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Die Erfindung betrifft eine elektrische Kontaktierungsschnittstelle für eine Antriebseinheit eines Kraftfahrzeuges, die vorzugsweise in / an einem Gehäuse einer Antriebseinheit / eines Getriebes eingesetzt ist.
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Die
DE 10 2013 226 106 A1 zeigt ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug mit einem Elektroantrieb. Das Steuergerät weist ein Gehäuse auf, wobei das Gehäuse einen Hohlraum umschließt, wobei das Steuergerät eine in dem Hohlraum angeordnete Leistungsvorrichtung aufweist. Bei dem Steuergerät weist eine Gehäusewand des Gehäuses einen Durchbruch auf, wobei ein elektrischer Anschluss des Steuergeräts durch den Durchbruch geführt ist. Der elektrische Anschluss des Steuergeräts weist eine elektrisch leitfähige Hülse und einen Bolzen auf. Die Hülse ist mit dem Inverter insbesondere trennbar elektrisch verbunden, wobei der Bolzen durch die Hülse geführt ist und ausgebildet ist, einen Endabschnitt eines elektrischen Anschlusskabels festzuhalten und den Endabschnitt gegen ein als Stirnfläche ausgebildetes Hülsenende der Hülse zu pressen und das elektrische Anschlusskabel so mit dem Anschluss zu verbinden.
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Die
US 2010 / 0 173 512 A1 zeigt einen einpoligen elektrischen Hochleistungssteckverbinder, umfassend: a) eine elektrische Basisverbindung auf einer Leistungsseite des Steckverbinders; b) eine nichtleitende Befestigungsbasis, die mit der elektrischen Basisverbindung verbunden und so konfiguriert ist, dass sie sich durch eine Verteilertafel erstreckt, wenn der Verbinder verwendet wird; und c) eine halbzylindrische, anschraubbare arbeitsseitige Verbindung, die mit der nichtleitenden Befestigungsbasis und der elektrischen Basisverbindung verbunden ist, wobei die halbzylindrische arbeitsseitige Verbindung zwei Löcher zum Befestigen von Bolzen aufweist und die Löcher so konfiguriert sind, dass die Befestigung gewährleistet ist. Die Bolzen werden von gegenüberliegenden Seiten der halbzylindrischen Verbindung eingesetzt, wodurch ein engerer Abstand der Löcher und eine kürzere Länge für die halbzylindrische Verbindung ermöglicht werden.
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Die
US 2021 / 0 296 796 A1 zeigt eine elektrische Steckverbinderanordnung umfassend ein Befestigungsglied mit einem länglichen Körper, der einen Gewindeteil für das Aufnehmen eines elektrischen Anschlusses und für das Aufnehmen eines mit einem Gewinde versehenen Befestigungsglieds zum Halten des elektrischen Anschlusses aufweist. Ein leitender Körper wirkt mit den länglichen Befestigungsgliedkörper zusammen, um mit dem elektrischen Anschluss einzugreifen und eine Drehung des Befestigungsglieds relativ zu dem leitenden Körper zu begrenzen. Eine Dichtung ist zwischen dem Befestigungsglied und dem leitenden Körper vorgesehen.
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Eine generelle Anforderung an eine elektrische Kontaktierungsschnittstelle, die Bestandteile innerhalb einer Antriebseinheit mit Bestandteilen außerhalb der Antriebseinheit elektrisch verbindet, besteht auch darin, einen Austritt eines innerhalb der Antriebseinheit befindlichen Mediums (insbesondere zur Kühlung und/oder Schmierung) zur Umgebung hin zu vermeiden. Die Kontaktierungsschnittstelle soll demnach möglichst dicht / mediendicht ausgebildet sein. Des Weiteren besteht der Bedarf, die Kontaktierungsschnittstelle bezüglich ihrer Herstellung möglichst einfach und somit kostengünstig zu halten. Auch soll die Kontaktierungsschnittstelle einen möglichst geringen elektrischen Widerstand verursachen, der über die Betriebsdauer hinweg auch möglichst konstant bleibt bzw. nur geringfügig ansteigt. Zudem soll eine einfache Montierbarkeit sowie Demontierbarkeit / Austauschbarkeit gegeben sein.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Kontaktierungsschnittstelle, vorzugsweise für ein Gehäuse einer Antriebseinheit, zur Verfügung zu stellen, die über die Betriebsdauer hinweg eine verlässliche Abdichtung des Gehäuses sicherstellt, zugleich im Aufbau möglichst einfach und langlebig ausgebildet ist. Auch soll die Kontaktierungsschnittstelle einfach demontierbar sein.
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Dies wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 und 6 gelöst. Mit dem Anspruch 1 ist eine elektrische Kontaktierungsschnittstelle für eine Antriebseinheit eines Kraftfahrzeuges beansprucht, welche Kontaktierungsschnittstelle eine (elektrisch isolierenden / nicht leitfähigen) Kunststoffplatte und einen, die Kunststoffplatte durchdringenden, elektrisch leitfähigen Gewindebolzen aufweist, wobei der Gewindebolzen entweder von einem Material der Kunststoffplatte und von einer an der Kunststoffplatte aufgebrachten Vergussschicht flüssigkeitsdicht umgeben ist, oder nur von einer an der Kunststoffplatte aufgebrachten Vergussschicht flüssigkeitsdicht umgeben ist.
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Somit ist die Kontaktierungsschnittstelle möglichst einfach aufgebaut, wobei zugleich eine verlässliche elektrische Kontaktierung mit geringem Widerstand ermöglicht ist. Aufgrund des einfachen Aufbaus ist die Kontaktierungsschnittstelle auch einfach montierbar und wieder demontierbar / austauschbar.
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Weitergehende vorteilhafte Ausführungsformen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
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Demnach ist es auch von Vorteil, wenn der Gewindebolzen von dem Material der Kunststoffplatte und/oder von der an der Kunststoffplatte aufgebrachten Vergussschicht gar fluiddicht umgeben ist. Dadurch ist die Kontaktierungsschnittstelle hinsichtlich ihrer Dichtheit weiter verbessert.
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Der Gewindebolzen weist bevorzugt einen konstanten Durchmesser auf bzw. ist mit einem konstanten Durchmesser gefertigt. Damit wird der Herstellaufwand des Gewindebolzens weiter vereinfacht.
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Weiter bevorzugt ist der Gewindebolzen als eine durchgängig verlaufende Gewindestange realisiert. Dadurch wird die Herstellung wiederum weiter vereinfacht.
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Alternativ hierzu ist es auch von Vorteil, wenn der Gewindebolzen zwei Gewindebereiche, die aus der Kunststoffplatte herausstehen, und einen die beiden Gewindebereiche verbindenden, gewindelosen Längsabschnitt, der vorzugsweise direkt von der Kunststoffplatte umgeben ist, aufweist.
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Mit anderen Worten ist es daher zweckmäßig, wenn der Gewindebolzen zu einer ersten Seite und/oder zu einer zweiten Seite der Kunststoffplatte mit einem Gewindebereich versehen ist, auf welchen Gewindebereichen jeweils, unter Fixierung eines Kabelschuhs, eine Mutter (Gewindemutter) aufgeschraubt ist. Dadurch ist die weitere Kontaktierung möglichst robust ausgebildet.
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Weist die Kunststoffplatte einen plattenförmigen Basisbereich und einen an den Basisbereich anschließenden, parallel zu oder unmittelbar in einer Erstreckungsebene des Basisbereichs verlaufenden Flanschbereich auf, wobei der Flanschbereich zu einer Seite der Kunststoffplatte hin ein Dichtungselement aufnimmt, ist die Kontaktierungsschnittstelle in einem Schritt möglichst einfach montierbar.
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Für eine einfache Herstellbarkeit der Kontaktierungsschnittstelle ist es auch zuträglich, wenn das Dichtungselement unmittelbar als ein O-Ring ausgeführt ist, der den Basisbereich umgibt / entlang eines Außenumfangs des Basisbereiches umläuft.
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Sind mehrere Gewindebolzen entlang der Kunststoffplatte verteilt vorhanden, wird die Einsetzbarkeit der Kontaktierungsschnittstelle erweitert.
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Diesbezüglich ist es auch von Vorteil, wenn eine weitere elektrische Verbindung, vorzugsweise ein Stecker-Interface, vorhanden ist, die die Kunststoffplatte versetzt zu dem zumindest einen Gewindebolzen durchdringt. So wird die Einsetzbarkeit in der Kontaktierungsschnittstelle wiederum erweitert.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, mit einem Gehäuse und einer erfindungsgemäßen, nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungen ausgebildeten Kontaktierungsschnittstelle, wobei das Gehäuse in einem Wandabschnitt einen Durchtritt aufweist und dieser Durchtritt unmittelbar von der Kunststoffplatte abgedeckt / verschlossen ist.
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In Bezug auf die Antriebseinheit ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Antriebseinheit ein Getriebe umfasst oder dieses Getriebe unmittelbar ausbildet. Das Getriebe ist weiter bevorzugt als ein Hybridgetriebe mit einer integrierten elektrischen Antriebsmaschine umgesetzt.
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Mit anderen Worten ausgedrückt, ist erfindungsgemäß eine mediendichte Gehäusedurchführung und eine elektrische Kontaktierung mittels Gewindebolzen und Kunststoffmatrix (Kunststoffplatte) realisiert. Als eine einfache, robuste und kostengünstige Abdichtung der elektrischen Kontakte mit einem geringen elektrischen Widerstand und zur einfachen Montage und Austauschbarkeit (reversible Verbindung) ist der Gewindebolzen vorgesehen. Die Kunststoffmatrix und eine einfache Dichtung (Dichtungselement) werden verwendet, um den Gewindebolzen zu fixieren und eine Getriebeöffnung (Durchtritt) mediendicht zu verschließen. Die Kunststoffmatrix kann genutzt werden, um weitere Steckverbindungen (elektrische Verbindungen), zum Beispiel für elektrische Signale, mit anzuspritzen, um weitere Getriebedurchbrüche und damit mehrere Dichtstellen zu vermeiden.
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Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen, teilweise geschnitten dargestellten Kontaktierungsschnittstelle nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wie sie bereits an einem Gehäuse einer Antriebseinheit eingesetzt ist, sowie
- 2 eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Kontaktierungsschnittstelle nach 1, wobei die Schnittebene zwischen zwei eine Kunststoffplatte der Kontaktierungsschnittstelle an dem Gehäuse fixierenden Schrauben verläuft.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Mit den 1 und 2 ist eine erfindungsgemäße elektrische Kontaktierungsschnittstelle 1 übersichtlich zu erkennen. Die Kontaktierungsschnittstelle 1 ist bevorzugt in einer Antriebseinheit 2 eines Kraftfahrzeuges eingesetzt. Die Antriebseinheit 2 ist der Übersichtlichkeit halber lediglich hinsichtlich ihres Gehäuses 15 dargestellt. Die Antriebseinheit 2 weist vorzugsweise ein Getriebe 18 auf, wie in 1 angedeutet. Neben dem Getriebe 18 weist die Antriebseinheit 2 noch weitere Bestandteile, etwa eine elektrische Antriebsmaschine und/oder elektrisch zu kontaktierende Elemente, wie Sensoren und / oder Aktoren, auf.
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Der in den 1 und 2 zu erkennende Bereich des Gehäuses 15 zeigt einen Wandabschnitt 16 (Außenwandung) des Gehäuses 15, an welcher Stelle die Kontaktierungsschnittstelle 1 dazu dient, einen in den Wandabschnitt 16 eingebrachten Durchtritt 17 zur Durchführung der entsprechenden elektrischen Kontaktierung mediendicht, nämlich fluiddicht, insbesondere flüssigkeitsdicht, zu verschließen.
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Die Kontaktierungsschnittstelle 1 dient somit grundsätzlich zur elektrischen Verbindung elektrischer Bestandteilen, die innerhalb des Gehäuses 15 untergebracht sind, wie im vorliegenden Fall ein Antriebsmotor eines (elektrohydraulischen) Aktors und/oder eine elektrische Antriebsmaschine und/oder Sensoren, mit Bestandteilen außerhalb des Gehäuses 15, beispielsweise einer Steuerungselektronik.
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Erfindungsgemäß weist die Kontaktierungsschnittstelle 1 eine Kunststoffplatte 3 auf. Diese Kunststoffplatte 3 erstreckt sich in Gänze im Wesentlichen eben / flach entlang einer Erstreckungsebene 11. Ein Basisbereich 10 der Kunststoffplatte 3 ist von einem ebenfalls in der Erstreckungsebene 11 liegenden Flanschbereich 12 der Kunststoffplatte 3 umgeben. Der Basisbereich 10 liegt in der Erstreckungsebene 11 gesehen somit innerhalb des Flanschbereiches 12. Der Basisbereich 10 ist gegenüber dem Flanschbereich 12 verdickt. Der Basisbereich 10 steht daher von dem Flanschbereich 12 aus (senkrecht zur Erstreckungsebene 11) ab. Im montierten Zustand ragt der Basisbereich 10 unmittelbar in den Durchtritt 17 hinein und ist unmittelbar an einem Innenumfang 20 des Durchtritts 17 abgestützt.
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Der Flanschbereich 12 dient zur flächigen Auflage an dem Wandabschnitt 16. Der Flanschabschnitt 12 ist zudem mit mehreren Durchgangslöchern 21 versehen, die zur Durchführung von Schrauben 19 dienen. Über die Schrauben 19 ist die Kunststoffplatte 3 mit dem Gehäuse 15 verschraubt / verbunden.
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Die Kunststoffplatte 3 wird erfindungsgemäß durch zumindest einen, hier gar mehrere (zwei), entlang der Erstreckungsebene 11 verteilte Gewindebolzen 4 durchdrungen. Jeder Gewindebolzen 4 weist zumindest einen Gewindebereich 7a, 7b auf. Es ist bevorzugt, den Gewindebolzen 4 in Längsrichtung durchgängig mit einem Gewinde mit konstantem Durchmesser auszustatten. Der Gewindebolzen 4 würde dann einen einzigen über die gesamte Länge des Gewindebolzens 4 hinweg durchgängig verlaufenden Gewindebereich aufweisen. Weiter bevorzugt, wie in den 1 und 2 gezeigt, ist lediglich an dem jeweiligen Ende 22a, 22b des Gewindebolzens 4 ein Gewindebereich 7a, 7b ausgebildet. Die Gewindebereiche 7a, 7b sind durch einen unmittelbar innerhalb der Kunststoffplatte 3 verlaufenden / aufgenommenen, gewindelosen Längsabschnitt 23 unterbrochen.
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Erfindungsgemäß ist der Gewindebolzen 4 derart in der Kunststoffplatte 3 aufgenommen, sprich derart von dem Material der Kunststoffplatte 3 umspritzt oder umgossen, dass ein Spalt zwischen dem Gewindebolzen 4 und der Kunststoffplatte 3 (entlang der Außenseite des Gewindebolzens 4 / des Längsabschnittes 23) fluiddicht abgedichtet ist.
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Zusätzlich oder alternativ zu der unmittelbaren abdichtenden Anlage der Kunststoffplatte 3 radial von außen an dem Gewindebolzen 4 ist es auch von Vorteil, wenn eine Vergussschicht 5 um den Gewindebolzen 4 herumgespritzt / angebracht ist, welche Vergussschicht 5 wiederum unmittelbar einen Spalt zwischen der Kunststoffplatte 3 und dem Gewindebolzen 4 abdichtet / versiegelt. Die Vergussschicht 5 ist hier beispielsweise in einer oberflächigen Vertiefung 25 der Kunststoffplatte 3 eingebracht. Die Vergussschicht 5 weist in ihrem ausgehärteten Zustand im Wesentlichen die Form einer Scheibe auf.
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Weiterhin wird an dem Gewindebolzen 4 sowohl zu einer, dem Inneren der Antriebseinheit 2 zugewandten, ersten Seite 6a als auch zu einer, der Umgebung zugewandten, zweiten Seite 6b der Kunststoffplatte 3 ein Kabelschuh 8a, 8b an dem Gewindebolzen 4 fixiert. Hierzu wird der jeweilige Kabelschuh 8a, 8b auf einem der Gewindebereiche 7a oder 7b aufgesteckt und mittels eine Mutter 9a, 9b, die auf den Gewindebereich 7a, 7b aufgeschraubt wird, an der Kunststoffplatte 3 fixiert.
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Weiter bevorzugt ist die Vergussschicht 5 direkt zwischen dem Kabelschuh 8a, 8b und der Kunststoffplatte 3, durch eine entsprechende Vorspannung der Mutter 9a, 9b unter Vorspannung gehalten. In den 1 und 2 ist die Vergussschicht 5 lediglich seitens der zweiten Seite 6b angebracht, es ist jedoch auch prinzipiell denkbar, die Vergussschicht 5 auf der ersten Seite 6a anzubringen.
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Des Weiteren ist es zweckmäßig, weitere elektrische Verbindung 14, versetzt zu den Gewindebolzen 4 entlang der Erstreckungsebene 11 anzubringen / vorzusehen. In diese Ausführung bildet ein Stecker jene Verbindung 14 aus.
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Ferner sei darauf hingewiesen, dass zur Abdichtung der Kunststoffplatte 3 seitens des Gehäuses 15 ein Dichtungselement 13 in Form eines O-Rings vorgesehen ist. Dieses Dichtungselement 13 verläuft in Umfangsrichtung / entlang des Umfangs des Durchtritts 17. Es ist in den 1 und 2 jeweils angedeutet, dass dieses Dichtungselement 13 bevorzugt entweder in einer Ringnut 24 der Kunststoffplatte 3 (1) oder des Gehäuses 15 (2) eingesetzt ist. In jenem Fall liegt das Dichtungselement 13 in Bezug auf eine Längsachse des Gewindebolzens 4 gesehen axial zwischen der Kunststoffplatte 3 und dem Wandabschnitt 16. Dadurch wird ein unmittelbar zwischen der Kunststoffplatte 3 und dem Gehäuse 15 vorhandener Spalt verlässlich abgedichtet.
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Die Kunststoffplatte 3 als Kunststoffmatrix ist somit aus einem elektrischen Isolationsmaterial ausgebildet. Die Kunststoffplatte 3 dient daher insbesondere zur Isolation der einzelnen Gewindebolzen 4 (und der Verbindung 14) zueinander sowie zum Gehäuse 15. Zudem kann in die Kunststoffplatte 3 auch eine EMV-Schirmung / EMV-Abschirmung, etwa in Form einer Folie oder einer Zwischenschicht, mit eingespritzt sein.
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Mit anderen Worten ausgedrückt werden erfindungsgemäß zur Übertragung hoher Ströme (Gewinde-)Bolzen 4 aus einem elektrisch sehr gut leitfähigen Material entweder mit einer Kunststoffmatrix (Kunststoffplatte 3) umspritzt oder eingegossen. Die Bolzen weisen an den Enden 22a, 22b Gewinde (Gewindebereiche 7a, 7b) auf, auf die Kabelschuhe 8a, 8b mit Hilfe von Muttern 9a, 9b montiert werden können. Diese reduzieren die in üblichen Stecksystemen auftretenden Übergangswiderstände erheblich. Die Bolzen werden mit Hilfe eines nachträglichen Pottings (Vergussschicht 5) oder eines speziellen Haftvermittlers mediendicht mit der Kunststoffmatrix verbunden. Die Kunststoffmatrix wird als Einsatz am Getriebedurchbruch mit Hilfe eines O-Rings abgedichtet und mit Schrauben 19 montiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kontaktierungsschnittstelle
- 2
- Antriebseinheit
- 3
- Kunststoffplatte
- 4
- Gewindebolzen
- 5
- Vergussschicht
- 6a
- erste Seite
- 6b
- zweite Seite
- 7a
- erster Gewindebereich
- 7b
- zweiter Gewindebereich
- 8a
- erster Kabelschuh
- 8b
- zweiter Kabelschuh
- 9a
- erste Mutter
- 9b
- zweite Mutter
- 10
- Basisbereich
- 11
- Erstreckungsebene
- 12
- Flanschbereich
- 13
- Dichtungselement
- 14
- Verbindung
- 15
- Gehäuse
- 16
- Wandabschnitt
- 17
- Durchtritt
- 18
- Getriebe
- 19
- Schraube
- 20
- Innenumfang
- 21
- Durchgangsloch
- 22a
- erstes Ende
- 22b
- zweites Ende
- 23
- Längsabschnitt
- 24
- Ringnut
- 25
- Vertiefung
