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Es wird eine Kupplungsanordnung mit einer drehbaren Kupplungsnabe vorgeschlagen, die mit mehreren Innenlamellen drehfest verbunden ist, welche mit Außenlamellen eines zugeordneten Kupplungskorbs in Reibschluss bringbar sind und ein Lamellenpaket bilden. Die Kupplungsnabe weist mindestens eine Bohrung auf, die eine Durchströmung von Öl aus dem Inneren der Kupplung auf die Lamellen ermöglicht.
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Weiterhin wird ein Verfahren zur Verteilung von Öl in einer Kupplung durch Einsatz der Fliehkraftwirkung der sich drehenden Wellen vorgeschlagen, wobei das Öl über Bohrungen einer Kupplungsnabe in Richtung eines Lamellenpaketes der Kupplung strömt. Somit kann auch bei minimalem der Nabe zulaufenden Gesamtölvolumenstrom eine gewünschte, und von der Drehzahl weitgehend unabhängige, Verteilung des Öls über die einzelnen Reibflächen realisiert werden. Der über die Kupplungsnabe zugeführte Gesamtölvolumenstrom kann durch eine Ölpumpe erzeugt werden oder, bei pumpenloser Ausführung, rein durch die Druckdifferenz zufolge der geodätischen Höhe des Ölspiegelniveaus eines Ausgleichsbehälters (Ölsumpf, Öltank) gegenüber dem Eintritt in das rotierende System, resultieren.
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Stand der Technik
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In automotiven Anwendungen, die stetig steigenden Anforderungen hinsichtlich Kostensenkung und Wirkungsgradmaximierung ausgesetzt sind, werden zunehmend reduzierte Pumpenbaugrößen angestrebt oder gänzlich auf den Einsatz von Kühl- und Schmierölpumpen im Antriebsstrang verzichtet. Damit können neben den Schleppmomenten auch Systemkosten, Bauraum und Gewicht reduziert, sowie akustische Vorteile erzielt werden. Die Ausnutzung der Fliehkraftwirkung benetzter rotierender Bauteile ermöglicht derartige pumpenlose Konstruktionen. Allerding ist hierbei der effektiv nutzbare Fördervolumenstrom beträchtlich geringer (z. B. um den Faktor 10).
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Bei einer Reiblamellenkupplungen wie in der
DE 10 2006 034 154 A1 beschrieben, erfolgt die Kühl- und Schmierölzufuhr in das Kupplungspaket unter Fliehkrafteinwirkung durch über den Umfang verteilte radiale Bohrungen in der Kupplungsnabe. Durch die in axialer Richtung konstruktiv bedingte, beschränkte Ölzufuhr ist insbesondere bei stark reduziertem Ölvolumenstrom keine gleichmäßige Verteilung über das Lamellenpaket in Längsrichtung gewährleistet. Dieser unerwünschte Effekt wird durch die, mit dem Quadrat zur Absolutdrehzahl ansteigende, Fliehkraftwirkung verstärkt. Die von den Versorgungsbohrungen örtlich weiter entfernten Reibflächen werden dadurch signifikant weniger mit Öl versorgt. Daraus resultiert eine eingeschränkte Nutzbarkeit, d. h. geringere zulässige Leistung der Kupplung in Folge der erhöhten thermischen Beanspruchung der minderversorgten Reibflächen. Eine weitere Einschränkung bei nicht ausreichender Ölversorgung ist die Tendenz zu auftretenden Haftgleiteffekten mit den damit einhergehenden akustischen Nachteilen.
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Erste Ansätze zielen darauf ab, die Zuführbohrungen in axialer Richtung versetzt anzuordnen, was jedoch eine reduzierte Benetzung der Reibflächen in Umfangsrichtung zur Folge hat. Eine zusätzliche Erhöhung der Anzahl an Zuführbohrungen zeigt auf Grund des begrenzten Ölvolumenstromes keine positive Wirkung. Zudem treten fertigungstechnische und festigkeitsmäßige Einschränkungen auf, was sich in unverhältnismäßig hohen Stückkosten niederschlägt.
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Aus der
US 4971184 ist eine Rollen-Freilaufkupplung bekannt, die Einlegeteile aufweist, welche baulich in die Kupplungsnabe integriert sind. Die Nabe ist angepasst hergestellt und enthält radiale Zulaufbohrungen die sich radial nach außen konisch aufweiten. Die Verteilung des Öls wird dadurch zwar verbessert, eine Minderversorgung der von der Zulaufbohrung in axialer Richtung weiter entfernten Reibflächen kann dadurch bei insgesamt geringem Zulaufvolumenstrom jedoch nicht verhindert werden. Zusätzlich weist die Nabe konstruktiv bedingte, relativ große Bereiche der Schwächung auf.
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Die
DE 10 2006 031 786 A1 beschreibt eine Lamellenkupplung oder eine Lamellenbremse mit mehrteiligem Lamellenträger. In einem Basisbauteil sowie einem die Lamellen drehfest und axial verschiebbar lagernden Verzahnungsbauteil sind radiale Öffnungen angeordnet, die untereinander in Fluidverbindung stehen.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine optimierte Ölversorgung mit guter Verteilung des Öls über den gesamten Bereich der Lamellen zu schaffen, ohne in die bauliche Ausgestaltung einer konventionellen Kupplung einzugreifen.
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Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale von Anspruch 1. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Durch, zwischen der Kupplungsnabe und dem Innendurchmesser der Lamellen, angeordnete Einlegeteile wird eine von der Drehzahl unabhängige und in axialer sowie in radialer Richtung optimale Verteilung des Öls möglich. Die vorgestellte Lösung lässt sich in nahezu allen konventionellen Lamellenkupplungssystemen mit minimalem Änderungsaufwand implementieren.
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Vorteilhafterweise wird diese Aufgabe gelöst mit einer Kupplungsanordnung mit einer drehbaren Kupplungsnabe, die mit mehreren Innenlamellen drehfest verbunden ist, welche mit Außenlamellen eines zugeordneten Kupplungskorb in Reibschluss bringbar sind und ein Lamellenpaket bilden, wobei die Kupplungsnabe mindestens eine Bohrung aufweist, die einer Durchströmung von Öl aus dem Innere der Kupplung auf die Lamellen ermöglicht, wobei über der mindestens einen Bohrung der Kupplungsnabe eine Ölleiteinrichtung befestigbar ist.
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Von Vorteil ist, dass die Ölleiteinrichtung mit einer Befestigungsvorrichtung in der Bohrung der Kupplungsnabe befestigt ist.
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Weiterhin ist von Vorteil, dass die Ölleiteinrichtung Verteilerkammern mit unterschiedlichen Auslassquerschnitten aufweist und dass die Ölleiteinrichtung, in einer bevorzugten Ausführungsform, auf ihrer Öleintrittsseite einen Segmentstern zur Aufteilung des der Nabe zulaufenden Gesamtölvolumenstromes in die einzelnen Verteilerkammern besitzt.
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Vorteilhafterweise ist der Segmentstern zusätzlich zur Befestigung der Ölleiteinrichtung dienlich. Weiters kann die Ölleiteinrichtung beispielsweise über eine Fixiernase an der Kupplungsnabe befestigt werden.
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Für eine optimale Aufteilung des Ölvolumenstromes weist die Ölleiteinrichtung Auslassöffnungen auf, die jeweils einer Schmierkammer (im allgemeinen ist dies der axiale Spalt zwischen zwei innenverzahnten Lamellen) des Lamellenpaketes zugeordnet sind.
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Besonders vorteilhaft ist dabei, dass die Kupplungsanordnung die Ölleiteinrichtung als Zusatzteil in eine konventionelle Lamellenkupplung besitzt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verteilung von Öl in einer Kupplung durch Einsatz der Fliehkraftwirkung der sich drehenden Bauteile führt zur optimalen Verteilung des Ölflusses, wobei das Öl über Bohrungen einer Kupplungsnabe in Richtung eines Lamellenpaketes der Kupplung strömt, und in Strömungsrichtung das Öl durch eine Ölleiteinrichtung geführt wird, die das Öl auf Lamellenpaare des Lamellenpaketes aufteilt.
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Durch spezielle Ausführungsformen können beliebige Verteilungen längs des Kupplungspaketes eingestellt werden. Zusätzlich besteht die Möglichkeit weitere Bauteile wie z. B. Lager oder Anlaufscheiben bedarfsgerecht mit Kühl- und Schmieröl zu versorgen. Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass maximale Leistungsausbeute durch gleichmäßige thermische Beanspruchung der Reibflächen bei einem gegebenen Ölvolumenstrom erzielt wird. Weitere Vorteile werden durch die Minimierung des erforderlichen Gesamtölvolumenstromes, die Reduktion der Reibflächenanzahl durch höheren zulässigen spezifischen Reibleistungseintrag, die Reduktion des Außendurchmessers der Kupplung durch höheren zulässigen spezifischen Reibleistungseintrag und eine erhöhte Lebensdauer von Reibbelägen und Öl durch Vermeidung von Hot-Spots erreicht.
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Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt eine Reduktion der Pumpenbaugröße oder den gänzlichen Wegfall der Ölpumpe. Somit können, bei gleichzeitig hoher Leistungskapazität der Kupplung, Bauraum, Gewicht und Kosten eingespart werden. Bei pumpenlosen Ausführungen kommen zusätzliche Vorteile wie die Reduktion der Betriebsgeräusche durch den Entfalll von Förderstrom- und Druckpulsationen, sowie der Wegfall von Aerations- bzw. Kavitationserscheinungen, wie sie beispielsweise durch die drehzahlabhängige Förderstrombegrenzung infolge Saugdrosselung hervorgerufen werden, zum tragen.
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Beschreibung der Erfindung
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Die Erfindung wird in den Zeichnungen beispielhaft dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
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1a Kupplung in einer ersten Ausführungsform
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1b Kupplung in einer ersten Ausführungsform, Detailansicht
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1c Einlegeteil (erste Ausführungsform)
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2a Kupplung in einer zweiten Ausführungsform
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2b Einlegeteil (zweite Ausführungsform)
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3 Kupplungsnabe
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4 Einlegeteil mit Kennzeichnung der Kammerbereiche
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5 Qualitativer Verlauf der Ölverteilung im Kupplungspaket (mit Einlegeteil)
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1a, b zeigt eine erste Ausführungsform. Die in den Figuren dargestellte Lamellennasskupplung umfasst eine drehbar gelagerte Kupplungsnabe 2, die bezüglich einer Längsmittelachse 12 rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Die Längsmittelachse 12 entspricht der Drehachse der Kupplungsnabe 2 und wird nachfolgend als Referenzachse für die Begriffe ”axial” und ”radial” verwendet.
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Die Kupplungsnabe 2 weist einen hohlzylindrisch ausgebildeten Schaftabschnitt auf, an dessen Innenseite eine Innenverzahnung vorgesehen ist. Der Schaftabschnitt dient zur Aufnahme einer Welle 8, beispielsweise einer Getriebeeingangswelle, die an ihrer Aussenseite eine mit der Innenverzahnung des Schaftabschnitts in Eingriff bringbare Aussenverzahnung aufweist, um eine verdrehsichere Verbindung von Kupplungsnabe 2 und Welle 8 zu schaffen.
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An seinem in axialer Richtung gesehen vorderen Ende geht der Schaftabschnitt 14 in einen ersten sich in radialer Richtung erstreckenden Wandabschnitt 18 über. An dem in radialer Richtung gesehen äusseren Ende des radialen Wandabschnitts 18 schliesst sich ein zum Schaftabschnitt 14 parallel orientierter hohlzylindrischer Schulterabschnitt 20 an, welcher im Längsschnitt gesehen mit dem radialen Wandabschnitt 18 ein T bildet. An seinem in axialer Richtung gesehen vorderen Ende geht der Schulterabschnitt 20 in einen zweiten sich in radialer Richtung nach aussen erstreckenden Wandabschnitt 22 über.
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An einer Rückseite 24 des zweiten radialen Wandabschnitts 22 ist ein den Schulterabschnitt 20 umgebendes Lamellenpaket 9 angeordnet, welches mehrere, in axialer Richtung gesehen abwechselnd angeordnete Stahllamellen 4 und Reiblamellen 5 umfasst, die bezüglich der Kupplungsnabe 20 in axialer Richtung verschiebbar gelagert sind.
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Die Stahllamellen 4 sind mit einem ebenfalls drehbar gelagerten Kupplungskorb 1 drehfest verbunden, welcher mit einer zweiten Welle, beispielsweise einer Kettenradwelle eines Verteilergetriebes, gekoppelt ist. Die Reiblamellen 5 sind mittels einer Innenverzahnung, welche in eine Aussenverzahnung des Schulterabschnitts 20 eingreift, drehfest mit dem Schulterabschnitt 20 der Kupplungsnabe 2 verbunden.
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Im eingekuppelten Zustand sind die Stahllamellen 4 und Reiblamellen 5 durch Beaufschlagung mit einer in axialer Richtung, in 1 und 2 nach links, wirkenden Kraft reibschlüssig miteinander in Eingriff gebracht, wodurch über den Kupplungskorb 1, die Lamellen 4, 5 und die Kupplungsnabe 2 ein Drehmoment zwischen der zweiten Welle und der ersten Welle (oder umgekehrt) übertragbar ist. Die reibschlüssige Übertragung des Drehmomentes zwischen Kupplungskorb 1 und Kupplungsnabe 2 erfolgt durch Aufbringen einer Axialkraft über Kupplungskolben 7 und Druckplatte 6 auf das Lamellenpaket 9. Die Kraft zum Ineingriffbringen der Lamellen 4, 5 wird beispielsweise von einem elektrischen oder hydraulischen Aktuator erzeugt, wobei ein axiales Aussereingriffbringen der Lamellen 4, 5 von einer Tellerfederanordnung 34 bewirkt oder unterstützt wird.
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In dem Schulterabschnitt 20 ist eine Anzahl von Bohrungen 2b vorgesehen.
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Zur Gewährleistung der Funktion ist eine ausreichende Kühlung- und Schmierung der Reibflächen zwischen den Reiblamellen 5 und Stahllamellen 4 unter allen Betriebsbedingungen sicherzustellen. Daher werden Ölleiteinrichtungen 3 auf der Schulter 20 der Kupplungsnabe 2 aufgebracht. Die Ölleiteinrichtungen 3 werden dabei über den Bohrungen 2b angebracht.
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Die erfindungsgemäße Ölleiteinrichtung 3 ist als Einlegeteil in 1c dargestellt.
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Die Kupplungsnabe 2 ist in 3 in Detail dargestellt. Die Kupplungsnabe 2 weist Aufnahmenuten 2a auf in der Schulter 20 auf, in denen keine Steckverzahnung 2c ausgebildet ist. Die Dicke des Materials der Nabe in diesem Bereich der Schulter wird aber nicht geschwächt. Die Bohrungen 2b sind in diesem Ausführungsbeispiel gleichmäßig über den Umfang der Nabe verteilt und verbinden den Nabeninnenraum mit dem äußeren Umfang der Kupplungsnabe 2.
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Die Ölleiteinrichtung ist in diesem Beispiel als nahezu rechteckiges Bauteil ausgebildet. Im oberen Teil der 1c wird die Ölleiteinrichtung von Unten, das heißt in Richtung der Schulter 20 und der Bohrung 2b gezeigt. Der untere Teil der Zeichnung stellt den Blick auf die Oberfläche vom radial äußeren Teil dar.
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Die Ölleiteinrichtung weist auf einer Seite eine Segmentstern 3a auf, der in diesem Beispiel als sechswandiger Stern symmetrisch um einen Mittelpunkt ausgebildet ist. Die Flügel 33 des Segmentstern 3a weisen eine erste Höhe h1 auf. Sie gehen teilweise in Wandungen 35 oder in den Rand 36 über. Die Wandungen und der Rand weist dabei eine zweite Höhe h2 auf, die deutlich geringer ist als die Höhe h1 der Flügel 33 des Segmentstern 3a. Wandungen 35 und der Rand 36 bilden Verteilerkammern 3b aus. Die Verteilerkammern enthalten jeweils eine zugeordnete Auslassöffnung 3c.
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Die Ölleiteinrichtungen 3 werden in der Kupplungsnabe 2 in den vorgesehenen Aufnahmenuten 2a eingesetzt. Dabei ragt der Segmentstern 3a in die Bohrung 2b bis der Rand 36 an der Schulter 20 der Kupplungsnabe 2 anliegt.
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Durch geeignete Dimensionierung wird der Segmentstern 3a verklemmt und die Ölleiteinrichtung 3 bedarf keiner weiteren Befestigung. Das Öl strömt zufolge der Fliehkraftwirkung über die radial in der Kupplungsnabe angeordnete Zulaufbohrungen 2b und wird im Segmentstern 3a in Teilvolumenströme aufgeteilt und in den jeweiligen Verteilerkammern 3b über definiert angeordnete Auslassöffnungen 3c den Reibflächen des Lamellenpaketes 9 zugeführt. Damit lässt sich eine gewünschte und von der Drehzahl unabhängige Verteilung des Ölvolumenstromes zu den einzelnen Reibflächen realisieren. Als Designparameter für die Festlegung der Aufteilung stehen in erster Linie die Flächenverhältnisse im Segmentstern 3a und für die Feinabstimmung zusätzlich die Öffnungsquerschnitte der Auslassöffnungen 3c zur Verfügung.
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2a zeigt eine weitere Ausführungsform. Die erfindungsgemäße Ölleiteinrichtung 3 ist als Einlegeteil in 2b dargestellt, die Kupplungsnabe ist wieder aus 3 ersichtlich. Die Ölleiteinrichtungen 3 sind in den Aufnahmenuten 2a der Kupplungsnabe 2 eingesetzt und mit Fixiernasen 3d in den Zulaufbohrungen 2b axial fixiert. Das Öl strömt zufolge der Fliehkraftwirkung über radial in der Kupplungsnabe angeordnete Zulaufbohrungen 2b und wird durch Verteilerkammern 3b in Teilvolumenströme aufgeteilt und über definiert angeordnete Auslassöffnungen 3c den Reibflächen zugeführt. Damit lässt eine gewünschte und von der Drehzahl unabhängige Verteilung zu den einzelnen Reibflächen realisieren. Als Designparameter für die Festlegung der Aufteilung stehen die Flächenverhältnisse der Verteilerkammern 3b und die Öffnungsquerschnitte der Auslassöffnungen 3c zur Verfügung.
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4 zeigt schematisch die Zuordnung der Lamellenverzahnung 5a der innenverzahnten Lamellen zu der Ölleiteinrichtung 3. Die Versorgung der Reibflächen in den mit I–VI gekennzeichneten Bereichen erfolgt durch mit dem sternförmigen Zulaufkanal verbundene Verteilerkammern 3b angeordnete Auslassöffnungen 3c.
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5a und 5b zeigen beispielhaft qualitative Verläufe des Ölvolumenstroms in den Bereichen I–VI, wie sie in 4 definiert sind, welche mit der erfindungsgemäßen Ölleiteinrichtung 3 erzielt werden.
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Die geschilderten Formen der Ölleiteinrichtung 3 sind beispielhaft, jede dem Fachmann als äquivalent erscheinende Ausführungsform kann ebenfalls verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplungskorb
- 2
- Kupplungsnabe
- 2a
- Aufnahmenut
- 2b
- Zulaufbohrung
- 2c
- Steckverzahnung
- 3
- Einlegeteil
- 3a
- Segmentstern
- 3b
- Verteilerkammer
- 3c
- Auslassöffnung
- 3d
- Fixiernase
- 4
- Stahllamelle
- 5
- Reiblamelle
- 5a
- Lamellenverzahnung
- 6
- Druckplatte
- 7
- Kupplungskolben
- 8
- Welle
- 9
- Lamellenpaket
- 12
- Drehachse
- 14
- Schaftabschnitt
- 18
- radialen Wandabschnitt
- 20
- Schulterabschnitt
- 22
- Wandabschnitt
- 24
- Rückseite
- 33
- Flügel
- 34
- Tellerfederanordnung
- 35
- Wandung
- 36
- Rand
