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Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer Welle-Nabe-Verbindung und ein Verfahren zum Klebeverbinden einer Nabe mit einer Welle.
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Kraftschlüssig ausgeführte Welle-Nabe-Verbindungen sind allgemein bekannt. Dabei werden beim Verbinden hohe Kräfte in die Nabe eingeleitet.
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Aus der
JP 2003 028182 A ist eine Verteilereinheit für Füllstoff bekannt.
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Aus der
DE 195 20 065 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Klebeverbindung bekannt.
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Aus der
DE 1 037 572 A ist eine elektrische Maschine bekannt, bei der die Blechpakete mit den sie tragenden Teilen über ein Klebemittel vereinigt sind.
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Aus der
JP H07-322576 A ist ein Herstellverfahren eines Permanentrotormagneten bekannt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine die Verbindungspartner schonende Welle-Nabe-Verbindung weiterzubilden.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Anordnung mit einer Welle-Nabe-Verbindung nach den in Anspruch 1 und bei dem Verfahren zum Klebeverbinden einer Nabe mit einer Welle angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Anordnung mit einer Welle-Nabe-Verbindung sind, dass die Nabe auf einen zylindrischen Abschnitt der Welle in Wellenachsrichtung aufgeschoben ist,
wobei die Nabe in Wellenachsrichtung sich erstreckende Nuten aufweist,
insbesondere so dass die Nuten, insbesondere in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung, begrenzt sind von dem Wellenabschnitt und dem Blechpaket,
wobei eine Verteilereinheit auf den Wellenabschnitt aufgeschoben ist und einen Hohlraum, insbesondere einen ringförmigen Hohlraum, zumindest teilweise begrenzt,
insbesondere wobei der Hohlraum durch den Wellenabschnitt, die Nabe, insbesondere die Stirnseite der Nabe, und die Verteilereinheit begrenzt ist,
wobei die Nuten in den Hohlraum münden,
wobei die Verteilereinheit mit der Nabe dicht verbunden ist.
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Von Vorteil ist dabei, dass der in den Hohlraum eingespritzte Klebstoff sich zunächst in diesem ohne besonderen Strömungswiderstand verteilt und von dem Hohlraum ausgehend in die Nuten hineingedrängt wird, wodurch die Nuten gleichmäßig mit Klebstoff beaufschlagt werden, wenn die Nuten gleichartig oder zumindest mit gleicher Querschnittsfläche ausgeführt sind. Somit ist vorteiligerweise beim Herstellen der Welle-Nabe-Verbinden eine für die Nabe im Wesentlichen kraftfreie Verbindung der Nabe mit der Welle ermöglicht. Des Weiteren ist durch die gleichmäßige Klebstoffverteilung eine qualitativ gute Verbindung ausführbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung münden die Nuten an ihrem anderen Ende in die Umgebungsluft. Von Vorteil ist dabei, dass der Klebstoff im Hohlraum einem hohen Druck ausgesetzt ist und innerhalb der Nuten ein Druckgefälle entsteht bis zum anderen Ende hin.
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Dabei wird infolge der im Wesentlichen gleichartigen Ausführung der Nuten dasselbe Druckgefälle erzeugt und somit ein gleichmäßiges Befüllen der Nuten erreicht.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Verteilereinheit eine Dichtlippe auf, welche zur dichten Verbindung mit der Nabe diese berührt, insbesondere an deren Stirnseite. Von Vorteil ist dabei, dass eine Abdichtung in einfacher und kostengünstiger Weise erzeugbar ist. Insbesondere ist ein geringer Anpressdruck beim Andrücken der Verteilereinheit in axialer Richtung auf die Nabe hin ausreichend, um einen dichte Verbindung zu erzeugen. Die Abdichtung zur Welle hin wird mittels Presspassung erzeugt.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Nabe ein, insbesondere aus Einzelblechstücken zusammengesetztes, stanzpaketiertes, schweißverbundenes oder formschlüssig verbundenes, Blechpaket. Von Vorteil ist dabei, dass die Nabe einfach herstellbar ist, insbesondere mittels Stanzen oder Feinschneiden, und wegen der Klebeverbindung keine wesentlichen Kräfte beim Herstellen der Welle-Nabe-Verbindung auf die Nabe wirken.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Verteilereinheit einen in den Hohlraum mündenden Einlasskanal auf,
in welchen eine Kanüle oder ein Auslassrohr einer Klebstoff-Einspritzvorrichtung einführbar ist,
insbesondere wobei der Einlasskanal sich in radialer Richtung erstreckt und/oder wobei der Einlasskanal mit seinem anderen Ende in der Umgebung mündet. Von Vorteil ist dabei, dass mittels der Kanüle oder des Auslassrohrs der Klebstoff mit einem hohen Druck beaufschlagbar ist. Somit ist auch ein hoch viskoser Klebstoff verwendbar und gleichmäßig in enge Nuten hineindrückbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Verteilereinheit aus einem derart elastischen Material gefertigt, so dass sich das elastische Material an die eingeführte Kanüle oder das eingeführte Auslassrohr anlehnt und somit abdichtet
und/oder dass die Kanüle oder das ein Auslassrohr einer Klebstoff-Einspritzvorrichtung kraftschlüssig dicht verbunden eingeführt ist in den Einlasskanal. Von Vorteil ist dabei, dass die dichte Verbindung ohne zusätzliche Teile erreichbar ist. Schon die elastische Verformung des Materials der Verteilereinheit reicht aus, um die Abdichtung herzustellen.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Verteilereinheit aus einem thermoplastischen Elastomer gefertigt. Von Vorteil ist dabei, dass eine kostengünstige und einfache Herstellung der Verteilereinheit als Kunststoffspritzgussteil ausführbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Welle eine Rotorwelle. Von Vorteil ist dabei, dass das Blechpaket als Nabe auf die Rotorwelle, also beispielsweise ein Vollwellenstahlteil, aufschiebbar ist mit ihrer mittigen Aufnahmeausnehmung. Somit ist das Blechpaket aus dünnen Blechteilen zusammensetzbar. Trotz der leichten Verformbarkeit des Blechteils wird dieses beim Herstellen der Verbindung nicht verformt, da die Verbindung im Wesentlichen kraftfrei erfolgt.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Blechpaket an seinem Umfang ebene oder bogenförmige Flächenabschnitte auf, an denen Dauermagnete angeordnet sind, insbesondere stoffschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Blechpaket verbundene Dauermagnete. Von Vorteil ist dabei, dass die Erfindung bei einem Synchronmotor anwendbar ist und die Dauermagnete in einfacher Weise verbindbar sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Nuten einen kreisbogenförmigen Querschnitt auf. Von Vorteil ist dabei, dass die Nutwandung in einfacher Weise als Kreisbogenabschnitt fertigbar ist. Alternativ ist auch ein anderer gekrümmter Verlauf, wie Ellipsenbogenabschnitt oder Sinusbogenabschnitt, verwendbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist im Hohlraum und in den Nuten Klebstoff angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass die Verteilereinheit nach Zuführen des Klebstoffs und insbesondere auch nach Aushärten des Klebstoffs verbleiben kann. Somit muss die Verteilereinheit nicht entfernt werden sondern ist mittels des Klebstoffs stoffschlüssig verbunden mit dem Rotor, insbesondere mit den Nuten am Rotor.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Außendurchmesser des Wellenabschnitts derart kleiner als der Innendurchmesser der Aufnahmeausnehmung der Nabe, dass ein von mit Klebstoff zumindest teilweise befüllter, zumindest von dem Wellenabschnitt und der Nabe, insbesondere in radialer Richtung und in Umfangsrichtung, begrenzter Klebespalt in Umfangsrichtung benachbarte Nuten verbindet. Von Vorteil ist dabei, dass die Nabe flächenfüllend an der Außenfläche des Wellenabschnitts stoffschlüssig verbindbar ist und die Klebstoff befüllten Nuten miteinander verbunden sind zur Erhöhung der Stabilität und Verminderung der Schwingneigung. Bei geeignet gewählter Nuttiefe kann auch Stoffschluss erreicht werden.
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Wichtige Merkmale bei dem Verfahren zum Klebeverbinden einer Nabe mit einer Welle sind, dass eine Verteilereinheit auf einen Wellenabschnitt in Wellenachsrichtung aufgeschoben wird, so dass sie eine auf dem Wellenabschnitt aufgeschobene Nabe an deren Stirnseite berührt, insbesondere mittels einer an der Verteilereinheit ausgeformten Dichtlippe,
wobei danach ein Auslassrohr oder eine Kanüle einer Einspritzvorrichtung eingeführt wird in einen an der Verteilereinheit ausgeformten Einlasskanal, der in einen von zumindest der Verteilereinheit begrenzten Hohlraum mündet, in welchen auch an der Nabe ausgebildete, sich axial erstreckende, von Nabe und Wellenabschnitt, insbesondere in radialer und/oder Umfangsrichtung, begrenzte Nuten münden,
insbesondere wobei die Nuten in Umfangsrichtung regelmäßig voneinander beabstandet sind und/oder wobei die Nuten eine kleinere Querschnittsfläche aufweisen als der Hohlraum im Radialschnitt, insbesondere wobei der Hohlraum ringförmig ausgebildet ist.
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Von Vorteil ist dabei, dass die Nabe mit der Welle stoffschlüssig verbunden ist und zwar derart, dass beim Verbinden der Nabe mit der Welle keine wesentlichen Kräfte wirken. Somit ist die Nabe als Blechpaket ausführbar, welches aus dünnen, leicht verformbaren Einzelblechteilen besteht, und wird trotzdem nicht verformt bei Herstellen der Verbindung.
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Wichtige Merkmale bei der Verwendung eines Klebespalts als Zentrierhilfe beim Klebeverbinden einer Nabe mit einer Welle,
insbesondere bei einer vorgenannten Anordnung beziehungsweise bei einem vorgenannten Verfahren, sind, dass der Klebespalt durch eine Durchmesserdifferenz zwischen Innendurchmesser einer Nabe und Außendurchmesser desjenigen Wellenabschnitts erzeugt ist, auf dem die Nabe mittels Klebstoff stoffschlüssig verbunden ist,
insbesondere wobei am Blechpaket sich axial erstreckende, mit dem Klebespalt verbundene Nuten angeordnet sind. Von Vorteil ist dabei, dass der Klebstoff die Zentrierung der Nabe, also des Blechpakets, ausführt, solange er noch flüssig ist. Nach dem Zentrieren härtet der Klebstoff aus und die Lage des Blechpakets ist somit fixiert.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
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In der 1 ist ein Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Rotor eines Synchronmotors gezeigt.
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In der 2 ist ein vergrößerter Ausschnitt hiervon gezeigt.
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In der 4 ist ein Längsschnitt durch den Rotor gezeigt.
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In der 3 ist ein vergrößerter Ausschnitt hiervon gezeigt.
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In der 5 ist eine Schrägansicht des Rotors gezeigt.
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Dabei weist der Rotor eine Rotorwelle 1 auf, auf welche ein Blechpaket 3 in axialer Richtung aufgeschoben angeordnet ist. Das Blechpaket 3 besteht aus einem Stapel von Einzelblechstücken, welche in axialer Richtung hintereinander gestapelt angeordnet sind. Die Einzelblechstücke sind stanzpaketiert und/oder verschweißt oder nur lose zusammengesetzt.
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Das Blechpaket wird mittels einer zumindest stoffschlüssigen Welle-Nabe-Verbindung mit der Rotorwelle verbunden. Zur Verbindung des Blechpakets 3 mit der Rotorwelle 1 ist eine Klebeverbindung vorgesehen. Diese Klebeverbindung bewirkt zusätzlich ein Klebeverbinden der Einzelblechstücke untereinander.
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Für die Klebeverbindung weist das Blechpaket 3 an seinem Innenumfang, also an der der Rotorwelle 1 zugewandten Innenfläche mehrere, in Umfangsrichtung regelmäßig voneinander beabstandete Ausnehmungen 2 auf, die sich in axialer Richtung, also in Rotorachsrichtung erstrecken.
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Der Nutquerschnitt ist gerundet, vorzugsweise ist die Nutwandung samt Nutboden einem Kreisbogenabschnitt entsprechend im Querschnitt geformt. Es sind aber auch einem Ellipsenbogenabschnitt oder einem anderen Bogenabschnitt entsprechende Ausführungen verwendbar.
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An der Außenseite des Blechpakets sind mehrere in Umfangsrichtung regelmäßig voneinander beabstandete Planflächen 4 ausgebildet, so dass Dauermagnete in einfacher Weise aufklebbar sind, also mit dem Blechpaket 3 klebeverbindbar sind.
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Die Nuten erstrecken sich also in axialer Richtung und werden begrenzt von der Rotorfläche und der Nutwandung samt Nutboden. Die Herstellung dieser Nuten ist ohne zusätzlichen Aufwand ermöglicht, da beim Ausstanzen der Einzelblechstücke nur eine entsprechende Außenkontur der Einzelblechstücke vorgesehen werden muss.
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Zum Einbringen des Klebstoffs in die Nuten wird eine Verteilereinheit 40 auf die Rotorwelle aufgesteckt und bis ans Blechpaket 3 herangeschoben.
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Die vorzugsweise einstückig ausgeführte, insbesondere als Kunststoffspritzgussteil ausgeführte, Verteilereinheit 40 ist aus einem Kunststoff gefertigt und berührt das Blechpaket 3 derart, dass eine druckdichte Verbindung hergestellt ist. Vorzugsweise weist die Verteilereinheit 40 eine Dichtlippe 41 auf, die an die Stirnfläche des Blechpakets angedrückt wird und somit einen von der Verteilereinheit begrenzten Kanalbereich dicht verbindbar macht mit der jeweiligen Nut des Blechpakets 3.
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Die Verteilereinheit 40 weist einen ringförmige Ausnehmung auf, so dass ein ringförmiger, als Auslasskanal 43 bezeichenbarer Hohlraum von der Rotorwelle 1 und der Verteilereinheit 40 begrenzt wird. Ein Einlasskanal 42 verbindet diesen Hohlraum mit der Umgebung, insbesondere wobei sich der Einlasskanal 42 in radialer Richtung erstreckt und nur an einem einzigen Positionsbereich in Umfangsrichtung angeordnet ist.
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Eine Kanüle oder ein Auslassrohr einer Einspritzvorrichtung, beispielsweise Spritze, ist in den Einlasskanal 42 einführbar und dicht verbindbar, indem eine Presspassung vorgesehen wird. Wenn also die Kanüle beziehungsweise das Auslassrohr in den Einlasskanal 42 eingeführt wird, umschließt also das elastische Material der Verteilereinheit 40 die Kanüle beziehungsweise das Auslassrohr der Einspritzvorrichtung dicht.
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Auf diese Weise ist Klebstoff von der Einspritzvorrichtung in den Hohlraum einspritzbar und dabei der Klebstoff mit einem derart hohen Druck beaufschlagbar, dass er in die Nuten strömt. Da die Nuten mit dem ringförmigen Hohlraum verbunden sind, in welchem der Druck beaufschlagt wird, ist eine gleichmäßige Verteilung des Klebstoffs in die Nuten erreicht.
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Nach Aushärten des Klebstoffs kann die Verteilereinheit 40 entfernt werden, wobei allerdings der Klebstoff dann im Wesentlichen gehärtet sein könnte und ein erhöhter Aufwand beim Entfernen besteht. Alternativ kann die Verteilereinheit 40 auch auf der Rotorwelle samt dem umschlossenem Klebstoff verbleiben.
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Das Aushärten ist entweder mit UV-Licht, Erwärmen der Klebstoffbereiche und/oder Anschmelzen der Verteilereinheit 40 erreichbar.
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Die Verteilereinheit 40 ist auch als Dosierring bezeichenbar. Sie ist aus Kunststoff ausgeführt. Die Abdichtung zur Rotorwelle hin erfolgt als Presspassung. Die Abdichtung zum Blechpaket hin erfolgt mittels der Dichtkante beziehungsweise Dichtlippe 41.
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Der Querschnitt des ringförmigen Hohlraums weist eine größere Fläche auf als der Querschnitt einer jeweiligen Nut. Somit verteilt sich der Klebstoff nach dem einspritzen zunächst im ringförmigen Hohlraum und danach erst in die Nuten. Da der Strömungswiderstand für den Klebstoff innerhalb des ringförmigen Hohlraums geringer ist als der Strömungswiderstand in einer jeweiligen Nut, verteilt sich der Klebstoff im ringförmigen Hohlraum und ist dort mit im Wesentlichen konstantem Druck beaufschlagt. Erst danach verteilt er sich in die Nuten, in denen er dann aufsteigt bei entsprechender vertikalen Anordnung der Rotorachse.
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Vorzugsweise wird zwischen Blechpaket und Rotorwelle ein Klebespalt belassen. Das heißt, dass der Innendurchmesser der Aufnahme größer ist als der Außendurchmesser des Wellenabschnitts, so dass sich ein zylindrischer Spalt bildet, der mit Klebstoff beaufschlagbar ist. Beim Einspritzen des Klebstoffes wird das Blechpaket an der Rotorwelle zentriert, da der Klebespalt in Umfangsrichtung den Wellenabschnitt ganz umgibt. Auf diese Weise wirkt also der Klebespalt als Zentrierhilfe.
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Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird das Blechpaket mittels einer nicht nur stoffschlüssigen sondern auch kraftschlüssigen und/oder formschlüssigen Welle-Nabe-Verbindung mit der Rotorwelle verbunden.
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Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird auch ein genügend großer Klebespalt zwischen Rotorwelle 1 und Blechpaket 3 vorgesehen. Somit kann bei entsprechend dünnflüssigem Klebstoff dieser auch von dem ringförmigen Hohlraum der Verteilereinheit 40 in den Klebespalt eindringen. Es sind somit sogar weniger Nuten oder gar keine Nuten im Blechpaket notwendig.
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Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird ein dickflüssiger und/oder hoch viskoser Klebstoff verwendet, wobei in diesem Fall die Nuten in Umfangsrichtung weit ausgedehnt ausgeführt werden. In Umfangsrichtung verlaufende Stege zwischen den Nuten bewirken die Zentrierung des Blechpakets 3 auf der Rotorwelle 1.
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Vorzugsweise wird als hochviskoser Klebstoff ein Epoxidharz-Klebstoff verwendet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rotorwelle
- 2
- Ausnehmung, sich axial erstreckende Nut mit kreisbogenförmigem Querschnitt
- 3
- Blechpaket
- 4
- Planflächen
- 40
- Verteilereinheit
- 41
- Dichtlippe
- 42
- Einlasskanal
- 43
- Auslasskanal
