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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf einen ringförmigen Isolationskörper mit einer Vielzahl von in Ringachsenrichtung verlaufenden Nuten in seinem Innenumfang und/oder Außenumfang, wobei die Nuten zur Aufnahme von in Umfangsrichtung durch den Isolationskörper gegeneinander zu isolierenden elektrischen Leitern vorgesehen und ausgebildet sind. Dabei können die elektrischen Leiter Teile einer zusammenhängenden Wicklung sein.
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Ein solcher Isolationskörper kann Teil einer elektrischen Maschine sein, bei der die in die Nuten eingebrachten elektrischen Leiter eine Stator- oder Rotorwicklung ganz oder teilweise ausbilden.
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STAND DER TECHNIK
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Zur wechselseitigen Isolierung von einzelnen Windungen einer Wicklung einer elektrischen Maschine oder eines Transformators ist es bekannt, die elektrischen Leiter vollständig mit einem Isolationslack zu überziehen. Ein solcher Isolationslack weist aber grundsätzlich nur eine begrenzte elektrische Durchschlagfestigkeit auf, und es besteht die Gefahr, dass ein auf den Draht aufgebrachter Isolationslack beim Ausbilden der jeweiligen Wicklung beschädigt wird und damit seine Durchschlagfestigkeit ganz oder zumindest teilweise einbüßt.
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Weiterhin ist es bekannt, einzelne Windungen oder Lagen von Windungen einer Wicklung einer elektrischen Maschine oder eines Transformators durch eine Zwischenlage aus speziellem Papier oder Kunststoff gegeneinander elektrisch zu isolieren. Mit dem Anordnen des Papiers oder Kunststoffs zwischen den einzelnen Windungen oder Lagen von Windungen ist erheblicher Zusatzaufwand verbunden.
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Weiterhin ist es bekannt, die Isolationseigenschaften eines Wicklungsträgers aus Kunststoff auszunutzen, um einzelne Windungen oder Lagen von Windungen einer Wicklung einer elektrischen Maschine oder eines Transformators gegeneinander zu isolieren. Ein solcher Wicklungsträger kann grundsätzlich sehr präzise durch Formspritzen aus Kunststoff in einem Formwerkzeug ausgebildet werden. Bei Auswahl eines geeigneten Kunststoffs kann so eine sehr hohe Durchschlagfestigkeit realisiert werden.
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Wenn jedoch eine Vielzahl von einzelnen elektrischen Leitern oder Windungen gegeneinander zu isolieren sind, und dies über längere Strecken, wäre hierzu ein Formkörper aus Kunststoff erforderlich, der durch Formspritzen in einem Formwerkzeug nicht sinnvoll herstellbar ist, weil es zumindest zu erheblichen Schwierigkeiten beim Entformen des Formkörpers aus dem Formwerkzeug käme.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen ringförmigen Isolationskörper mit einer Vielzahl von in Ringachsenrichtung verlaufenden Nuten in einem Innenumfang und/oder Außenumfang, wobei die Nuten zur Aufnahme von in Umfangsrichtung durch den Isolationskörper gegeneinander zu isolierenden elektrischen Leitern ausgebildet sind, aufzuzeigen, der kostengünstig mit hoher Präzision im Sinne einer Formtreue herstellbar ist.
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LÖSUNG
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen ringförmigen Isolationskörper mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche 2 bis 8 sind auf bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Isolationskörpers gerichtet. Der Patentanspruch 9 betrifft eine Anordnung mit einem erfindungsgemäßen Isolationskörper, und der Patentanspruch 10 eine elektrische Maschine mit dem erfindungsgemäßen Isolationskörper oder einer erfindungsgemäßen Anordnung.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bei einem ringförmigen Isolationskörper mit einer Vielzahl von in Ringachsenrichtung verlaufenden Nuten in seinem Innenumfang und/oder Außenumfang, wobei die Nuten zur Aufnahme von in Umfangsrichtung durch den Isolationskörper gegeneinander zu isolierenden elektrischen Leitern ausgebildet sind, umfasst der Isolationskörper eine Mehrzahl von ringförmigen Teilkörpern, wobei die Teilkörper jeweils einen Abschnitt jeder der Nuten umfassen und in der Umfangsrichtung zwischen den Nuten in der Ringachsenrichtung spaltfrei aneinander angesetzt sind.
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Indem bei dem erfindungsgemäßen Isolationskörper die Nuten ihrer Länge nach auf mehrere Teilkörper aufgeteilt sind, sind diese Teilkörper dramatisch einfacher durch Formspritzen aus Kunststoff in einem Formwerkzeug ausbildbar als der ringförmige Isolationskörper als Ganzes. Dabei ist auch die in Bezug auf den gesamten Isolationskörper erreichbare Präzision trotz der sich aufaddierenden Toleranzen der Teilkörper noch hoch. Darüber hinaus ist es überraschenderweise für die Isolationswirkung des Isolationskörpers in der Umfangsrichtung zwischen seinen Nuten nicht schädlich, dass der Isolationskörper aus mehreren Teilkörpern ausgebildet ist, solange dafür Sorge getragen wird, dass die Teilkörper in der Ringachsenrichtung derart spaltfrei aneinander angesetzt sind, dass sich in der Umfangsrichtung keine Entladungsstrecken zwischen den Teilkörpern hindurch ausbilden können. Für die Vermeidung derartiger Spalte können verschiedene Maßnahmen ergriffen werden, wie sie im Folgenden näher erläutert werden.
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Zuvor sei jedoch zu der Vielzahl der in Ringachsenrichtung verlaufenden Nuten des erfindungsgemäßen ringförmigen Isolationskörpers angemerkt, dass die Nuten nicht exakt in Ringachsenrichtung verlaufen müssen, sondern es die Ausbildung des Isolationskörpers aus mehreren Teilkörpern beispielsweise auch erlaubt, die Nuten zwar parallel zueinander, aber mit einer endlichen Steigung um die Ringachse, d. h. unter einem Winkel zu einer Parallelen zu der Ringachse auszurichten. Weiterhin können die Nuten an ihrem Grund in radialer Richtung zu der Ringachsenrichtung zwar geschlossen sein. Dies ist jedoch nicht zwingend.
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Um Spalte zwischen den Teilkörpern zu vermeiden, kann zwischen je zwei harten Teilkörpern, die aus formsteifem Kunststoff ausgebildet sind, ein weicher Teilkörper angeordnet sein, der aus einem verformbaren Kunststoff ausgebildet ist und beim Aneinandersetzen der Teilkörper auch tatsächlich verformt wird, bis die gewünschte Spaltfreiheit erreicht ist. Dabei kann der verformbare Kunststoff plastisch und/oder elastisch verformt werden. Alternativ können zumindest mehrere Teilkörper einen Hauptkörper aus formsteifem Kunststoff und einen Kontaktbereich auf mindestens einer Seite des Hauptkörpers aus einem verformbaren Kunststoff aufweisen. Dabei hat dieser Kontaktbereich aus dem verformbaren Kunststoff dieselbe Funktion wie ein zwischen zwei harten Teilkörpern angeordneter zusätzlicher weicher Teilkörper bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Isolationskörpers.
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Weiterhin können die Teilkörper einander auf beiden Seiten jeder Nut in der Ringachsenrichtung teilweise, d. h. zu einem Teil ihrer Erstreckung in der Ringachsenrichtung, aber jeweils vorzugsweise über die vollständige radiale Ausdehnung des ringförmigen Isolationskörpers, überlappen. Hierdurch wird auch der Weg verlängert, der zwischen den Teilkörpern hindurch zwischen zwei benachbarten Nuten mindestens zurückzulegen ist. Damit wird die Durchschlagfestigkeit des Isolationskörpers auch für den Fall erhöht, dass ungewollt doch ein Spalt zwischen den Teilkörpern verbleibt.
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Konkret können die Teilkörper, um ihre teilweise Überlappung zu realisieren, im Bereich ihrer wechselseitigen Anlage mit ineinandergreifenden Nut- und Feder- und/oder Stufenprofilen versehen sein.
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Gemäß noch einem weiteren Konzept zur Spaltvermeidung können die Teilkörper miteinander verklebt und/oder verschweißt sein. Weiterhin können sie aneinander angesetzten Teilkörper zumindest im Bereich der Nuten mit einem Isolierlack überzogen sein. Grundsätzlich kann auch dasselbe Material als Klebstoff zwischen den Teilkörpern und als Isolierlack auf die Teilkörper aufgebracht werden.
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Ein erfindungsgemäßer Isolationskörper kann mit mehreren Gitterelementen zu einer Anordnung kombiniert werden, wobei die Gitterelemente parallel zueinander verlaufende Gitterstreben zum Einbringen in die Nuten des Isolierkörpers aufweisen, so dass jede Nut der Anordnung durch eine Gitterstrebe verschlossen ist. Es versteht sich, dass die Gitterstreben der Gitterelemente erst nach dem Einbringen des jeweiligen Leiters in die jeweilige Nut ebenfalls in die Nut eingebracht werden und dann auch den Leiter in der jeweiligen Nut halten.
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Bei einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine mit einem Stator und/oder Rotor, der einen erfindungsgemäßen Isolationskörper oder eine erfindungsgemäße Anordnung aufweist, verläuft eine elektrische Wicklung des Stators und/oder Rotors durch die Nuten des Isolationskörpers hindurch, und der Isolationskörper isoliert die einzelnen Leiter oder Windungen der Wicklung in den einzelnen Nuten gegeneinander. Der erfindungsgemäße Isolationskörper bzw. die erfindungsgemäße Anordnung kann in dem jeweiligen Stator und/oder Rotor mit einer isolierenden Masse lückenlos vergossen sein, um die elektrische Isolierung und Fixierung seiner Wicklung zu komplettieren.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
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Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs „mindestens“ bedarf. Wenn also beispielsweise von einer Stufe die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau eine Stufe, zwei Stufen oder mehr Stufen vorhanden sind. Die in den Patentansprüchen angeführten Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, die das jeweilige Erzeugnis aufweist.
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Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.
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Figurenliste
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
- 1 ist eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen ringförmigen Isolationskörpers.
- 2 ist eine Draufsicht auf den Isolationskörper gemäß 1 in Ringachsenrichtung.
- 3 ist eine Seitenansicht des Isolationskörpers gemäß 1 und 2 mit Blickrichtung auf seine Ringachse.
- 4 ist ein vergrößertes Detail der Ansicht gemäß 3.
- 5 ist eine 2 entsprechende Draufsicht auf einen mittleren Teilkörper des Isolationskörpers gemäß den 1 bis 4.
- 6 ist eine 3 entsprechende Seitenansicht des Teilkörpers gemäß 5.
- 7 ist eine 3 und 6 entsprechende Seitenansicht eines oberen Teilkörpers des Isolationskörpers gemäß den 1 bis 4.
- 8 ist eine den 3, 6 und 7 entsprechende Seitenansicht eines unteren Teilkörpers des Isolationskörpers gemäß den 1 bis 4.
- 9 ist eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Isolationskörpers.
- 10 ist eine Seitenansicht des Isolationskörpers gemäß 9 mit Blickrichtung auf seine Ringachse.
- 11 ist ein vergrößertes Detail der Seitenansicht gemäß 10.
- 12 ist eine Draufsicht auf einen mittleren Teilkörper des Isolationskörpers gemäß den 9 bis 11.
- 13 ist eine 10 entsprechende Seitenansicht des mittleren Teilkörpers gemäß 12; und
- 14 ist eine 10 entsprechende Seitenansicht eines als unterer oder oberer Teilkörper verwendbaren Teilkörpers des Isolationskörpers gemäß den 9 bis 11.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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Der in den 1 bis 4 dargestellte Isolationskörper 1 erstreckt sich ringförmig um eine Ringachse 2. In einem Innenumfang 3 des Isolationskörpers 1 ist eine Vielzahl von Nuten 4 vorgesehen. Die Nuten 4 verlaufen jeweils normal zum Innenumfang 3 und parallel zueinander sowie hier auch parallel zu der Ringachse 2. Dabei erstrecken sich die Nuten 4 über ein Vielfaches ihrer Breite längs der Ringachse 2 durch den Isolationskörper 1, und auch ihre Tiefe beträgt ein Vielfaches ihrer Breite. Die Nuten 4 sind zur Aufnahme von hier nicht dargestellten elektrischen Leitern vorgesehen, wobei die in den verschiedenen Nuten 4 angeordneten elektrischen Leiter durch den Isolationskörper 1 elektrisch gegeneinander isoliert werden.
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Um den Formkörper 1 trotz der langen und tiefen Nuten 4 durch Formspritzen aus Kunststoff in Formwerkzeugen auszubilden, ist der Isolationskörper 1 längs der Ringachse 2 in Teilkörper 5 bis 7 unterteilt; dabei umfasst jeder der Teilkörper 5 bis 7 einen Teil jeder der Nuten 4. Die einzelnen Teilkörper 5 bis 7 liegen in Umfangsrichtung zwischen den Nuten längs der Nuten 4 spaltfrei aneinander an, so dass die Isolierung der elektrischen Leiter in den einzelnen Nuten 4 zwischen den Teilkörpern 5 bis 7 nicht unterbrochen ist. Zudem überlappen die einzelnen Teilkörper miteinander in der Ringachsenrichtung. Konkret sind die Teilkörper 5 und 6 dazu mit Nutprofilen 8 und die Teilkörper 6 und 7 dazu mit Federprofilen 9 versehen, wie aus dem vergrößerten Detail gemäß 4 hervorgeht.
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Die 5 und 6 zeigen einen der mittleren Teilkörper 6. Hieraus wird deutlich, dass zwischen jeweils zwei Nuten 4 an der Oberseite des Teilkörpers 6 eine Feder 10 des Federprofils 9 und an der Unterseite eine Nut 11 des Nutprofils 8 über die gesamte Ringbreite des Teilkörpers 6 verläuft.
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Entsprechend weist der obere Teilkörper 5 gemäß 7 eine glatte Oberseite und Nuten 11 des Nutprofils 8 an seiner Unterseite und der Teilkörper 7 gemäß 8 eine glatte Unterseite und Federn 10 des Federprofils 9 an seiner Oberseite auf.
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Der Isolationskörper 1 gemäß den 1 bis 4 weist hier insgesamt drei mittlere Teilkörper 6 zusätzlich zu jeweils einem oberen Teilkörper 5 und einem unteren Teilkörper 7 auf. Die Anzahl der mittleren Teilkörper 6 kann aber auch größer oder kleiner sein. Hierdurch wird die Ausdehnung des Isolationskörpers 1 längs seiner Ringachse 2 variiert.
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Die ineinander greifenden Nutprofile 8 und Federprofile 9 der Teilkörper 5 bis 7 können so ausgebildet sein, dass sich die Teilkörper 5 bis 7 beim Zusammenfügen im Bereich der Nuten 11 und Federn 10 leicht deformieren, d. h. plastisch und/oder elastisch aneinander anformen, um die gewünschte Spaltfreiheit zwischen den einzelnen Teilkörpern 5 bis 7 sicherzustellen. Diese Spaltfreiheit ist wichtig, um eine hohe Durchschlagfestigkeit des Isolationskörpers 1 zwischen seinen einzelnen Nuten 4 zu erreichen. Zu dieser Durchschlagfestigkeit trägt aber auch die komplementäre Profilierung der Teilkörper 5 und 7 bei, durch die auch verbleibende Luftstrecken zwischen den Teilkörpern 5 und 7 von Nut 4 zu Nut 4 verlängert werden.
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Der in den 9 bis 11 gezeigte Isolationskörper 1 besteht ebenfalls aus mehreren Teilkörpern 5 bis 7. Auch diese Teilkörper 5 bis 7 überlappen einander teilweise in Richtung der Ringachse 2. Dabei sind aber die einander gegenüberliegenden Ober- und Unterseiten oder Stirnflächen der Teilkörper 5 und 7 in gleicher Weise durch Stufen 12 profiliert, die längs der Nuten 4 über die gesamte radiale Ausdehnung des Isolationskörpers 1 aneinander anliegen, aber Freiräume 13 zwischen den Teilkörpern 5 bis 7 am Außenumfang 14 zurücklassen. An diesen Stellen ist der Isolationskörper 1 gemäß den 1 bis 4 in radialer Richtung geschlossen. Die Freiräume 13 können nach dem Einbringen der elektrischer Leiter in die Nuten 4 mit einer Isoliermasse ausgegossen werden. Über die Freiräume 13 hinweg sind die Nuten 4 aber auch durch längere Luftwege elektrisch gegeneinander isoliert.
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Bei dem Isolationskörper 1 gemäß den 9 bis 11 kommen nur zwei unterschiedliche Formkörper aus Kunststoff gemäß den 12 bis 14 zum Einsatz, so dass auch nur zwei unterschiedliche Formwerkzeuge benötigt werden, weil derselbe Formkörper für den oberen Teilkörper 5 und den unteren Teilkörper 7 verwendet werden kann. Er muss dazu nur umgedreht werden.
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Die hier zum Innenumfang 3 hin offenen Nuten 4 können an dem Innenumfang 3 jeweils durch eine eingebrachte Gitterstrebe eines mehrere parallele Gitterstreben umfassenden Gitterelements verschlossen werden, um die in die Nuten 4 eingebrachten elektrischen Leiter mechanisch zu fixieren. Darüber hinaus können die Nuten 4 nicht nur in den Innenumfang 3, sondern alternativ oder zusätzlich auch in den Außenumfang 14 eingebracht sein. Die Nuten können auch geneigt zu den Endflächen des ringförmigen Isolationskörpers 1 ausgerichtet sein. Weiterhin können neben den grundsätzlich formsteifen Teilkörpern 5 bis 7 auch zusätzliche, dazwischen nach Art einer Dichtung angeordnete weiche Formkörper vorhanden sein. Es versteht sich, dass der Kunststoff, aus dem die Teilkörper 5 bis 7 formgespritzt sind, nicht elektrisch leitfähig ist und auch keine relevante elektrische Leitfähigkeit längs seiner Oberflächen aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Isolationskörper
- 2
- Ringachse
- 3
- Innenumfang
- 4
- Nut
- 5
- Teilkörper
- 6
- mittlerer Teilkörper
- 7
- Teilkörper
- 8
- Nutprofil
- 9
- Federprofil
- 10
- Feder
- 11
- Nut
- 12
- Stufe
- 13
- Freiraum
- 14
- Außenumfang
