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Die Erfindung betrifft eine Gehäusedichtungsanordnung mit einem EMV-Dichtelement gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und ein elektrisch antreibbares Fahrzeug mit einer solchen EMV-Gehäusedichtungsanordnung.
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Eine EMV-Gehäusedichtungsanordnung dient der Abschirmung eines von einem stromdurchflossenen Leiter einer elektrischen Anordnung erzeugten elektrischen Feldes gegenüber einer in dessen Wirkungsbereich angeordneten elektronischen Komponente. Dadurch soll die elektronische Komponente von Störsignalen ferngehalten werden, welche zu einer Funktionsbeeinträchtigung und sogar zum Ausfall diese Komponente führen können. Es ist in der Praxis gängig, das unerwünschte Feld, sofern das möglich ist, bereits am Entstehungsort und/oder an der elektronischen Komponente durch geeignete Maßnahmen, wie metallische Gehäuse oder Drahtgeflechte, räumlich zu begrenzen. Eine hohe Abschirmqualität oder auch elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) ist insbesondere bei Hybrid- und Elektrofahrzeugen gefordert, da durch die Elektrifizierung des Antriebsstrangs auf engstem Raum eine Mehrzahl von potenziellen Störquellen und gleichzeitig ebenso eine Vielzahl von dadurch beeinflussbaren elektronischen Komponenten angeordnet sind.
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Eine Gehäusedichtungsanordnung der eingangs genannten Art ist bereits mit der
DE 10 2015 114 813 A1 bekannt geworden. Die dort beschriebene Gehäusedichtungsanordnung ist für eine Fahrzeuganwendung, insbesondere für Elektrofahrzeuge vorgesehen und umfasst ein Gehäuse mit einer zur Dichtung mit einem Gegengehäuse vorgesehener Dichtungsstirnseite. Dabei ist im Gehäuse entlang der Dichtungsstirnseite eine abgestufte Nut vorgesehen, welche eine erste Stufe als Auflagefläche für ein erstes Dichtelement und eine zweite (tiefere) Stufe als Auflagefläche für ein zweites Dichtelement ausgebildet. Das erste Dichtelement bildet dabei eine Umweltdichtung und das zweite Dichtelement eine EMV-Dichtung. Angaben zur stofflichen Beschaffenheit der Dichtelemente sind dem genannten Stand der Technik nicht zu entnehmen. Die Dichtelemente sind durch deren Anordnung in der Nut außerhalb von miteinander zusammenwirkenden Anlageflächen der Gehäuseteile positioniert. Eine wirkende Fügekraft der beiden Gehäuseteile wird somit lediglich partiell über die beiden Dichtelemente geführt. Sobald bei der Montage die gegenseitige Anlage der Gehäuseteile erreicht ist, wird eine weitere Krafteinleitung nicht an die Dichtelemente weitergegeben.
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Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine gattungsgemäße Gehäusedichtungsanordnung zu verbessern.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Gehäusedichtungsanordnung mit den im unabhängigen Patentanspruch angeführten Merkmalen und weiter durch ein elektrisch antreibbares Fahrzeug mit einer solchen EMV-Gehäusedichtungsanordnung. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, den abhängigen Ansprüchen sowie den Figuren entnehmbar.
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Demnach wird eine Gehäusedichtungsanordnung vorgeschlagen, welche zumindest ein erstes Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil umfasst, welche unter Ausbildung eines gegenseitigen Verbindungsbereichs zueinander gefügt sind und wobei in dem Verbindungsbereich ein EMV-Dichtelement zur Abschirmung eines elektrischen Feldes vorgesehen ist.
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Dabei ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass das EMV-Dichtelement aus einem metallischen und elektrisch leitfähigem Massivwerkstoff gefertigt ist.
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Üblicherweise wird beim Fügen der beiden metallischen Gehäuseteile auf diese eine Montage- bzw. Fügekraft eingeleitet, so dass die Gehäuseteile danach permanent zusammengepresst werden und gegenseitig verspannt sind. Dabei wird die in dem Verbindungsbereich angeordnete Dichtung gleichfalls und zumindest anteilig mit dieser Fügekraft beaufschlagt. Ein aus einem metallischen und elektrisch leitfähigen Massivwerkstoff gefertigtes EMV-Dichtelement hat insbesondere gegenüber einem beschichteten EMV-Dichtelement, zum Beispiel einem lediglich mit einem leitenden Werkstoff beschichtetem Elastomerelement Vorteile. Das hier vorgeschlagene EMV-Dichtelement kann sich beim Einbau und Gebrauch der Anordnung in einem vergleichsweise größerem Maße verformen, ohne dass die Gefahr eines Aufbrechens und Ablösens der abschirmenden leitenden Struktur und einer Verschlechterung der Dichteigenschaften besteht. Beispielsweise kann das EMV-Dichtelement aus einem Kupfer-, Aluminium- oder Silberwerkstoff bestehen. Vorzugsweise weist der eingesetzte Massivwerkstoff eine vergleichsweise hohe Duktilität auf. Das bedeutet, dass bei einer bei der Montage der Gehäuseteile oder dem Gebrauch der Anordnung auftretenden Belastung eine gute plastische Verformbarkeit vorliegt.
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Darüber hinaus werden durch das elektrisch leitende EMV-Dichtelement die beiden Gehäuseteile in deren Verbindungsbereich definiert niederimpedant miteinander verbunden. Dadurch wird ein niederimpedanter Strompfad erzeugt, über den parasitäre Ströme einer dort vorgesehenen elektrischen oder elektronischen Anordnung, insbesondere sogenannte Common-Mode Ströme, abfließen können. Zu diesem Zweck ist zumindest eines der beiden Gehäuseteile durch entsprechende Leiterverbindungen elektrisch geerdet, was bedeutet, dass sich diese auf einem dort vorhandenen elektrischen Massepotential befinden. Auf diese Weise können von der elektrischen oder elektronischen Anordnung ausgehende unerwünschte Emissionen vermieden werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Gehäusedichtungsanordnung ist vorgesehen, dass die beiden Gehäuseteile miteinander zusammenwirkende Anlageflächen aufweisen, welche eine gegenseitige Fügekraft der Gehäuseteile aufnehmen. Das EMV-Dichtelement ist dabei mit einem ersten Abschnitt zwischen den beiden zusammenwirkenden Anlageflächen angeordnet und liegt an diesen an. Das EMV-Dichteelement wird also nicht, wie das aus dem eingangs beschriebenen Stand der Technik bekannt ist, in eine dort vorgesehene Nut hineinverformt. Im Gegensatz dazu befindet sich das EMV-Dichtelement mit dem ersten Abschnitt zwischen den zusammenwirkenden Anlageflächen der Gehäuseteile. Die Fügekraft der Gehäuseteile kann somit vollständig über das EMV-Dichtelement geführt werden, so dass sich dieses in einem Zwischenraum der Anlageflächen hineinverformen und lateral verbreitern kann. Das EMV-Dichtelement kann somit einen vorhandenen Fügespalt besser ausfüllen und im Ergebnis eine verbesserte elektrische Dichtwirkung erzielen.
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Eine noch weiter verbesserte Dichtwirkung kann erzielt werden, indem der erste Abschnitt des EMV-Dichtelements im Wesentlichen innerhalb einer Grundfläche ausgebildet ist und in einer sich zu den beiden Anlageflächen der Gehäuseteile erstreckenden Richtung an einer Seite eine in die Grundfläche hineinragende Ausnehmung und an der anderen Seite eine aus der Grundfläche vorstehende Vorwölbung aufweist, welche der Ausnehmung gegenüberliegt. Die Vorwölbung stellt einen exponierten Bereich dar, welcher gegenüber der Grundfläche linienförmig ausgebildet sein kann und der beim Zusammenfügen der Gehäuseteile gegenüber der Grundfläche zuerst unter der wirkenden Fügekraft verformt wird. Bei der Verformung der Vorwölbung können Fertigungs- und Montagetoleranzen der Gehäuseteile aufgenommen werden, so dass im montierten Zustand das EMV-Dichtelement durchgehend an beiden Gehäuseteilen anliegt und ein elektrisches Feld im gesamten Anordnungsbereich des EMV-Dichtelements wirksam abgeschirmt werden kann. Die vorgeschlagene Ausbildung des EMV-Dichtelements erhöht demnach die Montage- und Funktionssicherheit der Anordnung.
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Eine Weiterbildung der Gehäusedichtungsanordnung sieht innerhalb des Verbindungsbereichs an einem der Gehäuseteile eine Nut vor, wobei das EMV-Dichtelement einen zweiten Abschnitt aufweist, welcher sich an den ersten Abschnitt anschließt und wobei der zweite Abschnitt innerhalb der Nut angeordnet ist. Die Nut kann insbesondere als eine fertigungstechnisch leicht herzustellende einfache Nut, insbesondere eine U-förmige Nut ausgebildet sein und einen Nutgrund und zwei von der Anlagefläche zu diesem verlaufende Nutwände aufweisen.
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Darauf aufbauend kann eine Erstreckung des zweiten Abschnitts des EMV-Dichtelements von dessen Anlagefläche in die Nut hinein geringer sein als ein Abstand von der Anlagefläche zu einem Nutgrund der Nut. Mit anderen Worten liegt der zweite Abschnitt nicht am Nutgrund an. Eine Fügekraft kann also nicht von einem der Gehäuseteile über das EMV-Dichtelement auf den im anderen Gehäuseteil befindlichen Nutgrund übertragen werden. Durch die Anordnung innerhalb der Nut kann der zweite Abschnitt somit hauptsächlich der lateralen Positionierung des EMV-Dichtelements an einem der Gehäuseteile dienen.
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Ergänzend kann mit Vorteil innerhalb der Nut, auf der dem ersten Abschnitt abgewandten Seite des EMV-Dichtelements eine Umweltdichtung angeordnet werden. Die Umweltdichtung kann vorteilhaft als eine Elastomerdichtung ausgebildet sein und Schutz vor dem Eindringen von Schmutz und von Feuchtigkeit in einen Gehäuseinnenraum bieten.
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In einer günstigen Weise kann das EMV-Dichtelement als ein geschlossener Ring ausgebildet sein und einen Öffnungsbereich des Gehäuses vollständig umschließen. Durch die geschlossene Form ist auch unter Temperaturänderungen und mechanischen Wechselbelastungen der verbundenen Gehäuseteile eine räumlich unterbrechungsfreie Abschirmung gegeben. Das EMV-Dichtelement kann dazu der Gehäusekontur folgen und beispielwiese elliptisch, ringkreisförmig oder mit einer anderen beliebigen Form ausgebildet sein.
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Gemäß einer besonderen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das erste Gehäuseteil einer elektrischen Maschine mit einem Rotor und mit einem Stator zugeordnet ist und dass das zweite Gehäuseteil einer Leistungselektronik, insbesondere einem Inverter zur Ansteuerung der elektrischen Maschine zugeordnet ist, welche innerhalb der Gehäuseteile mit zumindest einem Phasenleiter elektrisch mit dem Stator verbunden ist. Auf diese Weise sind die elektrische Maschine, die Leistungselektronik und die zwischen diesen verlegten stromführenden Leiter vollständig gekapselt und gegenüber dem Ein- und Austritt von störenden elektrischen Feldern geschützt.
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Die Erfindung betrifft in weiterer Hinsicht ein Antriebsaggregat für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, welches eine zuvor erläuterte Gehäusedichtungsanordnung um fasst.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer in den Figuren dargestellten Ausführungsform beispielhaft erläutert.
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Es zeigen:
- 1 ein schematische Darstellung eines Antriebsaggregats mit einer elektrischen Maschine, einer Leistungselektronik und einer EMV-Gehäusedichtungsanordnung;
- 2 eine detailliertere ausschnittweise Darstellung der EMV-Gehäusedichtungsanordnung mit einem EMV-Dichtelement und mit einer Umweltdichtung;
- 3a eine vergrößerte Schnittdarstellung des EMV-Dichtelements von 2;
- 3b eine perspektivische Einzeldarstellung des EMV-Dichtelements von 2.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Antriebsaggregat 10 für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug mit einer mehrphasigen elektrischen Maschine 12 und mit einer als Inverter ausgebildeten Leistungselektronik 14 um Ansteuern der Maschine 12. Das Fahrzeug kann insbesondere ein Hybrid- oder ein Elektrofahrzeug sein. Die elektrische Maschine 12 umfasst einen Stator 16 und einen dazu um eine Achse A drehbar gelagerten Rotor 18, welche in einem metallischem Maschinengehäuse 12a, beispielsweise einem Aluminium- oder Graugussgehäuse angeordnet sind. Die Leistungselektronik 14 ist gleichfalls in einem metallischen Gehäuse 14a angeordnet und mit dem Maschinengehäuse 12a zu einer Baueinheit verbunden. Das Maschinengehäuse 12a bildet vorliegend ein erstes Gehäuseteil und das Leistungselektronik- bzw. Invertergehäuse 14a ein zweites Gehäuseteil aus, welche mit Öffnungsbereichen 12b, 14b zueinander zugewandt angeordnet sind. Die Gehäuseteile 12a, 14a sind unter Ausbildung eines gegenseitigen Verbindungsbereichs 20 mittels hier zeichnerisch nicht dargestellten Schraubverbindungen zueinander gefügt und fest miteinander verbunden.
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Im Ausführungsbeispiel ist eine elektronische Bauelementplatine 14d des Inverters 14 mit mehreren, innerhalb der Gehäuseteile 12a, 14a verlaufenden Phasenleitern 22 mit einem Wicklungssystem des Stators 16 verbunden. Die Phasenleiter 22, von denen in den 1 und 2 lediglich ein einzelner sichtbar ist, sind als Stromschienen ausgebildet und gemeinsam mit einem Kunststoffmantel 24 umspritzt. An einem Austrittsbereich der Phasenleiter 22 aus dem Invertergehäuse 14a ist zwischen diesem und dem Kunststoffmantel 24 ein Dichtelement 26 eingefügt, um einen Eintritt von Schmutz in einen Innenbereich des Inverters 14 zu vermeiden und um gegebenenfalls auftretende betriebsbedingte Schwingungen der Phasenleiter 22 zu dämpfen und die Phasenleiter 22 in deren Lage zu fixieren.
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Die elektrische Maschine 12, die Leistungselektronik 14 und die zwischen diesen verlegten stromführenden Phasenleiter 22 sind durch die metallischen Gehäuseteile 12a, 14a nahezu vollständig gekapselt und gegenüber dem Ein- und Austritt von störenden elektrischen Feldern im Wesentlichen geschützt. Zur weiteren Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit, insbesondere zur besseren Vermeidung eines Austritts elektromagnetischer Störfelder aus der Baueinheit ist eine Gehäusedichtungsanordnung 40 vorgesehen, wobei in dem Verbindungsbereich 20 der Gehäuseteile 12a, 14a ein EMV-Dichtelement 28 aus einem metallischen und elektrisch leitfähigem Massivwerkstoff, hier aus einem Kupferwerkstoff eingesetzt ist. Das EMV-Dichtelement 28 dient zugleich der Erzeugung einer niederimpedanten Verbindung zwischen den Gehäuseteilen 12a, 14a, so dass dort an einem dieser Gehäuseteilen 12a, 14a auftretende parasitäre Ströme den Verbindungsbereich 20 niederimpedant überwinden können. Zu diesem Zweck ist zumindest eines der beiden Gehäuseteile 12a, 14a durch entsprechende Leiterverbindungen 13 elektrisch mit einem Masseanschluss 15 bzw. einem Massepunkt verbunden und geerdet. Das bedeutet, dass sich durch das EMV-Dichtelement 28 beide Gehäuseteile 12a, 14a auf einem am Antriebsaggregat 10 vorhandenen elektrischen Massepotential befinden, so dass die genannten parasitären Ströme lokal definiert zurückgeführt werden können.
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Mit Blick auf 2 ist erkennbar, dass die beiden Gehäuseteile 12a, 14a jeweils gegenseitig miteinander zusammenwirkende Anlageflächen 12c, 14c aufweisen, welche bei der Herstellung der Schraubverbindung aufeinander gepresst werden und dadurch eine Fügekraft aufnehmen. Innerhalb des Verbindungsbereichs 20 ist am Maschinengehäuse 12 eine ringförmig geschlossene Nut 30 ausgebildet, welche zum Invertergehäuse 14a offen ist und die Öffnungsbereiche 12b, 14b der Gehäuseteile 12a, 14a umschließt. Die Nut 30 ist als eine einfache U-förmige Nut 30 ausgebildet und weist einen Nutgrund 30a und zwei von der Anlagefläche 12c zu diesem verlaufende Nutwände 30b, 30c auf. Der Nutgrund 30a liegt der Anlagefläche 14c des Invertergehäuses gegenüber.
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Das in der Nut 30 eingesetzte EMV-Dichtelement 28 ist mit Blick auf 3b als ein geschlossener und in einem Querschnitt L-förmiger Ring ausgebildet und kann somit die zueinander zugewandten Öffnungsbereiche 12b, 14b der Gehäuseteile 12a, 14a, durch welche die Phasenleiter 22 hindurchgeführt sind, vollständig umschließen.
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Das EMV-Dichtelement 28 ist mit einem ersten Abschnitt 28a bzw. Schenkel 28a unmittelbar zwischen den beiden zusammenwirkenden Anlageflächen 12c, 14c angeordnet und liegt an diesen an. Wie insbesondere in 3b weiter zu erkennen, ist der erste Abschnitt 28a des EMV-Dichtelements 28 ringscheibenförmig und im Wesentlichen innerhalb einer Grundfläche ausgebildet. In einer sich zu den beiden Anlageflächen 12c, 14c erstreckenden Richtung ist an einer Seite eine in die Grundfläche hineinragende Ausnehmung 282 und an der anderen Seite eine aus der Grundfläche vorstehende Vorwölbung 284 ausgebildet, welche der Ausnehmung 282 gegenüberliegt. Weiter weist das EMV-Dichtelement 28 einen zweiten Abschnitt 28b bzw. Schenkel 28b auf, welcher sich etwa rechtwinklig an den ersten Abschnitt 28a anschließt und welcher in die Nut 30 eingreift und an der Nutwandung 30b anliegt. Wie erkennbar, ist eine Erstreckung des zweiten Abschnitts 28b des EMV-Dichtelements 28 von der Anlagefläche 12c in die Nut 30 hinein geringer als ein Abstand von der Anlagefläche 12c zum Nutgrund 30a. Der zweite Abschnitt 28b liegt somit nicht am Nutgrund 30a an und dient somit hauptsächlich der lateralen Positionierung des EMV-Dichtelements 28 zu den Gehäuseteilen 12a, 14a.
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Innerhalb der Nut 30, genauer zwischen der dem ersten Abschnitt 28a abgewandten Seite des EMV-Dichtelements 28 und der Nutwandung 30c ist eine gleichfalls ringförmig geschlossene und hier aus einem Elastomer ausgebildete Umweltdichtung 32 angeordnet, welche Schutz vor dem Eindringen von Schmutz und von Feuchtigkeit in den Gehäuseinnenraum der Maschine 12 bietet. Die Umweltdichtung 32 ist in dem gezeigten Ausschnitt im Querschnitt etwas schmaler bemessen als der Abstand zwischen dem EMV-Dichtelement 28 und der Nutwandung 30c, so dass dadurch ein Freiraum 34 gegeben ist.
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Durch die vorstehend erläuterte Anordnung ist das EMV-Dichtelement 28 im Montierten Zustand zwischen den zusammenwirkenden Anlageflächen 12c, 14c eingeklemmt. Die Fügekraft der Gehäuseteile 12a, 14a kann somit beim Verschrauben der Gehäuseteile 12a, 14a vollständig über das EMV-Dichtelement 28, insbesondere über dessen ersten Abschnitt 28a geführt werden. Das EMV-Dichtelement 28 kann sich beim Aufbringen der Fügekraft, beginnend im Bereich der Vorwölbung 284 plastisch verformen und sich in einen anfangs noch bestehenden und sich während der Verschraubung verkleinernden Zwischenraum der Anlageflächen 12c, 14c hineinverformen und lateral verbreitern. Im Ergebnis kann das EMV-Dichtelement 28 einen gegebenenfalls vorhandenen und ungleichmäßig ausgebildeten Fügespalt vollständig ausfüllen und eine verbesserte EMV-Dichtwirkung erzielen. Gleichzeitig kann sich die Umweltdichtung 32 beim Verschrauben der Gehäuseteile 12a, 14a unter dem Einfluss der Fügekraft elastisch, insbesondere in den innerhalb der Nut 30 gegebenen Freiraum 34 hineinverformen. In den Figuren sind die Dichtelemente 26, 28 und 32 in deren unverformten Ausgangszustand dargestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Antriebsaggregat
- 12
- elektrische Maschine
- 12a
- Maschinengehäuse
- 12b
- Öffnungsbereich
- 12c
- Anlagefläche
- 13
- Leiterverbindung
- 14
- Leistungselektronik
- 14a
- LE-Gehäuse
- 14b
- Öffnungsbereich
- 14c
- Anlagefläche
- 14d
- Platine
- 15
- Masseanschluss
- 16
- Stator
- 18
- Rotor
- 20
- Verbindungsbereich
- 22
- Phasenleiter
- 24
- Kunststoffmantel
- 26
- Dichtelement
- 28
- EMV-Dichtelement
- 28a
- erster Abschnitt
- 282
- Ausnehmung
- 284
- Vorwölbung
- 30
- Nut
- 30a
- Nutgrund
- 30b
- Nutwandung
- 30c
- Nutwandung
- 32
- Umweltdichtung
- 34
- Freiraum
- 40
- Gehäusedichtungsanordnung
- A
- Achse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015114813 A1 [0003]
