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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Nockenwellenversteller zur variablen Ventilsteuerung in einer Brennkraftmaschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher definierten Art.
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Aus
DE 10 2015 222 831 A1 ist eine Verstelleinrichtung einer Brennkraftmaschine mit einer Antriebs- und einer Abtriebswelle und einem mechanischen Anschlag zur Begrenzung des Verstellwinkels zwischen Antriebs- und Verstellwelle bekannt. Der Anschlag wird dabei an einem mit der Antriebswelle drehfest verbindbaren Antriebsteil durch eine Nase gebildet, die in eine Nut einer mit der Abtriebswelle verbindbaren Anschlagscheibe eingreift. Nachteilig wirkt sich bei dieser Ausgestaltung der Umstand aus, dass die Nase am Antriebsteil nur aufwendig herstellbar ist und die Anschlagscheibe einen zusätzlichen Herstellungs- und Montageaufwand erfordert.
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DE 10 2011 004 070 A1 zeigt einen Nockenwellenversteller mit mechanischen Anschlägen zwischen jeweils zwei Wellen, wobei die Anschläge einteilig mit dem An- oder Abtriebsteil ausgebildet sind. Alternativ ist als weiches Anschlagmittel eine Schlingfeder vorgeschlagen. Ebenfalls eine Feder als separates Bauteil an im übrigen einteilig ausgebildeten Anschlägen ist bei einem Nockenwellenversteller in
DE 10 2015 210 707 B3 vorgesehen. Sie mindert den Aufprall bei einer möglichen Endanschlagskollision.
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Aus
DE 10 2008 019 586 A1 ist ein gattungsgemäßer Nockenwellenversteller bekannt. Eine Kollision der Endanschläge ist ungedämpft, so dass bei hochübersetzten Getrieben der Endanschlag überlastet sein kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Nockenwellenversteller der vorgenannten Art hinsichtlich seines Aufbaus und der Herstellung zu vereinfachen und kostengünstig zu gestalten.
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Die Aufgabe wird durch durch einen Nockenwellenversteller mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder des Patentanspruchs 2 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Es wird ein elektrischer Nockenwellenversteller zur variablen Ventilsteuerung in einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Der Nockenwellenversteller weist ein von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine antreibbares Antriebsrad, ein Abtriebshohlrad zur Übertragung eines Verstellmoments auf eine Nockenwelle der Brennkraftmaschine und eine mit dem Antriebsrad drehfest verbundene Axiallagerscheibe zur axialen Abstützung des Abtriebshohlrads auf. An der Axiallagerscheibe ist eine Anschlagkontur vorgesehen, die axial in eine Aussparung zur Begrenzung des Stellbereichs des Nockenwellenverstellers am Abtriebshohlrad eingreift. Durch den axialen Eingriff der Anschlagkontur wird eine einfache Herstellung derselben an der Axiallagerscheibe ermöglicht. Zudem werden durch die Ausbildung der Aussparung am Abtriebshohlrad zusätzliche Bauteile, insbesondere eine Anschlagscheibe vermieden.
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Die Anschlagkontur wird auf einfache Weise durch eine einteilig mit der Axiallagerscheibe ausgeführte Lasche gebildet.
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Die Lasche kann an der Axiallagerscheibe stirnseitig axial vorstehen. Dabei ist es möglich, die Lasche an der Axiallagerscheibe aus einer Axiallagerfläche auszustellen.
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Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die Anschlagkontur zugleich radial mit einem freien Ende am Antriebsrad zur Drehmomentenübertragung bzw. -abstützung angreift. Dadurch können die Lasten für die Anbindung der Axiallagerscheibe an das Antriebsrad reduziert und die Anbindung einfacher dimensioniert werden.
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Vorzugsweise greift die Anschlagkontur mit einem axialen Abschnitt in die Aussparung am Abtriebshohlrad und mit einem radialen Abschnitt mit einem freien Ende in eine Aussparung am Antriebsrad ein.
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Die Aussparung am Abtriebshohlrad ist auf besonders einfache Weise an einem axial stirnseitigen Ende des Abtriebshohlrads ausgeführt und bevorzugt im Bereich einer Axiallagerfläche zur Abstützung an der Axiallagerscheibe angeordnet.
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Die Anschlagkontur ist in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführung einfach herstellbaren Ausgestaltung einteilig mit der Axiallagerscheibe als U-förmig radial umgebogene Lasche ausgeführt.
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Eine besonders einfache Abstützung des Abtriebshohlrads an der Axiallagerscheibe wird erreicht, wenn letztere als Kreisringscheibe ausgeführt ist, wobei am Innendurchmesser der Kreisringscheibe mehrere radial vorstehende Laschen vorgesehen sind, die jeweils eine Axiallagerfläche zur Abstützung des Abtriebshohlrads bilden.
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Zur Aufnahme von Befestigungsschrauben zur Befestigung der Axiallagerscheibe können an dieser mehrere Durchgangsöffnungen vorgesehen sein, wobei jeweils eine Durchgangsöffnung im Bereich einer Innenlasche angeordnet ist und diese zumindest schneidet. Hierdurch können Überschneidungen des Verfahrensbereichs der Anschlagkontur mit dem Klemmbereich der Befestigungsschrauben und kann zusätzlicher axialer und radialer Bauraum vermieden werden.
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Die Axiallagerscheibe kann besonders einfach und kostengünstig aus einem Blech durch Stanzen und Biegen hergestellt werden.
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In einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführung sind die Axiallagerscheibe als Kreisringscheibe und die Anschlagkontur als Lasche einteilig mit der Kreisringscheibe am Innendurchmesser derselben ausgestanzt. Dabei ist die Lasche zumindest einfach bevorzugt rechtwinklig radial umgebogen.
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Die Herstellung kann weiter vereinfacht und die Kosten reduziert werden, wenn die Axiallagerscheibe aus Blech als Kreisringscheibe mit zumindest einer Lasche mit einer Axiallagerfläche einteilig am Innendurchmesser derselben ausgestanzt ist.
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Eine drehfeste Anbindung der Axiallagerscheibe an das Antriebsrad kann in besonders einfacher Weise und besonders kostengünstig durch eine Nietverbindung und/oder einen Pressverband erreicht werden.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers,
- 2 einen Längsschnitt des Nockenwellenverstellers,
- 3 einen Querschnitt des Nockenwellenverstellers,
- 4 eine Einzelansicht einer Axiallagerscheibe des Nockenwellenverstellers,
- 5 einen Längsschnitt der Axiallagerscheibe aus 4,
- 6 eine Einzelansicht eines Abtriebshohlrads des Nockenwellenverstellers.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Der in 1 bis 3 beispielhaft dargestellte erfindungsgemäße elektrische Nockenwellenversteller zur variablen Ventilsteuerung in einer Brennkraftmaschine weist ein von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine antreibbares Antriebsrad 1 und ein Abtriebshohlrad 2 zur Übertragung eines Drehmoments auf eine nicht dargestellte Nockenwelle der Brennkraftmaschine auf. Eine koaxial zum Abtriebshohlrad 2 und dem Antriebsrad 1 sowie mit letzterem verbunden angeordnete Axiallagerscheibe 3 dient zur axialen Abstützung des Abtriebshohlrads 2, das Teil eines nicht weiter dargestellten Getriebes ist. Über das Getriebe ist ein von einem nicht dargestellten elektrischen Stellantrieb erzeugtes Drehmoment über das Abtriebshohlrad 2 zur Verstellung auf die Nockenwelle übertragbar. Das Antriebsrad 1, das Abtriebshohlrad 2 und die Axiallagerscheibe 3 sind koaxial angeordnet, wobei das Abtriebshohlrad 2 antriebsseitig an der Axiallagerscheibe 3 und nockenwellenseitig am Antriebsrad 1 axial abgestützt ist und vom Antriebsrad 1 gehäuseartig radial außen umfasst ist. Dabei ist die Axiallagerscheibe 3 und ein an deren axialer Außenseite angeordneter Deckel über eine axiale Schraubenverbindung mit mehreren über den Umfang verteilt angeordneten Befestigungsschrauben 4 am Antriebsrad 1 befestigt.
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Die Axiallagerscheibe 3 greift mit einer stirnseitig nach axial innen vorstehenden Anschlagkontur 5 in eine korrespondierend gegenüberliegende stirnseitige Aussparung 10 am Abtriebshohlrad 2 in Umfangs- bzw. Verstellrichtung formschlüssig ein, die durch zwei Endanschläge 7, 8 in Umfangs- bzw. Verstellrichtung begrenzt ist. Die Endanschläge 7, 8 dienen zur Begrenzung des Stellbereichs in beiden Verstellrichtungen des Nockenwellenverstellers. Die Anschlagkontur 5 ist als an der Axiallagerscheibe 3 einteilig mit dieser ausgebildete stirnseitig vorstehende Lasche ausgeführt. Sie greift mit einem axialen Abschnitt 16 in die Aussparung 10 am Abtriebshohlrad 2 und zugleich mit einem radialen Abschnitt 17 mit einem nach radial außen weisenden freien Ende 9 in eine korrespondierende Aussparung 6 am Antriebsrad 1 jeweils formschlüssig in Umfangs- bzw. Verstell- oder Drehrichtung ein. Hierbei ist das freie Ende 9 mit geringfügigem Formschlussspiel in der Aussparung 6 angeordnet. Die Anschlagkontur 5 greift jeweils in den Aussparungen 6 in Umfangs- bzw. in Verstellrichtung mit den gegenüberliegenden schmalen Materialstärkeseiten der Lasche an.
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Durch die Formschlussverbindung der Anschlagkontur 5 in der Aussparung 6 am Antriebsrad 1 wird einerseits die Drehmomentenbelastung bei Anschlagskollision auf die Verbindungselemente, hier die Befestigungsschrauben 4 reduziert. Andererseits wird eine elastische Verformung der Anschlagkontur 5 im Rahmen des Formschlussspiels in der Aussparung 6 begrenzt. Durch diese Begrenzung der Verformung wird die erforderliche Genauigkeit der Anschlagposition in den Endlagen an den Endanschlägen 7, 8 in der Aussparung 10 sichergestellt. Durch eine biegeweichere Ausführung der Anschlagkontur 5 ist eine wesentliche Dämpfung der Anschlagskollisionen und somit eine Lastsenkung während der Verformung im Formschlussspiel möglich. Bei ausreichender Lastsenkung bzw.-begrenzung kann die Zahl der Befestigungsschrauben 4 reduziert oder die Deckelschrauben sogar vollständig durch kostengünstigere Verbindungsverfahren (z.B. Nieten oder Pressen) ersetzt werden. Ein weiterer Vorteil des über die erfindungsgemäße Anschlagkontur 5 gebildeten Formschlusses zwischen der Axiallagerscheibe 3 und dem Antriebsrad 1 ist, dass eine Falschmontage der beiden Teile zueinander, insbesondere wenn die sogenannte Timing-Markierung am Antriebsrad 1 falsch zur Anschlagkontur 5 positioniert ist, ausgeschlossen wird (Poka Yoke).
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Die Axiallagerscheibe 3 ist als Kreisringscheibe mit mehreren, hier fünf, über den Umfang verteilt am Innendurchmesser radial vorstehenden Innenlaschen 11 ausgebildet. Diese bilden jeweils an ihrer axial inneren Stirnseite eine Axiallagerfläche 12, an der das Abtriebshohlrad 2 stirnseitig mit einer Axiallagerfläche 18 abgestützt ist. Im Bereich der Innenlaschen 11 ist jeweils eine Durchgangsöffnung 13 vorgesehen, an der eine Befestigungsschraube 4 hindurchgeführt und in korrespondierende Gewindebohrungen am Antriebsrad 1 eingeschraubt ist. Dabei sind die Durchgangsöffnungen 13 in radial äußere Richtung versetzt zu den Innenlaschen 11 diese schneidend angeordnet.
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Das Abtriebshohlrad 2 ist an seinem nockenwellenseitigen Ende mit einem deckelartigen Abschnitt 19 nach radial innen eingezogen, der eine zentrale Durchgangsöffnung 20 zur Aufnahme der Nockenwelle bildet. Am deckelartigen Abschnitt 19 kann das Abtriebshohlrad 2 mit planen axialen Anlageflächen an der Außen- und Innenseite durch einen axialen Klemmverband, vorzugsweise mit einer Zentralschraube, auf einfache Weise mit dem antriebsseitigen Ende der Nockenwelle drehfest verbunden werden. Das Antriebsrad 1 bildet am Innendurchmesser seines nockenwellenseitigen Endes einen Ringabsatz, an dem das Abtriebshohlrad 2 radial außen an seinem nockenwellenseitigen Ende stirnseitig axial abgestützt ist.
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Das Antriebsrad 1 ist als Kettenrad mit einer Verzahnung am Außendurchmesser ausgebildet, an dem es in der Brennkraftmaschine über einen nicht dargestellten Kettentrieb mit der Kurbelwelle antreibbar verbunden ist. Denkbar ist auch, das Antriebsrad 1 als Riemenrad auszuführen, das über einen, insbesondere trockenlaufenden Riementrieb von der Kurbelwelle antreibbar ist. Das Abtriebshohlrad 2 ist radial außen gehäuseartig vom Antriebsrad 1 umfasst, das mit dem Innendurchmesser über ein Gleitlager auf dem Außendurchmesser des Abtriebshohlrads 2 abgestützt ist.
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Auf diese Weise ist ein durch den elektrischen Stellantrieb erzeugtes Drehmoment über das Getriebe mit dem Abtriebshohlrad 2 auf die Nockenwelle zum Verstellen der relativen Phasenlage dieser gegenüber dem Antriebsrad 1 bzw. der Kurbelwelle übertragbar, wodurch die Steuerzeiten eines oder mehrerer Gaswechselventile der Brennkraftmaschine durch den elektrischen Nockenwellenversteller variabel einstellbar sind. Das Getriebe mit dem Abtriebshohlrad 2, das Antriebsrad 1 und die Nockenwelle sind koaxial zu einer Mittelachse 21 des Nockenwellenverstellers angeordnet, die zugleich die Drehachse bildet.
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Nach 4 und 5 bildet die Axiallagerscheibe 3 eine Kreisringscheibe mit einer radialen Kreisringscheibenbreite b. Am Innendurchmesser d sind fünf radial vorstehende Innenlaschen 11 gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet. Die Innenlaschen 11 bilden stirnseitig die Axiallagerflächen 12 zur Abstützung des Abtriebshohlrads 2. Im Bereich jeder Innenlasche 11 ist eine axiale Durchgangsöffnung 13 zur Aufnahme einer Befestigungsschraube 4 vorgesehen. Die Durchgangsöffnungen 13 sind entlang einer als Strich-Punkt-Linie angedeuteten Kreislinie derart nach radial außen versetzt angeordnet, dass sie die Innenlaschen 11 in radial innere Richtung teilweise schneiden. Dadurch kann die Axiallagerscheibe 3 mit einer radialen Kreisringscheibenbreite b ausgeführt werden, die kleiner oder gleich dem Durchmesser der Durchgangsöffnungen 13 ist.
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Da die Anschlagkontur 5 axial vorstehend an der Axiallagerscheibe 3 und radial zwischen dem Innendurchmesser der Axiallagerfläche und dem Außendurchmesser der Axiallagerscheibe 3 ausgebildet ist, wird eine Überscheidung des Verfahrensbereichs der Endanschläge 7, 8 mit den Klemmbereichen der Befestigungsschrauben 4 und dadurch ein zusätzlicher radialer und axialer Bauraum vermieden.
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Die Bereiche der Durchgangsöffnungen 12 sind über Umfangsabschnitte 14 der Kreisringscheibe verbunden, die mit dem Innendurchmesser d ausgeführt sind. Die Anschlagkontur 5 ist in einem in Umfangsrichtung zwischen den Durchgangsöffnungen 13 gelegenen mittleren Bereich eines Umfangsabschnitts 14 angeordnet. Sie ist als vom Innendurchmesser d ausgehende Lasche ausgeführt und unterteilt diesen Umfangsabschnitt 14 in zwei umfängliche Anbindungsabschnitte 15. Durch die radiale Kreisringscheibenbreite b der Anbindungsabschnitte 15 kann die Biegesteifigkeit der Anschlagkontur 5 eingestellt werden. Je geringer die Kreisringscheibenbreite b ist bzw. je schmaler die Anbindungsabschnitte 15 ausgeführt sind, desto biegeweicher ist Anschlagkontur 5 ausgebildet. Dadurch kann die Dämpfung an der Anschlagkontur 5 bei Anschlagkollision mit den Endanschlägen 7, 8 des Abtriebshohlrads 2 erhöht und die Drehmomentbelastung reduziert werden.
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Die gemäß 5 am Innendurchmesser d eines Umfangsabschnitt 14 einteilig mit diesem als Lasche ausgeführte Anschlagkontur 5 ist vom Innendurchmesser d ausgehend mit einem an diesem nach innen vorstehenden, radialen Abschnitt 22 ausgebildet. An diesen schließt sich ein stirnseitig vorstehender axialer Abschnitt 16 an. Ein sich an diesen anschließender radialer Abschnitt 17 weist mit seinem freien Ende 9 nach radial außen. Auf diese Weise bildet die Anschlagkontur 5 ein U-förmiges Längsprofil mit den beiden radialen Abschnitten 17, 22 als parallel umgebogenen U-Schenkeln, die nur entsprechend der erforderlichen Biegeradien geringfügig zueinander beabstandet sind.
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Die Axiallagerscheibe 3 ist einteilig in Blech ausgeführt. Die Anschlagkontur 5 ist einteilig mit einem Umfangsabschnitt 14 am Innendurchmesser d desselben als Lasche in rechteckiger Form ausgestanzt und zweifach rechtwinklig in U-Form umgebogen.
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Auch die Durchgangsöffnungen 13 für die Befestigungsschrauben 4, die Innenlaschen 11 mit den Axiallagerflächen 12 und die Umfangsabschnitte 14 mit umfänglichen Anbindungabschnitten für der Anschlagkontur 5 können einfach gestanzt werden.
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Das Abtriebshohlrad 2 bildet gemäß 6 an einem axialen Ende stirnseitig zur Abstützung an der Axiallagerscheibe 3 eine ringförmige Axiallagerfläche 18, die durch die stirnseitig ausgehende und radial durchgehende Aussparung 6 unterbrochen ist. Zur Begrenzung des Stellbereichs des Nockenwellenverstellers bzw. zur Begrenzung des Phasenwinkels zwischen Nockenwelle und Antriebsrad 1 bzw. Kurbelwelle in Umfangsrichtung ist die Aussparung 6 durch zwei stirnseitig ausgehende axiale Absätze, die die Endanschläge 7, 8 in Umfangsrichtung mit planen Anschlagflächen bilden, begrenzt. Da hier zur Begrenzung des Stellbereichs die Anschlagkontur 5 der Axiallagerscheibe 3 in die Aussparung 6 eingreift, ist diese als axiale stirnseitige Vertiefung entsprechend dem Stellbereich des Nockenwellenverstellers in Umfangsrichtung begrenzt, wodurch der Bearbeitungsaufwand minimiert wird. An ihrem nockenwellenseitigen Ende ist das Abtriebshohlrad 2 mit dem deckelartigen Abschnitt 19 nach radial innen eingezogen und bildet zur Aufnahme der Nockenwelle die zentrale Durchgangsöffnung 20 mit einem axial vorstehenden Ringkragen, insbesondere als Dichtkragen und/oder zur Lageraufnahme.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsrad
- 2
- Abtriebshohlrad
- 3
- Axiallagerscheibe
- 4
- Befestigungsschraube
- 5
- Anschlagkontur
- 6
- Aussparung
- 7
- Endanschlag
- 8
- Endanschlag
- 9
- Ende
- 10
- Aussparung
- 11
- Innenlasche
- 12
- Axiallagerfläche
- 13
- Durchgangsöffnung
- 14
- Umfangsabschnitt
- 15
- Anbindungsabschnitt
- 16
- axialer Abschnitt
- 17
- radialer Abschnitt
- 18
- Axiallagerfläche
- 19
- deckelartiger Abschnitt
- 20
- Durchgangsöffnung
- 21
- Mittelachse
- 22
- nach innen vorstehender, radialer Abschnitt
- d
- Durchmesser
- b
- Kreisringscheibenbreite
