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Die Erfindung betrifft eine Hydraulikeinrichtung mit einer Drehmoment übertragenden Profilverbindung gemäß dem Patentanspruch 1.
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Es ist bekannt, dass Kolben oder kolbenähnliche Bauelemente einer Hydraulikeinrichtung, insbesondere ein Ventilschieber eines hydraulischen Steuerventils, aufgrund von Druckmittelströmungen und den daraus resultierenden Kräften mit einem Drehmoment beaufschlagt werden können. Ein mit einem Drehmoment beaufschlagter Kolben oder Ventilschieber einer Hydraulikeinrichtung kann sich gegenüber eines Gehäuses der Hydraulikeinrichtung oder gegenüber eines gehäusefesten Bauteils verdrehen, was im Betrieb der Hydraulikeinrichtung allerdings unerwünscht ist. Aus diesem Grund sind aus dem Stand der Technik verschiedene Verdrehsicherungen bekannt, die allesamt ein drehmomentbedingtes Verdrehen solch zusammenwirkender Bauelemente einer Hydraulikeinrichtung verhindern beziehungsweise unterbinden sollen.
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Beispielsweise geht aus der
DE 37 37 392 A1 eine Verdrehsicherung hervor, bei der ein Endabschnitt eines längsverschiebbaren Ventilschiebers Längsnuten aufweist. Über die Längsnuten des Ventilschiebers ist ein Kupplungsteil mit zwei in die Längsnuten des Ventilschiebers eingreifenden Nasen geführt. An seinem Außenumfang verfügt das Kupplungsteil über eine Längsnut, die gegenüber den mit dem Ventilschieber in Eingriff stehenden Nasen um 90° versetzt ist. Über einen Zapfen einer Bundschraube, der in die Längsnut des Kupplungsteil eingreift, können das Kupplungsteil selbst sowie der damit verbundene Ventilschieber gegen eine drehmomentbedingte Verdrehung gesichert werden. Obwohl diese Anordnung eine effektive Verdrehsicherung zur Verfügung stellt, erfordert sie ein separat ausgebildetes Kupplungsteil. Darüber hinaus gewährleistet diese Art Verdrehsicherung nur eine Linienberührung, das heißt eine linienförmige Anlage, zwischen dem Ventilschieber und dem Kupplungsteil.
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Eine andere Art von Verdrehsicherung für eine Hydraulikeinrichtung ist aus der
DE 10 2004 048 683 A1 bekannt. Darin ist eine Verdrehsicherung für einen Ventilschieber eines Steuerventils beschrieben, die über ein gehäusefestes Sicherungselement verfügt, das ein Formstück aufweist, das mit einer Abflachung des Ventilschiebers in Berührung kommt. Mittels einer Befestigungsschraube lässt sich das Formstück an einem Gehäuse des Steuerventils befestigen und somit ein Verdrehen des Ventilschiebers unterbinden. Obwohl auch diese Art Verdrehsicherung ein Verdrehen des Ventilschiebers verhindert, kommt es bei einer Verdrehung des Ventilschiebers zunächst zu einer linienförmigen Berührung zwischen einer Umfangskante der Abflachung des Ventilschiebers und einer Wirkfläche des Formstücks. Erst im Laufe der Zeit, nämlich nachdem die Wirkfläche allmählich verschlissen ist, kommt es zu einer flächigen Anlage zwischen dem Ventilschieber und dem Formstück.
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Benachbarter Stand der Technik ist auch aus der
DE 32 03 533 A1 bekannt, sowie aus der
CH 517 260 A ,
Niemann, G.: Maschinenelemente, Band 1, Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York, 1975, 2. Auflage, S 372 und
DIN 32712-1, Welle-Nabe-Verbindung - Polygonprofil P4C - Teil 1: Allgemeines und Geometrie.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Hydraulikeinrichtung mit einer Drehmoment übertragenden Profilverbindung zu schaffen, bei der die Lebensdauer der gegen Verdrehen gesicherten Profilverbindung mit konstruktiv möglichst einfachen Mitteln verlängert wird.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Hydraulikeinrichtung mit einer Drehmoment übertragenden Profilverbindung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Hydraulikeinrichtung weist eine Drehmoment übertragende Profilverbindung auf. Die Profilverbindung hat einen Aufnahmeabschnitt mit einer ein Innenprofil aufweisenden Aufnahmeöffnung und einen in der Aufnahmeöffnung aufnehmbaren, ein Außenprofil aufweisenden Ventilschieber. Der Aufnahmeabschnitt und/oder der Ventilschieber sind axial verschiebbar in der Hydraulikeinrichtung gelagert, wobei zumindest ein Profil als Vielkantprofil ausgebildet ist. Erfindungsgemäß sind der Aufnahmeabschnitt und der Ventilschieber mittels einer ausschließlich flächigen Anlage zwischen den Profilen gegeneinander verdrehgesichert.
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Durch die von Anfang an, das heißt ab der Herstellung der Hydraulikeinrichtung, bestehende, ausschließlich flächige Anlage zwischen dem Innenprofil und dem Außenprofil wird eine besonders verschleißarme Verdrehsicherung für eine solche Profilverbindung geschaffen. Unter der ausschließlich flächigen Anlage zwischen dem Innenprofil und dem Außenprofil ist zu verstehen, dass jeweils wenigstens eine (Teil-)Fläche eines dieser Profile mit einer (Teil-)Fläche des anderen dieser Profile in einer vorzugsweise ausschließlich flächigen, das heißt nicht-linienförmigen oder nichtpunktförmigen, Anlage befinden, das heißt sich flächig berühren. In anderen Worten stehen bei der erfindungsgemäßen Profilverbindung ganze (Teil-)Flächen in sich berührender Weise miteinander in Verbindung, anstatt sich, wie im Stand der Technik, nur an ihren Umfangskanten zu berühren.
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Im Gegensatz zum Stand der Technik, wird diese erfindungsgemäße flächige Anlage durch eine vergleichsweise konstruktiv einfach gestaltete und somit kostengünstig zu fertigende Profilverbindung erreicht.
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Als Besonderheit weist eines der Profile, nämlich entweder das Innenprofil oder das Außenprofil, eine Vielzahl von gekrümmten, vorzugsweise konvex gekrümmten, Kantenflächen auf. Durch eine gekrümmte, das heißt nicht-flache, beispielsweise ballige, Ausgestaltung der Vielzahl von Kantenflächen eines der erfindungsgemäßen Kantenprofile wird auf besonders einfache Weise eine zwangsläufig flächige Anlage der sich gegenseitig zu berührenden Kantenflächen erreicht. Denn im Gegensatz zu zwei sich berührenden flachen Kantenprofilen, wie sie aus dem Stand der Technik beispielsweise von Sechskantverbindungen bekannt sind, berühren sich stets zwei Flächen der Profile, anstatt sich zuerst an den Umfangskanten zu berühren. Auf diese Weise wird eine besonders verschleißarme Profilverbindung erreicht. Dabei kann die Vielzahl von Kantenflächen durch wenigstens drei, vier, fünf oder mehr Kantenflächen gebildet sein.
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Um eine noch zuverlässigere flächige Anlage beziehungsweise Berührung der zweier Kantenflächen der erfindungsgemäße Hydraulikeinrichtung zu gewährleisten, kann das andere Profil, nämlich das Außenprofil oder das Innenprofil, eine Vielzahl von im Wesentlichen ebenen Kantenflächen aufweisen. Durch die Paarung einer gekrümmten, vorzugsweise konvex gekrümmten beziehungsweise balligen, Kantenfläche mit einer im Wesentlichen ebenen Kantenfläche wird auf besonders einfache Weise eine zuverlässig flächige Anlage zwischen den sich berührenden Kantenflächen erreicht. Dabei kann die Vielzahl von Kantenflächen durch wenigstens drei, vier, fünf oder mehr Kantenflächen gebildet sein.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass das Innenprofil der Aufnahmeöffnung des Aufnahmeabschnitts die Vielzahl von konvex gekrümmten Kantenflächen aufweist.
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Für eine besonders einfache Fertigung der erfindungsgemäßen Profilverbindung kann das Außenprofil des Ventilschiebers die Vielzahl von ebenen Kantenflächen aufweisen. Denn fertigungstechnisch ist es einfacher, eine im Wesentlichen ebene Kantenfläche an einem Außenprofil vorzusehen.
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Um eine gleichmäßige flächige Anlage zwischen den Kantenprofilen der Profilverbindung zu erreichen, kann jeweils genau eine konvex gekrümmte Kantenfläche mit genau einer ebenen Kantenfläche in flächiger Anlage sein. In anderen Worten liegen sich im montierten, das heißt zusammengebauten, Zustand der erfindungsgemäßen Hydraulikeinrichtung jeweils zwei unterschiedlich ausgebildete, nämlich je eine gekrümmte und ebene, Kantenflächen gegenüber und sind in Anlage bringbar.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass sich die konvex gekrümmte Kantenfläche des Innenprofils der Aufnahmeöffnung von einer Grundkantenfläche in radialer Richtung ballig nach innen erstreckt. In anderen Worten muss sich die (konvexe) Krümmung der Kantenfläche nicht über die gesamte Kantenlänge oder Kantenbreite erstrecken, sondern die Kantenfläche kann abschnittsweise eine konvex gekrümmte, ballige Anlagefläche ausbilden, die sich in radialer Richtung nach innen, das heißt in Richtung des aufzunehmenden Ventilschiebers, erstreckt. In diesem Fall weist das Innenprofil eine Vielzahl von Grundkantenfläche auf, die jeweils eine ballig ausgeformte Anlagefläche aufweisen.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung weist das Innenprofil genau sechs Kanten und somit genau sechs Kantenflächen auf. Bei dieser Ausführungsform können genau sechs ballig ausgeformte Anlageflächen, das heißt je eine pro Kantenfläche, vorhanden sein.
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Für eine besonders verdrehsichere Variante der Erfindung, kann das Außenprofil genau sechs Kantenflächen aufweisen.
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Besonders vorteilhaft lässt sich die erfindungsgemäße Hydraulikeinrichtung in Form eines hydraulischen Steuerventils nutzen. Beispielsweise kann das Steuerventil eine Art Proportionalventil sein.
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Das Außenprofil kann ein Endabschnitt eines hydraulischen Ventilschiebers beziehungsweise Steuerschiebers sein, der in einer gehäusefesten Aufnahmeöffnung eines Ventilgehäuses oder Gehäusedeckels oder eines an dem Ventilgehäuse befestigten Bauteils aufgenommen sein kann. Beispielsweise kann es aufgrund von Druckmittel-Strömungskräften vorkommen, dass der Ventilschieber des Steuerventils mit einem Drehmoment beaufschlagt wird, das zu einer Verdrehung des Ventilschiebers führt, die es jedoch mittels einer Verdrehsicherung zu verhindern gilt. Durch die erfindungsgemäß zuverlässig flächige Anlage der ineinandergreifenden Profile des Endabschnitts und der Aufnahmeöffnung des Aufnahmeabschnitts kann ein Verdrehen dieser Bauelemente eines hydraulischen Steuerventils wirkungsvoll verhindert werden. Ein auf solch erfindungsgemäße Weise ausgebildetes Steuerventil zeichnet sich durch eine besonders hohe Lebensdauer aus, die durch den geringen Verschleiß der flächig anliegenden Profile erzielt wird.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hydraulikeinrichtung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 einen Längsschnitt durch einen Teil einer erfindungsgemäßen Hydraulikeinrichtung in Form eines hydraulischen Steuerventils mit einer Profilverbindung,
- 2 eine vergrößerte Ansicht einer Profilverbindung der erfindungsgemäßen Hydraulikeinrichtung in einem Längsschnitt und
- 3 eine Schnittansicht der Profilverbindung der erfindungsgemäßen Hydraulikeinrichtung entlang der Schnittlinie III-III in 2.
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Gleiche oder ähnliche Elemente sind in den Figuren durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Hydraulikeinrichtung 1 in einem Längsschnitt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Hydraulikeinrichtung 1 ein hydraulisches Steuerventil in Form eines stetig verstellbaren Wegeventils. Ein ähnlich funktionierendes Steuerventil ist beispielsweise in der
DE 37 37 392 A1 beschrieben.
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In 1 ist auf der rechten Seite zu erkennen, dass die Hydraulikeinrichtung 1 ein Ventilgehäuse 2 aufweist, in das eine Ventilbohrung 4 eingebracht ist. In der Ventilbohrung 4 ist ein Ventilschieber 6 axialverschiebbar geführt, mit dem sich fluidische Verbindungen mehrerer, hier nicht dargestellter Druckmittelanschlüsse steuern lassen. An das Ventilgehäuse 2 schließt sich stirnseitig ein an dieses angeflanschter Gehäusedeckel 8 an, der in seinem Inneren einen Druckraum 10 ausbildet. In dem Druckraum 10 ist eine Feder 12 aufgenommen, die so angeordnet ist, dass sie in axialer Richtung wirkt. Ein als Welle beziehungsweise Wellenabschnitt ausgebildeter Endabschnitt 13 des Ventilschiebers 6 ragt von dem Ventilgehäuse 2 in den Druckraum 10 des Gehäusedeckels 8 hinein. Der Endabschnitt 13 weist einen Federteller 14 auf, an dem sich die Feder 12 abstützt, um den Ventilschieber 6 gemeinsam mit einer nicht dargestellten, auf der gegenüberliegenden Stirnseite des Ventilgehäuses 2 angeordneten Feder in einer Mittelstellung gegenüber des Ventilgehäuses 2 zu halten.
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Auf der in 1 linken Seite des Ventilgehäuses 2 ist eine Hubbegrenzung 16 für den Ventilschieber 6 angeordnet, die es mittels einer Verschlussmutter 17 und einer sich am Gehäusedeckel 8 abstützenden Konterverbindung 18 ermöglicht, den in Axialrichtung maximal zulässigen Hub des Ventilschiebers 6 einzustellen und festzulegen, beziehungsweise diesen an eine Steueraufgabe der Hydraulikeinrichtung 1 anzupassen. Die Hubbegrenzung 16 weist einen sich in Axialrichtung durch den Gehäusedeckel 8 zylinderförmig hindurch erstreckenden, ein Gewinde aufweisenden Steg 20 auf, der innerhalb des Druckraums 10 in ein gegenüber dem Steg 20 radial erweiterten, zylinderförmigen Aufnahmeabschnitt 22 übergeht. Der Aufnahmeabschnitt 22 ist von der Feder 12 umschlossen und weist eine Aufnahmeöffnung 24 auf, deren Durchmesser an den Außendurchmesser des Endabschnitts 12 des Ventilschiebers 6 angepasst ist, so dass dieser drehfest in der Aufnahmeöffnung 24 aufgenommen werden kann.
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Die gehäusefeste beziehungsweise drehfest an dem Gehäusedeckel 8 angeordnete Aufnahmeöffnung 24 und der in dieser aufgenommene Endabschnitt 13 des Ventilschiebers 6 bilden durch ihr Zusammenwirken gemeinsam eine Verdrehsicherung 26 für den Ventilschieber 6. Auf diese Weise kann einem aufgrund von Druckmittel-Strömungskräften am Ventilschieber 6 entstehenden Drehmoment entgegengewirkt werden, und so eine Verdrehung des Ventilschiebers 6 innerhalb des Ventilgehäuses 2 verhindert werden.
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Anhand von 2, die einen Ausschnitt der durch die Profilverbindung 28, 32 gebildeten Verdrehsicherung 26, das heißt den Aufnahmeabschnitt 22 mit seiner Aufnahmeöffnung 24 und dem darin aufgenommenen Endabschnitt 13 des Ventilschiebers 6 in einem Längsschnitt zeigt, sollen nun der Aufbau und die Funktionsweise der Verdrehsicherung 26 näher erläutert werden.
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In 2 ist zu erkennen, dass der Endabschnitt 13 des Ventilschiebers 6 teilweise in der gehäusefesten Aufnahmeöffnung 24 aufgenommen ist. Der Endabschnitt 13 weist ein Außenvielkantprofil 28 auf, das vorzugsweise über sechs Kantenflächen 30 verfügt. Die den Endabschnitt 13 aufnehmende Aufnahmeöffnung 24 weist ein mit dem Außenvielkantprofil 28 des Endabschnitts 12 zusammenwirkendes Innenvielkantprofil 32 mit ebenfalls vorzugsweise sechs Kantenflächen 34 auf. Dabei sind der Innendurchmesser des Innenvielkantprofils 32 der Aufnahmeöffnung 24 und der Außendurchmesser des Außenvielkantprofils 28 des Endabschnitt 13 so aufeinander abgestimmt, dass es zwischen je einer der Kantenflächen 30, 34 zu einer flächigen Anlage kommen kann. Nichtsdestotrotz sind die jeweiligen Durchmesser der Kantenprofile 28, 32 so aufeinander abgestimmt, dass der Endabschnitt 13 des Ventilschiebers 6 in die gehäusefeste Aufnahmeöffnung 24 in Axialrichtung eingeschoben und gegebenenfalls auch darin axial verschoben werden kann.
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In 3, die eine Schnittansicht der Profilverbindung 28, 32 der erfindungsgemäßen Hydraulikeinrichtung 1 entlang der Schnittlinie III-III in 2 zeigt, ist zu erkennen, dass die Kantenflächen 30 des Außenprofils 28 im Wesentlichen eben ausgebildet sind. Das heißt, dass das Außenvielkantprofil 28 ähnlich einem Sechskant-Schraubenkopf ausgebildet ist.
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Weiter ist in 3 zu erkennen, dass die jeweils den Kantenflächen 30 des Außenprofils 28 zugeordneten Kantenflächen 34 des Innenprofils 32 uneben, in Form einer konvex gekrümmten (Teil-)Fläche 36, die sich von einer Grundkantenfläche 38 radial nach innen erstreckt, ausgebildet sind. Dabei sind jeweils eine Grundkantenfläche 38 des Innenprofils 32 und eine Kantenfläche 30 des Außenprofils 28 etwa parallel zueinander angeordnet. Weiter ist jeweils eine konvex gekrümmte (Teil-)fläche 36 des Innenprofils 32 in einer flächigen Anlage mit einer zugeordneten Kantenfläche 30 des Außenprofils 28. Das heißt, dass Kanten 40 beziehungsweise 42 des Außenprofils 28 und des Innenprofils 32 keinen Kontakt zueinander haben und sich in keiner Lage berühren. Auf diese Weise wird eine Verdrehsicherung 26 in Form einer Profilverbindung 28, 32 geschaffen, bei der es zu einer ausschließlich flächigen Anlage der zwei Profile 28, 32 kommt. Selbst bei eventuell auftretendem Verschleiß der Kantenflächen 30 oder 36 wird so eine dauerhafte, ausschließlich fläche Anlage dieser Kantenflächen erreicht.
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Ausgehend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Erfindung in vielerlei Hinsicht abgewandelt werden. Beispielsweise ist es denkbar, dass das Außenprofil 28 und/oder das Innenprofil 32 über weniger oder mehr als genau sechs Kantenflächen 30, 34 verfügen. Es ist beispielsweise möglich, dass drei, vier, fünf, sieben oder mehr Kantenflächen 30, 34 vorhanden sind. Zudem kann die Aufnahmeöffnung 24 auch in einem einstückig mit dem Ventilgehäuse 2 oder dem Gehäusedeckel 8 ausgebildeten Teil derselben ausgebildet sein.
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Offenbart ist eine Hydraulikeinrichtung mit einer Drehmoment übertragenden Profilverbindung. Die Profilverbindung hat einen Aufnahmeabschnitt mit einer ein Innenprofil aufweisenden Aufnahmeöffnung und einen in der Aufnahmeöffnung aufnehmbaren, ein Außenprofil aufweisenden Ventilschieber. Der Aufnahmeabschnitt und/oder der Ventilschieber sind axial verschiebbar in der Hydraulikeinrichtung gelagert, wobei zumindest ein Profil als Vielkantprofil ausgebildet ist. Erfindungsgemäß sind der Aufnahmeabschnitt und der Ventilschieber mittels einer ausschließlich flächigen Anlage zwischen den Profilen gegeneinander verdrehgesichert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hydraulikeinrichtung
- 2
- Ventilgehäuse
- 4
- Ventilbohrung
- 6
- Ventilschieber beziehungsweise Steuerschieber
- 8
- Gehäusedeckel
- 10
- Druckraum
- 12
- Feder
- 13
- Endabschnitt
- 14
- Federteller
- 16
- Hubbegrenzung
- 17
- Verschlussmutter
- 18
- Konterverbindung
- 20
- Steg
- 22
- Aufnahmeabschnitt
- 24
- Aufnahmeöffnung
- 26
- Verdrehsicherung
- 28
- Außenvielkantprofil
- 30
- Kantenflächen
- 32
- Innenvielkantprofil
- 34
- Kantenflächen
- 36
- konvex gekrümmte (Teil-)Fläche
- 38
- Grundkantenfläche
- 40, 42
- Kanten
