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Die Erfindung betrifft eine Lamellenbremse für ein Kraftfahrzeug mit einer drehbaren Antriebswelle und einer gegenüber der Antriebswelle feststehenden Führungseinrichtung, mit einem Lamellenpaket, mit abwechselnd angeordneten axial beweglichen Belagscheiben und Zwischenscheiben, wobei die Belagscheiben drehfest mit der Antriebswelle oder der Führungseinrichtung und die Zwischenscheiben drehfest mit dem jeweils anderen Bauteil der Führungseinrichtung oder der Antriebswelle verbunden sind, mit einer Rampeneinheit zum Verspannen des Lamellenpakets und mit einem Aktor zum Antrieb der Rampeneinheit.
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Eine besonders leistungsfähige nasslaufende Lamellenbremse für ein schweres Kettenfahrzeug ist beispielhaft aus dem Bremsenhandbuch, ISBN-13 978-3-8348-0064-0, Kapitel 13.3.2, Seite 237 bekannt. Die Lamellenbremse zeichnet sich durch ihre außerordentliche Leistung bei höchster thermischer Belastbarkeit, einen sehr hohen Bremsenkennwert C*, einen konstanten Belagreibwert sowie eine vollgekapselte Bauweise aus. Das Lamellenpaket ist in einem Ölbad angeordnet, mit der Folge, dass beim Bremsen entstehende Wärme einfach abgeführt werden kann und zudem kein Bremsabrieb in die Umgebung gelangt. Zudem lässt sich eine solche Lamellenbremse einfach in einem Antriebsstrang integrieren und durch die Größe und Anzahl der Belagscheiben und Zwischenscheiben einfach skalieren. Bei diesen bekannten Lamellenbremsen wird der Aktor von einer Hydraulikversorgung des Kraftfahrzeuges angesteuert. In Verbindung mit Personenkraftfahrzeugen, d.h. bei einem Einsatz der Lamellenbremse in einem Personenkraftwagen besteht jedoch das Bedürfnis die Bremsleistung besonders genau dosieren zu können.
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Die
DE 102012216662 A1 beschreibt eine besonders kompakt aufgebaute Axialkrafterzeugungseinrichtung zum Betätigen einer Drehmomentübertragungseinrichtung in einem Fahrzeuggetriebe, umfassend eine Kugel-Rampenanordnung mit relativ zueinander verdrehbar angeordneten Elementen und mit Rampenscheiben die im Sinne eines sog. „Plusgetriebe“ miteinander getrieblich gekoppelt sind, und wobei zwecks Schließkrafterzeugung, d.h. Ansteuerung ein Aktor in Ausgestaltung als getrieblich eingekoppelter elektrischer Stellmotor mit einer Motorbremse zwecks Fixierung sowie mit Sensorik derart einbezogen ist, dass die Drehstellung des Aktor-Stellmotors elektrisch überwacht bzw. gesteuert oder geregelt werden kann.
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Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Lamellenbremse der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, dass sie besonders einfach ansteuerbar und die Bremsleistung einfach dosierbar ist.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Aktor einen Spindelantrieb und die Rampeneinheit einen von dem Spindelantrieb auslenkbaren Hebel hat.
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Durch diese Gestaltung lässt sich der Hebel durch den Spindelantrieb besonders genau auslenken. Da die Stellung des Hebels für die Vorspannung des Lamellenpakets und damit die Bremsleistung maßgeblich ist, lässt sich die Lamellenbremse hierdurch besonders genau dosieren. Ein Spindelantrieb gestaltet sich zudem besonders kompakt und ist einfach aufgebaut. Hierdurch ist die Lamellenbremse auch für den Einsatz in Personenkraftwagen geeignet. Weiterhin lassen sich Spindelantriebe regelmäßig in beide Richtungen antreiben. Der Antrieb in beide Richtungen ermöglicht ein aktives Lösen der Lamellenbremse oder eine konstante Bremsleistung bei einer Rückwärtsfahrt oder einer Vorwärtsfahrt.
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Die Spindel könnte beispielsweise über eine Seilwinde mit dem Hebel verbunden sein. Die für die Ansteuerung der Rampeneinheit erforderliche Getriebekette lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders gering halten, wenn der Spindelantrieb eine von einem Elektromotor angetriebene Spindelmutter und eine mit dem Hebel der Rampeneinheit verbundene Spindel hat. Hierbei kann die Spindel zur Vorspannung des Lamellenpakets gezogen oder gedrückt werden. Zudem kann die Lamellenbremse über den Aktor aktiv gelöst werden. Die Übertragung der Drehbewegung des Elektromotors auf die Spindelmutter kann über ein Stirnradgetriebe oder ein Riemengetriebe erfolgen.
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Die Spindel könnte ein allgemein bekanntes Bewegungsgewinde, wie beispielsweise ein Rund- oder Trapezgewinde, aufweisen. Reibungskräfte der Lamellenbremse lassen sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders gering halten, wenn die Spindel als Kugelumlaufspindel ausgebildet ist.
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Zur weiteren Verringerung entstehender Querkräfte auf den Spindelantrieb trägt es gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bei, wenn die Spindel an dem der Spindelmutter abgewandten Ende in einer Lagerung axial geführt ist.
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Die Ansteuerung der Rampeneinheit gestaltet sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders einfach, wenn die Rampeneinheit eine drehbare, an dem Lamellenpaket abstützende Rampenscheibe hat, dass die Rampenscheibe bei einer Verdrehung in Abhängigkeit von der Drehstellung in axialer Richtung verlagerbar ist und dass der Hebel an der Rampenscheibe angeordnet ist.
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Ein Einfluss der Verdrehrichtung der Rampenscheibe auf die Bremsleistung lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach vermeiden, wenn die Rampenscheibe an einer drehfest mit der Führungseinrichtung verbundenen Scheibe des Lamellenpakets anliegt. Vorzugsweise ist zwischen der Rampenscheibe und der drehfesten Scheibe ein Axiallager angeordnet, um die Reibung zu vermindern. Durch diese Gestaltung wird die von der Rampeneinheit angetriebene Scheibe von der Führungseinrichtung in Drehrichtung abgestützt.
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Eine Selbstverstärkung der Bremsleistung der Lamellenbremse lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach erzeugen, wenn die Rampenscheibe an einer drehfest mit der Antriebsscheibe verbundenen Scheibe des Lamellenpakets anliegt. Durch diese Gestaltung erfährt die Bremsleistung eine Selbstverstärkung, wenn die Drehrichtung der Rampenscheibe zur Vorspannung des Lamellenpakets mit der Drehrichtung der Antriebswelle zusammenfällt. Diese Selbstverstärkung lässt sich für den Effekt einer so genannten Servobremse nutzen.
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Reibungsverluste der Rampeneinheit lassen sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders gering halten, wenn die Rampenscheibe oder ein der Rampenscheibe gegenüberstehendes, feststehendes Bauteil sich verjüngende Nuten zur teilweisen Aufnahme von Kugeln hat und dass die Kugeln zwischen der Rampenscheibe und dem feststehenden Bauteil angeordnet sind. Durch diese Gestaltung rollen die Kugeln auf den Rändern der sich verjüngenden Nuten ab und stehen in Abhängigkeit von der Drehstellung der Rampenscheibe unterschiedlich hervor. Hierdurch wird die axiale Verschiebung der Rampenscheibe erzeugt. Von einem breiten Mittelpunkt in beide Richtungen verjüngende Nuten können eine Selbstverstärkung der Bremsleistung bei Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt ermöglichen.
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Die Lamellenbremse gestaltet sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung konstruktiv besonders einfach, wenn die Führungseinrichtung in einem Gehäuse befestigte Führungsbolzen hat.
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Eine Kühlung der Lamellenbremse gestaltet sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders einfach, wenn das Gehäuse zu einem Getriebe des Kraftfahrzeuges hin offen gestaltet ist. Da das Fahrzeuggetriebe bei Kraftfahrzeugen ohnehin eine Ölschmierung hat, kann das Öl des Getriebes zur Kühlung der Lamellenbremse genutzt werden. Hierdurch ist die Lamellenbremse insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen geeignet. Ein weiterer Vorteil dieser Gestaltung besteht darin, dass ein Eintrag von Bremsabrieb zuverlässig verhindert wird.
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Eine bei Kraftfahrzeugen übliche Parkbremse gestaltet sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung konstruktiv besonders einfach, wenn der Aktor eine ansteuerbare Parkbremseinrichtung hat und dass die Parkbremseinrichtung die Rampeneinheit in der von dem Aktor eingestellten Stellung wahlweise blockiert oder freigibt. Diese Parkbremseinrichtung weist vorzugsweise einen Elektromagneten auf, welcher den Spindelantrieb in seiner Lage hält oder dessen Bewegung freigibt.
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Zur weiteren Vereinfachung des konstruktiven Aufbaus der Parkbremse trägt es gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bei, wenn die Parkbremseinrichtung ein elektromagnetisch ansteuerbares Klinkenrad hat und dass das Klinkenrad mit einem Aktorgetriebe in Eingriff steht.
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Die Koppelung des Spindelantriebs mit dem Hebel gestaltet sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung konstruktiv besonders einfach, wenn der Hebel in einem mit der Spindel verbundenen Bolzen eingreift. Zur Verringerung der Reibung kann der Bozen zudem eine Lagerung aufweisen. Der Bolzen kann integraler Bestandteil der Spindel sein oder als separates Bauteil mit der Spindel verbunden sein.
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Die Lamellenbremse lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung mittels des elektrischen Antriebs einfach lösen, wenn der Spindelantrieb in Zug- und Druckrichtung mit dem Hebel verbunden ist.
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Querkräfte zwischen Spindel und Hebel lassen sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach abstützen, wenn der Hebel die Spindel gabelförmig umgreift.
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Zur weiteren Vereinfachung des Aufbaus des Spindelantriebs trägt es gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bei, wenn die Spindel translatorisch frei und rotatorisch fixiert geführt ist.
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Eine reibungsarme Kraftübertragung von der der Spindel auf die Rampenscheibe gestaltet sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders einfach, wenn die Spindel zur Ebene der Bewegung des Hebels geneigt ist, vorzugsweise um einen Winkel von 5° bis 25°. Bei einer Kugelumlaufspindel berechnet sich der Winkel bevorzugt durch den Rampenwinkel multipliziert mit dem Kalottenradius geteilt durch den Hebelarm. Der Rampenwinkel ist der Winkel auf dem die Kugeln wendelförmig laufen und so den Hub erzeugen. Der Kalottenradius ist der Radius auf dem die Kugeln laufen und der Hebelarm ist der Abstand des Mittelpunktes der Kugelrampe bis zum Kraftangriffspunktes des Hebels.
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Die Einleitung von Querkräften von dem Hebel auf die Spindel lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung zuverlässig vermeiden, wenn die Spindel über einen Seilzug mit dem Hebel verbunden ist.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind mehrere davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
- 1 eine Frontansicht auf eine an einem Getriebe befestigte Lamellenbremse,
- 2 eine Draufsicht auf die Lamellenbremse aus 1,
- 3 eine Schnittdarstellung durch die Lamellenbremse aus 1 entlang der Linie III - III,
- 4 eine Schnittdarstellung durch die Lamellenbremse aus 2 entlang der Linie IV - IV,
- 5 eine Explosionsdarstellung einiger Bauteile der Lamellenbremse aus 1,
- 6 schematisch eine Seitenansicht der Lamellenbremse mit geneigter Spindel,
- 7 schematisch eine Anbindung der Spindel mittels eines Seilzugs.
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1 zeigt eine Lamellenbremse 1 mit einem Gehäuse 2, mit einem Aktor 3 und mit einem drehfest auf einer Antriebswelle 4 angeordneten Flansch 5 zur Anbindung an einen nicht dargestellten Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges. Das Gehäuse 2 der Lamellenbremse 1 ist an einem schematisch dargestellten Getriebe 6 eines Kraftfahrzeuges befestigt.
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2 zeigt die Lamellenbremse 1 aus 1 in einer Draufsicht mit einem Teilbereich des Getriebes 6. Die Antriebswelle 4 lässt sich mit einer nicht dargestellten Getriebeausgangswelle des Getriebes 6 verbinden. Das Gehäuse 2 der Lamellenbremse 1 ist zum Getriebe 6 hin offen, so dass ein Schmiermittelkreislauf des Getriebes 6 in die Lamellenbremse 1 gelangt und diese schmiert und kühlt.
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3 zeigt in einer Schnittdarstellung durch die Lamellenbremse 1 aus 1 entlang der Linie III - III, dass die Lamellenbremse 1 ein Lamellenpaket 7 hat, welches einer Rampeneinheit 8 gegenübersteht. Das Lamellenpaket 7 hat abwechselnd angeordnete axial bewegliche Belagscheiben 9 und Zwischenscheiben 10. Die Belagscheiben 9 sind drehfest auf der Antriebwelle 4 und die Zwischenscheiben 10 drehfest in einer mit dem Gehäuse 2 verbundenen Führungseinrichtung 11 angeordnet. Die Führungseinrichtung 11 hat in dem Gehäuse 2 befestigte Führungsbolzen 12. Die axiale Beweglichkeit der Belagscheiben 9 und der Zwischenscheiben 10 in der Führungseinrichtung 11 ist begrenzt. Die Rampeneinheit 8 hat eine mittels des Aktors 3 durch eine Verdrehung axial gegenüber einer Grundplatte 26 verlagerbare Rampenscheibe 13. Die Rampenscheibe 13 steht einer drehfest mit der Antriebswelle 4 verbundenen Belagscheibe 9 gegenüber.
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Beim Bremsvorgang verdreht der Aktor 3 die Rampenscheibe 13, wodurch diese das Lamellenpaket 7 axial verspannt. Hierdurch erzeugen die Belagscheiben 9 und die Zwischenscheiben 10 einen Reibschluss zwischen der Antriebswelle 4 und der mit dem Gehäuse 2 verbundenen Führungseinrichtung 11. Weil die Rampenscheibe 8 beim Bremsvorgang in Drehrichtung der Antriebswelle 4 mit einer der auf der Antriebswelle 4 befestigten Belagscheibe 9 zusammenwirkt, entsteht eine Selbstverstärkung der Bremsleistung. Eine solche Selbstverstärkung wird in einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel durch die Anordnung einer mit der Führungseinrichtung 11 verbundenen Zwischenscheibe 10 zwischen der Rampenscheibe 13 und der Belagscheibe 9 vermieden. In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann zwischen der Rampenscheibe 13 und der Belagscheibe 9 ein Axiallager angeordnet sein, um einen Reibschluss zwischen den Bauteilen zu verhindern.
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4 zeigt in einer Schnittdarstellung entlang der Linie IV - IV aus 2 die Anbindung der Rampenscheibe 13 an den Aktor 3. Der Aktor 3 hat einen elektrischen Antrieb 14 mit einem Elektromotor 15 und einen Spindelantrieb 16. Der Spindelantrieb 16 hat eine von dem Elektromotor 15 drehbare und axial unverschiebliche Spindelmutter 18, in die eine Spindel 17 eingedreht ist. Die Spindel und der Elektromotor sind achsparallel zueinander angeordnet. Die Spindel 17 ist über einen Spindelschaft 17' an einem mit der Rampenscheibe 13 verbundenen Hebel 19 angelenkt und mittels eines Bolzens 20 in einer nicht näher dargestellten Linearführung geführt. Der Spindelschaft 17' hat eine Lagerung 21 zur axialen Führung der Spindel. Die Lagerung 21 ist in einer Ausführungsform als Gleitbuchse mit einem quadratischen Querschnitt ausgebildet. Axiallagerungen 22 stützen axiale, auf die Spindelmutter 18 einwirkende Kräfte ab. Beim Antrieb des Elektromotors 15 wird die Spindelmutter 18 gedreht und die Spindel 17 mit dem Hebel 19 translatorisch bewegt. Der Hebel und die Spindel bilden ungefähr einen rechten Winkel zueinander, so dass die Kraftübertragung auf den Hebel in einem Winkel erfolgt, in der die Bewegung des Hebels, resultierend aus Verdrehung und Hub, angepasst ist. Das Gehäuse 2 ist an dem Hebel 19 oder der Spindel 17 gegenüber der Umgebung und dem elektrischen Antrieb 14 abgedichtet.
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In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann bei dem Spindelantrieb auch die Spindel drehbar angetrieben sein und eine auf der Spindel angeordnete Spindelmutter drehfest mit dem Hebel gekoppelt sein. Für die drehfeste Koppelung der Spindelmutter mit dem Hebel können geeignete Kontaktflächen eingesetzt werden.
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Eine Parkbremseinrichtung 23 mit einem elektromagnetisch ansteuerbaren Klinkenrad 24 steht einem Aktorgetriebe 25 des Aktors 3 gegenüber. Durch Ansteuerung des Klinkenrades 24 lässt sich das Aktorgetriebe 25 wahlweise blockieren oder freigeben. In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform ist das Klinkenrad auf der dem Aktorgetriebe 25 abgewandten Seite des Elektromotors 15 angeordnet.
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5 zeigt wesentliche Bauteile der Lamellenbremse 1 in einer Explosionsdarstellung. Hierbei ist zu erkennen, dass die Rampeneinheit 8 eine mit dem Gehäuse 2 verbundene Grundplatte 26 mit sich verjüngenden Nuten 27 zur teilweisen Aufnahme von Kugeln 28 hat. Die Kugeln 28 sind zwischen der Grundplatte 26 und der Rampenscheibe 13 angeordnet. Bei einer Verdrehung der Rampenscheibe 13 rollen die Kugeln 28 in den Nuten 27 ab und stehen hierdurch in Abhängigkeit von der Drehstellung der Rampenscheibe 13 unterschiedlich weit vor. Damit wird die Rampenscheibe 13 bei der Verdrehung axial verlagert. Die Belagscheiben 9 haben einen Innenvielzahn 29 zur drehfesten und axial verschieblichen Anordnung auf der Antriebswelle 4, während die Zwischenscheiben 10 mit Stützarmen 30 die Führungsbolzen 12 seitlich umgreifen. Der Hebel 19 der Rampenscheibe 13 ist gabelförmig zum Umgreifen des Spindelschaftes 17' gestaltet und stützt sich an dem auf dem Spindelschaft 17' angeordneten Bolzen 20 ab. Nicht dargestellte Rückstellfedern spannen die Rampenscheibe 16 gegen die Grundplatte 26 vor und ermöglichen damit auch ein passives Lösen der Lamellenbremse 1. Durch eine entsprechende alternative Gestaltung kann der Hebel 19 in beide Richtungen angetrieben werden, so dass die Lamellenbremse 1 durch einen entsprechenden Antrieb aktiv gelöst werden kann.
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Die Spindel 17 ist in der Ausführungsform nach den 1 bis 5 in der Ebene der Bewegungsrichtung des Hebels 19 angeordnet.
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6 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform der Lamellenbremse, welche sich von der aus den 1 bis 5 nur dadurch unterscheidet, dass eine Spindel 117 zur Ebene eines Hebels 119 einer Rampenscheibe 113 geneigt angeordnet ist. Die Spindel 117 ist als Kugelumlaufspindel ausgebildet. Ansonsten ist diese Ausführungsform wie die aus den 1 bis 5 aufgebaut.
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7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Lamellenbremse, welche sich von der aus den 1 bis 5 nur dadurch unterscheidet, dass eine Verbindung einer Spindel 217 mit einer Rampenscheibe 213 einen Seilzug 229 hat. Der Seilzug 29 greift an einem Ende eines Hebels 219 an. Die äußere Kontur des Hebels 219 ist bogenförmig gestaltet, so dass die Kraftübertragung von der Spindel 217 auf die Rampenscheibe 213 jederzeit in einem rechten Winkel verläuft. Ansonsten ist diese Ausführungsform wie die aus den 1 bis 5 aufgebaut.
