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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, welche ein mehrere Gehäusebauteile umfassendes Gehäuse aufweist, einen im Gehäuse angeordneten Stator sowie mehrere im Gehäuse angeordnete Lager. Zudem umfasst die elektrische Maschine einen Rotor mit einer Rotorwelle, der mithilfe der Lager gegenüber dem Stator um eine Rotationsachse des Rotors und der Rotorwelle drehbar im Gehäuse gelagert ist, und zumindest einen Erdungsring, welcher das Gehäuse und die Rotorwelle elektrisch leitend miteinander verbindet. Die elektrische Maschine kann zum Antriebssystem eines Fahrzeugs gehören, dass außerdem ein Getriebe und einen Umrichter aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer solchen elektrischen Maschine sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen elektrischen Maschine.
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STAND DER TECHNIK
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Eine elektrische Maschine, ein Fahrzeug und ein Verfahren der oben genannten Art sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Insbesondere bei der Verwendung von Frequenzumrichtern können elektrische Spannungen in die Rotorwelle induziert werden, welche langfristig zu einem Lagerschaden und Lagerausfall und damit zu einem Motorschaden und Motorausfall führen können. Grund dafür sind die von der genannten Spannung verursachten elektrischen Ströme zwischen Gehäuse und Rotorwelle, die ohne besondere bauliche Maßnahmen über die Lager fließen und dort langfristig zu Beschädigungen der Laufflächen der Lager führen. Aus diesem Grund ist aus dem Stand der Technik der Einsatz von Erdungsringen bekannt, die einen parallel zum Lager verlaufenden Strompfad bereitstellen, um die genannten Ströme wenigstens teilweise am Lager vorbei führen zu können. Über die Lager fließt dann demgemäß ein geringerer Strom, wodurch Lagerschäden vermieden oder wenigstens hinausgezögert werden können.
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Nachteilig an den bekannten Lösungen ist, dass die Erdungsringe mit zusätzlichen Bauteilen, wie Halteringen oder Haltedeckel, in die elektrische Maschine eingebaut oder außen an der Maschine angebracht werden. Der Aufbau und die Herstellung der elektrischen Maschine sind daher relativ kompliziert.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte elektrische Maschine, ein verbessertes Fahrzeug sowie ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine anzugeben. Insbesondere sollen der Aufbau und die Herstellung der elektrischen Maschine vereinfacht werden.
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Die Aufgabe der Erfindung wird mit einer elektrischen Maschine der eingangs genannten Art gelöst, bei welcher der Erdungsring und ein dazu benachbart angeordnetes Lager der Lager im selben Gehäusebauteil angeordnet sind.
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Darüber hinaus wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Fahrzeug gelöst, welches eine elektrische Maschine der oben genannten Art aufweist, die zum Antreiben des Fahrzeugs vorgesehen ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird schließlich mit einem Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine gelöst, das folgende Schritte umfasst:
- - Bereitstellen eines Rotors mit einer Rotorwelle,
- - Bereitstellen eines mehrere Gehäusebauteile umfassenden Gehäuses mit einem darin angeordneten Stator,
- - Montage mehrerer Lager im Gehäuse,
- - Einpressen oder Einkleben zumindest eines Erdungsrings in ein Gehäusebauteil des Gehäuses benachbart zu einem im selben Gehäusebauteil angeordneten Lager und
- - Montage des Rotors im Gehäuse, wobei der Rotor mithilfe der Lager gegenüber dem Stator um eine Rotationsachse des Rotors und der Rotorwelle drehbar ist und wobei der Erdungsring das Gehäuse und die Rotorwelle über den Kontaktring elektrisch leitend miteinander verbindet.
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Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ergibt sich ein einfacher Aufbau der elektrischen Maschine und damit ein gegenüber dem Stand der Technik einfacheres Verfahren zur Herstellung der elektrischen Maschine. Das Einpressen oder Einkleben des zumindest eines Erdungsrings in das Gehäusebauteil kann dabei vor oder nach der Montage der Lager im Gehäuse erfolgen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung in Zusammenschau mit den Figuren.
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Vorteilhaft ist es beispielsweise, wenn der Erdungsring gegenüber dem Lager gehäuseinnenseitig (das heißt auf der Gehäuse-Innenseite) angeordnet ist. Dadurch ist der Erdungsring gut vor äußeren Einflüssen geschützt.
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Alternativ kann der Erdungsring auch gegenüber dem Lager gehäuseaußenseitig (das heißt auf der Gehäuse-Außenseite) angeordnet sein. Dadurch ist der Erdungsring insbesondere gut vor Schmierstoffen und Kühlmitteln geschützt, die im Inneren einer elektrischen Maschine häufig anzutreffen sind.
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Günstig ist es weiterhin, wenn die elektrische Maschine einen Dichtungsring aufweist, welcher das Gehäuse gegenüber der Rotorwelle abdichtet, wobei der Dichtungsring zwischen dem Erdungsring und dem Lager angeordnet ist. Je nach Lage kann dadurch der Schutz des Erdungsrings vor äußeren oder inneren Einflüssen verbessert werden. Ist der Dichtungsring weiter außen angeordnet, dann wird der Schutz des Erdungsrings vor äußeren Einflüssen verbessert. Ist der Dichtungsring weiter innen angeordnet, dann wird der Schutz des Erdungsrings vor inneren Einflüssen verbessert. Zusätzlich ist der Erdungsring auch gut vor Schmierstoffen geschützt, die aus dem Lager austreten könnten.
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Günstig ist es alternativ auch, wenn die elektrische Maschine einen Dichtungsring aufweist, welcher das Gehäuse gegenüber der Rotorwelle abdichtet, wobei der Erdungsring zwischen dem Dichtungsring und dem Lager angeordnet ist. Auch hier entscheidet die Lage des Dichtungsrings, ob der Schutz des Erdungsrings vor äußeren oder inneren Einflüssen verbessert wird. Ist der Dichtungsring weiter außen angeordnet, dann wird wiederum der Schutz des Erdungsrings vor äußeren Einflüssen verbessert. Ist der Dichtungsring weiter innen angeordnet, dann wird wiederum der Schutz des Erdungsrings vor inneren Einflüssen verbessert. Auch ein abgedichtetes Lager kann einen Schutz des Erdungsrings bieten. Der Erdungsring befindet sich dann gleichsam in einer durch den Dichtungsring und das Lager gebildeten Kammer.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Erdungsring gegenüber dem Lager gehäuseinnenseitig (das heißt auf der Gehäuse-Innenseite) angeordnet ist und der Dichtungsring zwischen dem Erdungsring und dem Lager angeordnet ist. Dadurch ist der Erdungsring gut vor äußeren Einflüssen geschützt, sowie vor Schmierstoffen, die aus dem Lager austreten könnten.
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Von Vorteil ist es auch, wenn eine auf der Rotorwelle im Bereich des Erdungsrings aufgebrachte Kontaktbeschichtung aus Silber vorgesehen ist. Dadurch kann der elektrische Widerstand zwischen dem Gehäuse und der Rotorwelle weiter verringert werden.
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Alternativ ist es auch von Vorteil, wenn die elektrische Maschine einen auf der Rotorwelle im Bereich des Erdungsrings montierten Kontaktring aufweist. Der Kontaktring kann beispielsweise aus Silber bestehen oder mit Silber beschichtet sein und zum Beispiel mittels einer Presspassung auf der Rotorwelle montiert sein oder mit Hilfe eines leitfähigen Klebers mit der Rotorwelle verklebt sein.
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Beispielsweise kann der Erdungsring elektrisch leitfähige und radial ausgerichtete Borsten aufweisen, insbesondere Kohlenstoffborsten. Dadurch gelingt der Ladungsausgleich zwischen Rotorwelle und Gehäuse besonders gut.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind exemplarisch in den beigefügten schematischen Figuren dargestellt. Es zeigen:
- 1 eine schematisch im Halbschnitt dargestellte, beispielhafte elektrische Maschine;
- 2 eine Detaildarstellung einer Anordnung mit einem Lager, einem Wellendichtungsring, einem Erdungsring und einem Kontaktring im Längsschnitt;
- 3 die Anordnung aus 2 in geschnittener Schrägansicht und
- 4 ein beispielhaftes Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine der vorgeschlagenen Art.
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DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Einführend wird festgehalten, dass gleiche Teile in den unterschiedlichen Ausführungsformen mit gleichen Bezugszeichen beziehungsweise gleichen Bauteilbezeichnungen versehen sind, gegebenenfalls mit unterschiedlichen Indizes. Die in der Beschreibung enthaltene Offenbarung eines Bauteils kann sinngemäß auf ein anderes Bauteil mit gleichem Bezugszeichen beziehungsweise gleicher Bauteilbezeichnung übertragen werden. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie zum Beispiel „oben“, „unten“, „hinten“, „vorne“, „seitlich“ und so weiter auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
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1 zeigt einen Halbschnitt durch eine schematisch dargestellte elektrische Maschine 1. Die elektrische Maschine 1 umfasst ein mehrere Gehäusebauteile 2, 3, 4 umfassendes Gehäuse 5, wobei das Gehäusebauteil 2 konkret als erstes (hinteres) Lagerschild ausgebildet ist, das Gehäusebauteil 3 als zweites (vorderes) Lagerschild und das Gehäusebauteil 4 als Statormantel. Die elektrische Maschine 1 umfasst weiterhin einen im Gehäuse 5 angeordneten Stator 6 mit einem Statorblechpaket 7 mit mehreren Statorblechen, die in diesem Beispiel nicht im Einzelnen dargestellt sind, sowie in diesen angeordnete Statorwicklungen 8. Konkret ist der Stator 6 im Statorgehäuse 5 angeordnet. Weiterhin umfasst die elektrische Maschine 1 mehrere im Gehäuse 5 angeordnete Lager 9a, 9b. Konkret sitzt das erste Lager 9a im ersten Lagerschild 2 und das zweite Lager 9b im zweiten Lagerschild 3.
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Zudem umfasst die elektrische Maschine 1 einen Rotor 10 mit einem Rotorblechpaket 11 mit mehreren aufeinander gestapelten Rotorblechen, die in der 1 ebenfalls nicht im Einzelnen dargestellt sind. Das Rotorblechpaket 11 sitzt auf einer Rotorwelle 12, welche mithilfe der Lager 9a, 9b gegenüber dem Stator 6 um eine Rotationsachse A des Rotors 10 und der Rotorwelle 12 drehbar im Gehäuse 5 gelagert ist. Darüber hinaus umfasst die elektrische Maschine 1 einen ersten Erdungsring 13a, welcher im ersten Lagerschild 2 angeordnet ist und das Gehäuse 5 und die Rotorwelle 12 elektrisch leitend miteinander verbindet, sowie einen optionale zweiten Erdungsring 13b, welcher im zweiten Lagerschild 3 angeordnet ist und das Gehäuse 5 und die Rotorwelle 12 elektrisch leitend miteinander verbindet.
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Der Erdungsring 13a und das dazu benachbart angeordnete Lager 9a sind im selben Gehäusebauteil 2 angeordnet, und der Erdungsring 13b und das dazu benachbart angeordnete Lager 9b sind im selben Gehäusebauteil 3 angeordnet, wodurch sich ein einfacher Aufbau der elektrischen Maschine 1 und damit ein gegenüber dem Stand der Technik einfacheres Verfahren zur Herstellung der elektrischen Maschine 1 ergeben.
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Ein Verfahren zum Herstellen der elektrischen Maschine 1 kann insbesondere folgende Schritte aufweisen:
- - Bereitstellen des Rotors 10 mit der Rotorwelle 12,
- - Bereitstellen des Gehäuses 5 mit dem darin angeordneten Stator 6,
- - Montage mehrerer Lager 9a, 9b im Gehäuse 5,
- - Einpressen oder Einkleben des zumindest eines Erdungsrings 13a, 13b in ein Gehäusebauteil 2, 3, 4 des Gehäuses 5 benachbart zu einem im selben Gehäusebauteil 2, 3, 4 angeordneten Lager 9a, 9b und
- - Montage des Rotors 10 im Gehäuse 5, so dass der Rotor 10 mithilfe der Lager 9a, 9b gegenüber dem Stator 6 um die Rotationsachse A des Rotors 10 und der Rotorwelle 12 drehbar ist und der Erdungsring 13a, 13b das Gehäuse 5 und die Rotorwelle 12 über den Kontaktring 16 elektrisch leitend miteinander verbindet.
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Das Einpressen oder Einkleben des zumindest einen Erdungsrings 13a, 13b in das Gehäusebauteil 2, 3, 4 kann vor oder nach der Montage der Lager 9a, 9b im Gehäuse 5 erfolgen.
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Die in der 1 dargestellte Aufteilung des Gehäuses 5 in die Gehäusebauteile 2, 3, 4 ist nicht zwingend. Stattessen kann das erste Lagerschild 2 auch an das Statorgehäuse 4 angeformt und/oder mit diesem einteilig und topfförmig ausgebildet sein. Gleiches gilt für das zweite Lagerschild 3, das ebenfalls mit dem Statorgehäuse 4 einteilig und topfförmig ausgebildet sein kann.
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Die 2 und 3 zeigen nun Detaildarstellungen einer Anordnung mit einem Lager 9a, das mit Hilfe von zwei Wellensicherungsringen 14a, 14b in einem ersten Lagerschild 2' und auf einer Rotorwelle 12' fixiert ist, einem Wellendichtungsring 15, einem im ersten Lagerschild 2' angeordneten Erdungsring 13a und einem auf der Rotorwelle 12' im Bereich des Erdungsrings 13a montierten Kontaktring 16. Die 2 zeigt die Anordnung im Schnitt und die 3 in geschnittener Schrägansicht.
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In den 2 und 3 sind elektrisch leitfähige und radial ausgerichtete Borsten 17 des Erdungsring 13a im Detail dargestellt. Mit diesen wird die elektrische Verbindung zwischen dem Gehäuse 5 und die Rotorwelle 12', hier konkret über den optionalen Kontaktring 16, hergestellt. Beispielsweise können die Borsten 17 aus Kohlenstoff bestehen oder Kohlenstoff aufweisen.
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Um die elektrische Verbindung zwischen Gehäuse 5 und Rotorwelle 12' zu verbessern, kann der Kontaktring 16 aus Silber bestehen oder mit Silber beschichtet sein. Beispielsweise kann der Kontaktring 16 mittels einer Presspassung auf der Rotorwelle 12' montiert sein oder mit der Rotorwelle 12' mit Hilfe eines leitfähigen Klebers verklebt sein. Anstelle eines Kontaktrings 16 kann auch eine auf der Rotorwelle 12' im Bereich des Erdungsrings 13a aufgebrachte Kontaktbeschichtung aus Silber vorgesehen sein. Grundsätzlich ist aber auch eine Ausführungsvariante ohne Kontaktring 16 und ohne Kontaktbeschichtung möglich.
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In den in den 1 bis 3 dargestellten Beispielen ist sind die Erdungsringe 13a, 13b gegenüber den Lagern 9a, 9b gehäuseinnenseitig, das heißt auf der Gehäuse-Innenseite, angeordnet ist. Dadurch sind die Erdungsringe 13a, 13b gut vor äußeren Einflüssen geschützt. Dies wird auch dadurch unterstützt, dass der Dichtungsring 15 zwischen dem Erdungsring 13a und dem Lager 9a angeordnet ist.
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In einer weiteren Ausführungsform der elektrischen Maschine 1 kann der Erdungsring 13a auch zwischen dem Dichtungsring 15 und dem Lager 9a angeordnet sein. Dadurch ist der Erdungsring 13a insbesondere auch gut vor Schmierstoffen und Kühlmitteln geschützt, die im Inneren einer elektrischen Maschine 1 häufig anzutreffen sind.
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Alternativ wäre auch denkbar, dass die Erdungsringe 13a, 13b gegenüber den Lagern 9a, 9b gehäuseaußenseitig, das heißt auf der Gehäuse-Außenseite, angeordnet sind. Dadurch sind die Erdungsringe 13a, 13b gut vor Schmierstoffen und Kühlmitteln geschützt, die im Inneren einer elektrischen Maschine 1 häufig anzutreffen sind. Auch bei dieser Ausführungsform ist vorstellbar, dass der Dichtungsring 15 zwischen dem Erdungsring 13a und dem Lager 9a angeordnet ist, wodurch der Erdungsring 13a zusätzlich auch gut vor Schmierstoffen geschützt ist, die aus dem Lager 9a austreten könnten, oder dass der Erdungsring 13a zwischen dem Dichtungsring 15 und dem Lager 9a angeordnet ist, wodurch der Erdungsring 13a besonders gut vor äußeren Einflüssen geschützt ist.
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An dieser Stelle wird angemerkt, dass die oben offenbarten Anordnungen auch zwei Wellendichtungsringe 15 beidseits des Lagers 9a oder zwei Wellendichtungsringe 15 beidseits des Erdungsrings 13a aufweisen können. Denkbar wäre prinzipiell auch die Anwendung von drei Wellendichtungsringen 15, welche das Lager 9a und den Erdungsring 13a in getrennten Kammern einschließen.
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Zudem wird angemerkt, dass in den 2 und 3 zwar nur eine Anordnung mit einem Lager 9a, einem Wellendichtungsring 15, einem Erdungsring 13a und einem Kontaktring 16 dargestellt ist, und zwar im Bereich des ersten Lagerschilds 2', die damit offenbarte technische Lehre aber selbstverständlich auf die Anordnung im Bereich des zweiten Lagerschilds 3 anwendbar ist.
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Die 4 zeigt schließlich die in ein Fahrzeug 18 eingebaute elektrische Maschine 1. Das Fahrzeug 18 weist zwei Achsen auf, von denen eine angetrieben ist. Alternativ können beide Achsen des Fahrzeugs von einer solchen elektrischen Maschine angetrieben werden. Im vorliegenden Fall ist die elektrische Maschine 1 über ein optionales Getriebe 19 mit den Halbachsen 20 der Hinterachse verbunden. An den Halbachsen 20 sind schließlich die angetriebenen Räder 21 montiert. Die elektrische Maschine 1, das Getriebe 19 und die Halbachsen 20 sind dabei Teil des Antriebsstrangs des Fahrzeugs 18. Der Antrieb des Fahrzeugs 18 erfolgt zumindest teilweise oder zeitweise durch die elektrische Maschine 1. Das heißt, die elektrische Maschine 1 kann zum alleinigen Antrieb des Fahrzeugs 18 dienen oder zum Beispiel im Verbund mit einer Verbrennungskraftmaschine vorgesehen sein (Hybridantrieb).
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Abschließend wird festgehalten, dass der Schutzbereich durch die Patentansprüche bestimmt ist. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind jedoch zur Auslegung der Ansprüche heranzuziehen. Die in den Figuren enthaltenen Merkmale können beliebig ausgetauscht und miteinander kombiniert werden. Insbesondere wird auch festgehalten, dass die dargestellten Vorrichtungen in der Realität auch mehr oder auch weniger Bestandteile als dargestellt umfassen können. Teilweise können die dargestellten Vorrichtungen beziehungsweise deren Bestandteile auch unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrische Maschine
- 2, 2'
- erstes Lagerschild
- 3
- zweites Lagerschild
- 4
- (mittleres) Gehäuseteil
- 5
- Gehäuse
- 6
- Stator
- 7
- Statorblechpaket
- 8
- Statorwicklung
- 9a, 9b
- (Wälz)lager
- 10
- Rotor
- 11
- Rotorblechpaket
- 12, 12'
- Rotorwelle
- 13a, 13b
- Erdungsring
- 14a, 14b
- Sicherungsring
- 15
- Dichtungsring
- 16
- Kontaktring
- 17
- Borste
- 18
- Fahrzeug
- 19
- Getriebe
- 20
- Halbachse
- 21
- Rad
- A
- Drehachse
