial außen liegend umfasst der erste Lüfter 11 eine Vielzahl von Gebläseschaufeln 17, die in typischer Art eines Radiallüfters radial außen liegend an einer ringförmig ausgebildeten ersten Trennwand 35 angeordnet sind. Zwischen den Geblaseschaufeln 17 und der Wellenaufnahme 14 ist eine erste Verbindungseinrichtung 15 vorgesehen, die die Wellenaufnahme 14 mit den Gebläseschaufeln 17 verbindet. Die erste Verbindungseinrichtung 15 ist ausgelegt, das Drehmoment des Elektromotors 10, das über die Welle 13 von dem Elektromotor 10 bereitgestellt und von der Wellenaufnahme 14 in den ersten Lüfter 11 eingeleitet wird, zuverlässig an die Gebläseschaufeln 17 weiterzuleiten. Ferner ist die erste Verbindungseinrichtung 15 auch ausgelegt, die axiale Ausrichtung der Gebläseschaufeln 17 zu der Welle 13 festzulegen.
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Die erste Verbindungseinrichtung 15 umfasst eine erste Tragrippe 19, die im Wesentlichen rechtwinklig zur Welle 13 in Umlaufrichtung des ersten Lüfters 11 ausgerichtet ist. Dabei kann die erste Tragrippe 19 entweder vollständig umlaufend oder auch nur abschnittsweise über einen oder mehrere Abschnitte in Umlaufrichtung um die Wellenaufnahme 14 ausgebildet sein und die Wellenaufnahme 14 mit den Gebläseschaufeln 17 verbinden. Die erste Tragrippe 19 weist in radialer Richtung zwischen der Wellenaufnahme 14 und den Gebläseschaufeln 17 eine Ausnehmung 20 auf. Die Ausnehmung 20 ist in 2 als Durchbruch ausgeführt, wobei alternativ auch eine Materialeinschnürung der Tragrippe 19 zur Ausbildung der Ausnehmung 20 denkbar ist. Radial innen liegend ist die erste Tragrippe 19 zur Wellenaufnahme 14 über seitlich angeordnete Versteifungen 21 in axialer Richtung der Welle 13 abgestützt. Ebenso sind radial außen liegend zur Ausnehmung 20 Versteifungen 21 zwischen der ersten Tragrippe 19 und der ersten Trennwand 35 zur Abstützung der ersten Tragrippe 19 vorgesehen.
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Das erste Gebläsemodul 1 bildet mit dem ersten Lüfter 11 und dem Elektromotor 10 ein dynamisches System aus, das insbesondere durch die Ausrichtung der beiden Trägheitsachsen 5, 6 des Rotors 7 bzw. des ersten Lüfters 11 zueinander geprägt ist. Die Trägheitsachsen 5, 6 sind jeweils von der Massenverteilung des Rotors 7 des Elektromotors 10 bzw. des ersten Lüfters 11 abhängig. In der Herstellung des ersten Gebläsemoduls 1 wird der Elektromotor 10 aus mehreren Bauteilen gefertigt, wobei der Rotor 7 gegebenenfalls nach dem Zusammenbau gewuchtet wird, um einen besonders geräuscharmen und unwuchtfreien Lauf des Elektromotors 10 zu erreichen. Der Wuchtvorgang hat zur Folge, dass die erste Trägheitsachse 5 des Rotors 7, die durch die Massenverteilung am Rotor 7 bestimmt ist, im Wesentlichen in die Rotationsachse 5 des Rotor 7 verschoben wird, so dass die beiden Achsen im bestmöglichen Falle identisch sind.
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Der erste Lüfter 11 wird in einem Kunststoffspritzgussverfahren einstückig und materialeinheitlich gefertigt. Wird der erste Lüfter 11 in Rotation versetzt, so ist die zweite Trägheitsachse 6 des ersten Lüfters 11 typischerweise unterschiedlich zu der Rotationsachse 5 des Elektromotors 10. Wird der erste Lüfter 11 über die Wellenaufnahme 14 mit dem Rotor 7 des Elektromotors 10 gekoppelt und in eine Rotation durch eine biegesteife Verbindungseinrichtung um die erste Trägheits- und Rotationsachse 5 gezwungen, so induziert im Betrieb der erste Lüfter 11 durch die Lage der zweiten Rotationsachse 6 eine dynamische Unwucht in den Rotor 7 des Elektromotors 10. Die dynamische Unwucht führt zu einer erhöhten Geräuschemission des Gebläsemoduls und verstärkt den Verschleiß in der Lagerung des Lüfters bzw. des Rotors des Elektromotors.
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Ein geringeres Unwuchtmoment bzw. die geringere dynamische Unwucht wird dadurch erreicht, dass die in den 1 und 2 gezeigte erste Verbindungseinrichtung 15 vorgesehen ist. Durch die Verbindungseinrichtung 15 kann die zweite Trägheitsachse 6 des ersten Lüfters 11 im Idealfall auf die erste Trägheits- und Rotationsachse 5 gekippt und verschoben werden. Auch eine Annäherung der zweiten Trägheitsachse 6 an die Rotationsachse 5 reduziert deutlich die dynamische Unwucht des ersten Gebläsemoduls 1. Die Reduzierung der dynamischen Unwucht erfolgt dadurch, dass die erste Verbindungseinrichtung 15 zwar zuverlässig das Drehmoment des Elektromotors 10 überträgt, jedoch biegeweich ausgelegt ist. Diese biegeweiche Ausgestaltung wird durch die in 2 dargestellte schlanke Ausgestaltung der ersten Tragrippe 19 erreicht, die in einem mittigen Bereich nicht durch die Versteifungen 21 abgestützt ist, so dass ein elastisches Verbiegen der Tragrippe 19 im Bereich der Ausnehmung 15 möglich ist. Dies hat zur Folge, dass die Abweichung der zweiten Trägheitsachse 6 des ersten Lüfters 11 gegenüber der Rotationsachse 5 durch eine dynamische Verbiegung der ersten Tragrippe 19 ausgeglichen bzw. reduziert wird, und so die zweite Trägheitsachse 6 des ersten Lüfters 11 im Wesentlichen auf die Trägheits- und Rotationsachse 5 gekippt wird. Dadurch kann die Abweichung der Ausrichtung der zweiten Trägheitsachse 5 des ersten Lüfters 11 zu der Rotationsachse 5 reduziert werden. Die Ausnehmung 20 verstärkt den Effekt der biegeweichen Ausgestaltung der ersten Tragrippe 19 der ersten Verbindungseinrichtung 15. Auch kann über die Ausgestaltung der Ausnehmung 20 der Grad der Biegeweichheit der ersten Verbindungseinrichtung 15 einfach eingestellt werden.
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3 zeigt einen Ausschnitt einer zweiten Verbindungseinrichtung 16 als alternative Ausführungsform der in 1 gezeigten ersten Verbindungseinrichtung 15. Die zweite Verbindungseinrichtung 16 umfasst eine zweite Tragrippe 18, die radial zwischen der Wellenaufnahme 14 und den Gebläseschaufeln 17 angeordnet ist. Dabei verbindet die zweite Tragrippe 18 die Gebläseschaufeln 17 bzw. die erste Trennwand 35 mit der Wellenaufnahme 14, wobei die zweite Tragrippe 18 in radialer Richtung faltenbalgartig ausgebildet ist. Dabei ist die zweite Tragrippe 16 U-förmig ausgebildet und umfasst einen radial innen liegend angeordneten ersten Tragschenkel 24, einen radial außen liegend angeordneten zweiten Tragschenkel 25 und einen ersten bogenförmigen Abschnitt 26, der die beiden Tragschenkel 24, 25 miteinander verbindet. In dem ersten bogenförmigen Abschnitt 26 ist wenigstens eine Ausnehmung 20 vorgesehen. Die Ausnehmung 20 ist wie in den 1 und 2 ebenso in Umfangsrichtung ausgestaltet und kann dabei in Form und Tiefe variiert werden. Der erste Tragschenkel 24 ist mittels der Versteifung 21 mit der Wellenaufnahme 14 verbunden, so dass die Wellenaufnahme 14 steif und ein Aufbiegen der Wellenaufnahme 14 unter Last vermeidend ausgebildet ist. Der zweite Tragschenkel 25 ist über einen zweiten bogenförmigen Abschnitt 27 mit der ersten Trennwand 35 verbunden. Durch die faltenbalgartige Ausgestaltung der zweiten Tragrippe 18 sind die Gebläseschaufeln 17 biegeweich mit der Wellenaufnahme 14 verbunden. Gleichzeitig übertragen die Tragschenkel 24, 25 zuverlässig das Drehmoment des Elektromotors 10 an die Gebläseschaufeln 17. Die biegeweiche Ausgestaltung der zweiten Verbindungseinrichtung 16, die mit Hilfe der Ausnehmung 20 und über die Materialstärke der beiden Tragschenkel 24, 25 bzw. der bogenförmigen Abschnitte 26, 27 einstellbar ist, erlaubt eine Reduzierung der Abweichung der zweiten Trägheitsachse 6 des ersten Lüfters 11 zu der ersten Trägheits- und Rotationsachse 5 des Rotors 7.
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4 zeigt eine Draufsicht auf einen zweiten Lüfter 12 eines zweiten Gebläsemoduls 2. Der zweite Lüfter 12 ist als Trommellüfter ausgeführt, der eine dritte Trägheitsachse 4 aufweist. Dabei sind die Gebläseschaufeln 17 radial außen liegend angeordnet. Radial innen liegend weist der zweite Lüfter 12 die Wellenaufnahme 14 auf, die den zweiten Gebläselüfter 12 an die Welle 13 des Elektromotors 10 mit einer zweiten Trennwand 36 koppelt. Die zweite Trennwand 36 ist in der Ausführungsform kugelschalenartig ausgebildet und wird durch die Versteifung 21 in einem Teilbereich abgestützt. Die Wellenaufnahme 14 wird gegenüber der zweiten Trennwand 36 mittels einer dritten Verbindungseinrichtung 34 und der zweiten Trennwand 36 gekoppelt.
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5 zeigt einen Ausschnitt durch den in 4 gezeigten zweiten Lüfter 12. Die dritte Verbindungseinrichtung 34 ist in der Ausführungsform durch die Versteifung 21 ausgebildet, die in axialer Richtung der Welle 13 ausgerichtet ist. Radial innen liegend ist zwischen der Versteifung 21 und der Wellenaufnahme 14 ein Durchbruch 22 angeordnet, der die Versteifung 21 von der Wellenaufnahme 14 trennt. Der Durchbruch 22 weist dabei eine Länge a und eine Breite b auf. Der Durchbruch 22 dient zur biegeweichen Ausgestaltung der dritten Verbindungseinrichtung 34. Im rotierenden Zustand ist eine dritte Trägheitsachse 4 des zweiten Lüfters 12 gegenüber der Rotationsachse 5 gekippt und/oder verschoben. Durch die dritte Verbindungseinrichtung 34 kann die Abweichung der dritten Trägheitsachse 4 von der Rotationsachse 5 reduziert werden, indem die dritte Trägheitsachse 4 im Betrieb von ihrer ursprünglichen Lage in Richtung der Rotationsachse 5 gekippt bzw. geschwenkt wird. Dabei wird ein Kippen des zweiten Lüfters 12 im Fuß der zweiten Trennwand 36 am Durchbruch 22 ermöglicht.
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Durch die Ausgestaltung des Durchbruchs 22 der dritten Verbindungseinrichtung 34 kann ein Kippen des zweiten Lüfters 12 gegenüber der Welle 13 begrenzt werden, indem eine Spitze 37 der Verstärkung 21 an der äußeren Umfangsfläche 38 anschlägt und die dritte Verbindungseinrichtung 34 versteift. Diese Ausgestaltung des zweiten Lüfters 12 ermöglicht eine Verbindungseinrichtung mit einem ersten biegeweichen Bereich und einem zweiten biegesteifen Bereich bereitzustellen. Dabei wird der biegeweiche Bereich durch die Ausgestaltung des Durchbruchs 22 bestimmt. Insbesondere legt die Breite b ein maximales Kippen der dritten Trägheitsachse 4 zu der Rotationsachse 5 fest. Die Länge a des Durchbruchs a bestimmt die Biegeweichheit der dritten Verbindungseinrichtung 34. Dadurch kann ein Kippwinkel des zweiten Lüfters 12 gegenüber der Welle 13 begrenzt werden, so dass beispielsweise ein Anschlagen des zweiten Lüfters 12 an einem Gehäuse des Gebläsemoduls vermieden werden kann.
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In einer alternativen Ausführungsform ist selbstverständlich denkbar, dass der Durchbruch 22 nicht wie in 5 schlitzförmig, sondern andersartig ausgestaltet ist. Dabei sind selbstverständlich jegliche andere Formen denkbar. Auch ist denkbar, dass der Durchbruch 22 nur als Ausnehmung ausgestaltet ist, wobei die Versteifung 21 über ihre gesamte Länge hin mit der Wellenaufnahme 14 verbunden ist.
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Des Weiteren wird darauf hingewiesen, dass die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen beispielhaft sind und miteinander kombinierbar sind. So ist beispielsweise denkbar, die erste Tragrippe 15 mit der in 3 gezeigten zweiten Tragrippe 16 zu kombinieren.
