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Die Erfindung betrifft einen Haftmagnet.
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Haftmagnete werden typischerweise
eingesetzt, um Türen
von Gebäuden
oder von Schränken etc.
geschlossen zu halten. Solche Haftmagnete sind in verschiedenen
Ausführungsformen
bekannt. Dabei können
die Haftmagnete verschieden ausgebildet werden, um unterschiedliche
Funktionen zu erfüllen.
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Bei vielen Anwendungen ist ein Haftmagnet von
Vorteil, welcher ein Bauteil ohne dauernden Leistungsverbrauch gegen
externe Kräfte
festhält,
also ein Haften im unbestromten Zustand bewirkt. Bei Bedarf wird
durch einen kurzen Stromimpuls geeigneter Polarität die Haftkraft
weitestgehend aufgehoben, so dass ein Abfallen bewirkt wird, so
dass das gehaltene Bauteil durch die Wirkung einer kleinen externen Kraft
abfallen kann.
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Üblicherweise
sind derartige Haftmagnete aus spanend hergestellten Eisenkreisen
mit integrierten Hartmagneten aufgebaut. Dabei ist jedoch problematisch,
dass die Haftmagnetsysteme eine mit größer werdendem Abstand stark
fallende Kraft-Weg-Kennlinie haben. Ferner lassen sich die Hart-
bzw. Permanentmagnete wirtschaftlich nur mit großen Maßtoleranzen fertigen. Es ist
daher oft nach der Montage noch erforderlich, die Haftmagnete eben
zu schleifen, um eine plane Haftfläche zu schaffen. Anschließend wird
auf die geschliffene Oberfläche
häufig
noch eine Schutzschicht zum Schutz vor Korrosionen aufgebracht.
Insgesamt ist die Monatage und Fertigung derartiger Haftmagnete
somit sehr aufwändig.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung,
einen verbesserten Haftmagneten mit durch Stromfluss variierender
Kraft bereitzustellen, welcher eine vereinfachte Fertigung und Montage
zulässt.
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Diese Aufgabe wird durch einen Haftmagneten
mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Der erfindungsgemäße Haftmagnet weist zumindest
eine elektrisch bestrombare Spule und zumindest zwei einseitig offene
weichmagnetische Jochelemente auf. Die Jochelemente durchdringen
jeweils mit mindestens einem Jochabschnitt die Spule zumindest teilweise.
Dabei sind die beiden Jochelemente voneinander beabstandet. Zwischen
den beiden Jochelementen ist zumindest ein Hartmagnetelement angeordnet.
Ferner weist jedes Jochelement eine Haftfläche auf, welche mit einem Anker,
insbesondere einer Ankerplatte bzw. Haftplatte zusammenwirken kann.
Ein derartiger Haftmagnet wirkt bevorzugt derart, dass im unbestromten
Zustand der Spule durch das Hartmagnetelement bzw. den Permanentmagneten
eine Haftkraft an der Haftfläche
erzeugt wird, welche einen zugehörigen
Anker festhält. Durch
Bestromen der Spule mit einem Strom geeigneter Polarität wird die
Haftkraft des Hartmagneten im Wesentlichen aufgehoben, so dass die
Haftkraft an den Haftflächen
nachlässt
und der Anker von den Haftflächen
gelöst
werden kann. Der Aufbau des erfindungsgemäßen Haftmagneten ist sehr einfach,
da er im Wesentlichen nur aus drei Bauteilen, nämlich zwei Jochelementen, einem
Hartmagnetelement und einer Spule besteht. Dadurch, dass die Jochelemente
einseitig offen ausgebildet sind, können sie sehr leicht in die
Spule eingesteckt werden, so dass eine einfache Montage möglich ist.
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Die Jochelemente weisen vorzugsweise zwei
voneinander beabstandete Jochschenkel auf, welche jeweils über ein
Flussleitelement miteinan der verbunden sind. Das bedeutet, die Jochelemente sind
im Wesentlichen C- bzw. U-förmig
ausgebildet. Die zwei freien Schenkel erstrecken sich im Wesentlichen
parallel zueinander und sind an einem ihrer Enden über das
Flussleitelement in Form eines Steges miteinander verbunden. Die
einseitig offene Ausgestaltung der Jochelemente ermöglicht ein
leichtes Einsetzen in die Spule bzw. den Spulenkörper.
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Vorzugsweise durchdringt jedes Jochelement
mit einem ersten Jochschenkel die Spule zumindest teilweise. Die
zweiten vorzugsweise zu den ersten Jochschenkel parallelen Jochschenkel
der Jochelemente erstrecken sich bei dieser Anordnung außerhalb
der Spule. Die Jochschenkel lassen sich leicht in das Innere der
Spule einsetzen bzw. einstecken.
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Die Jochelemente werden bevorzugt
derart angeordnet, dass die Flussleitelemente zweier benachbarter
Jochelemente an entgegengesetzten Seiten der Spule angeordnet sind.
Somit bilden die gegenüberliegen
und zueinander überlappend
angeordneten Jochelemente quer zur Wickelrichtung der Spule einen
geschlossenen Kreis.
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Das Hartmagnetelement ist zweckmäßigerweise
zwischen den die Spule durchdringenden Jochabschnitten zweier Jochelemente
angeordnet. Das Hartmagnetelement ist mindestens als hartmagnetische
bzw. permanentmagnetische Scheibe ausgebildet, welche mit den benachbarten
Jochelementen in Wirkverbindung steht.
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Bevorzugt weist ein erstes Jochelement
eine von dem Hartmagnetelement übertragene
Nordpolausrichtung auf, während
ein zweites Jochelement eine von dem Hartmagnetelement übertragene
Südpolausrichtung
aufweist. Das bedeutet, das Hartmagnetelement ist zwischen den Jochelementen
so angeordnet, dass der Nordpol des Magnetelementes mit dem ersten
Jochelement in Kontakt ist bzw. zusammenwirkt, während der Südpol des Hartmagneten mit dem
zweiten Jochelement in Kontakt ist bzw. zusammenwirkt.
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Die Haftflächen der einzelnen Jochelemente liegen
vorzugsweise in derselben Ebene. Auf diese Weise wird eine plane
Anlageebene geschaffen, so dass eine plane Ankerplatte bzw. Haftplatte,
welche mit dem Haftmagneten zusammenwirkt, vorzugsweise flächig mit
den Haftflächen
sämtlicher
Jochelemente in Kontakt kommt. Auf diese Weise kann eine möglichst
große
Haftkraft erzeugt werden. Die Haftflächen sind bevorzugt jeweils
an dem zweiten außerhalb
der Spule gelegenen Jochschenkel ausgebildet. Auf diese Weise wird
durch die einander gegenüberliegenden
Jochelemente mit den zwischengelagerten Hartmagneten in Zusammenwirkung
mit einer an den Haftflächen
anliegenden Ankerplatte ein geschlossener magnetischer Kreis gebildet.
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Gemäß einer besonders bevorzugten
Ausführungsform
sind die Jochelemente identisch ausgebildet. Dadurch, dass mehrere
oder sämtliche
Jochelemente identisch ausgebildet sind, kann eine kostengünstige Fertigung
realisiert werden, da die Zahl unterschiedlicher Bauteile minimiert
wird. Die Jochelemente werden vorzugsweise aus einem weichmagnetischen
Material wie Eisen ausgestanzt bzw. ausgeschnitten. Alternativ können die
Jochelemente auch durch andere geeignete Herstellungsverfahren,
beispielsweise Umformen aus einem geeigneten weichmagnetischen Material
gefertigt werden.
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Die Spule weist vorzugsweise einen
Spulenkörper
auf, in dessen Innerem Aufnahmeeinrichtungen zur Aufnahme der die
Spule durchdringenden Jochabschnitte vorgesehen sind. In diese Aufnahmeeinrichtungen
werden die Jochabschnitte bzw. Jochschenkel der Jochelemente einfach
eingesteckt. Dabei werden zwei benachbarte Jochelemente vorzugsweise
von entgegengesetzten Seiten in den Spulenkörper eingesetzt, so dass die
Flussleitelemente an entgegengesetzten Seiten der Spule zu liegen
kommen, um einen geschlossenen magnetischen Kreis zu bilden.
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Weiter bevorzugt ist im Inneren des
Spulenkörpers
ebenfalls eine Aufnahmeinrichtung zur Aufnahme des Hartmagnetelementes
ausgebildet. So kann auch das Hartmagnetelement einfach in den Spulenkörper eingesteckt
werden, wodurch die Montage vereinfacht wird.
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Die Aufnahmeeinrichtungen weisen
vorzugsweise Fixiermittel zum Fixieren der Jochabschnitte bzw. der
Hartmagnetelemente auf. So können
die Elemente innerhalb des Spulenkörpers beim Einstecken leicht
fixiert werden. Beispielsweise können
im Inneren des Spulenkörpers
Rastmittel ausgebildet sein, welche mit korrespondierenden Rastmitteln
an den Jochschenkeln bzw. dem Hartmagnetelement in Eingriff treten.
So können
im Inneren des Spulenkörpers
Rastvorsprünge
ausgebildet sein, welche in entsprechende Rastausnehmungen an den
Jochschenkeln bzw. dem Hartmagnetelement eingreifen, um diese im
Inneren des Spulenkörpers
zu fixieren. So sind keine zusätzlichen
Montageschritte oder Befestigungsmittel zum Fixieren der einzelnen
Elemente im Inneren des Spulenkörpers
erforderlich, so dass eine sehr einfache kostengünstige Montage gewährleistet
ist.
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Besonders bevorzugt sind die die
Spule durchdringenden Jochabschnitte mit Spiel gegenüber der
Spule und dem Hartmagnetelement gelagert. Dieses Spiel stellt eine
gewisse Beweglichkeit der Jochelemente und des Hartmagnetelementes
im Inneren des Spulenkörpers
sicher. So können
auch Jochelemente und Hartmagnetelemente mit größeren Maßtoleranzen problemlos montiert
werden. Die Beweglichkeit der Jochelemente gewährleistet, dass die Jochelemente
sich bei Kontakt mit dem Hartmagnetelement und einer Ankerplatte
selbsttätig
ausrichten. So wird durch das Bewegungsspiel der Jochelemente und
vorzugsweise ebenfalls des Hartmagneten im Inneren des Spulenkörpers selbsttätig eine
lagegerechte und magnetisch optimale Ausrichtung erreicht, welche
gewährleistet,
dass die Haftflächen
immer flächig
an einer Ankerplatte zu liegen kommen, um eine möglichst große Haftkraft aufzubringen.
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Zusätzlich können zwischen dem Harfmagnetelement
und den Jochelementen Gleitmittel angeordnet sein, um eine bessere
Beweglichkeit der Jochelemente relativ zu dem Hartmagnetelement
zu gewährleisten.
Es können
beispielsweise gleitfähige Körper vorzugsweise
aus Kunststoff zwischen den Jochelementen und den Hartmagnetelementen
zwischengelagert werden. Alternativ können Wälzkörper vorzugsweise aus Kunststoff
zwischen den Jochelementen und den Harfmagnetelementen angeordnet werden.
Alternativ ist es auch denkbar, das Hartmagnetelement und/oder die
angrenzenden Jochelemente mit einer Beschichtung mit geringem Reibungskoeffizienten
zu versehen.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform sind
drei oder mehr Jochelemente vorgesehen und zwischen zwei benachbarten
Jochelementen ist jeweils mindestens ein Harfmagnetelement in Form
einer permanentmagnetischen Scheibe bzw. eines Permanentmagneten
zwischengelagert. Auch bei Verwendung mehrerer Jochelemente und
Hartmagnete entspricht der prinzipielle Aufbau und die Funktionsweise
den oben beschriebenen Ausführungsformen.
Die zueinander benachbarten Jochelemente sind vorzugsweise immer
gegenüberliegend
dem Spulenkörper
angeordnet, so dass die Flussleitelemente einander benachbarter
Jochelemente jeweils an entgegengesetzten Stirnseiten des Spulenkörpers gelegen
sind. Dabei sind die Stirnseiten des Spulenkörpers die Stirnseiten in der
Durchdringungsrichtung der Jochschenkel.
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Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand
der beigefügten
Figuren beschrieben. In diesen zeigt:
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1 schematisch
die Anordnung von Jochelementen, Hartmagnet und Spule,
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2 eine
perspektivische Ansicht eines Jochelementes,
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3 eine
perspektivische Ansicht eines Spulenkörpers,
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4 die
schematische Ansicht eines Haftmagneten mit drei Jochelementen
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1 zeigt
den prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäßen Haftmagneten. Gemäß einer
ersten, einfachsten Ausführungsform,
besteht der Haftmagnet aus mindestens zwei, vorzugsweise identischen
Jochelementen 2 und 4, einem zwischengelagerten
Hartmagnetelement 6 und einer Spule B. Der Haftmagnet besteht
somit im einfachsten Fall aus lediglich vier Bauelementen. Der Haftmagnet
wirkt mit einer Haft- bzw. Ankerplatte 10 zusammen, welche an
dem Haftmagneten gehalten werden soll.
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Die Jochelemente 2 und 4 sind
vorzugsweise identisch im Wesentlichen C- bzw. U-förmig ausgebildet.
Der Aufbau der Jochelemente 2 und 4 wird näher anhand
von 2 beschrieben, welche
eine perspektivische Ansicht eines einzelnen Jochelementes zeigt.
Da die Jochelemente 2 und 4 identisch ausgebildet
sind, erfolgt die Beschreibung anhand von 2 nur am Beispiel des Jochelementes 2.
Das Jochelement 2 ist im Wesentlichen U-förmig ausgebildet
und weist zwei zueinander parallele Jochschenkel 2a und 2b auf.
Die Jochschenkel 2a und 2b sind an ihrem einen
Ende über
einen Steg 2c miteinander verbunden, welcher als Flussleitelement
wirkt. Die Außenfläche 2d des
Schenkels 2a ist als Haftfläche ausgebildet. Die Haftfläche 2d tritt
mit einer Haft- bzw. Ankerplatte 10, welche angezogen werden
soll, in Kontakt. Der Schenkel
2b ist derjenige Schenkel, welcher
in den Spulenkörper
eingesteckt wird, so dass er die Spule durchdringt. An der Außenseite
des Schenkels 2b ist eine Rastausnehmung 2e ausgebildet,
welche mit einem entsprechenden Rastvorsprung im Inneren des Spulenkörpers in
Eingriff tritt, um das Jochelement im Inneren des Spulenkörpers zu
fixieren. Das in 1 gezeigte
zweite Jochelement 4 weist entsprechend Jochschenkel 4a, 4b,
einen diese miteinander verbindenden Steg 4c sowie eine
Haftfläche 4d und
eine Rastaufnehmung 4e auf.
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Zwischen den beiden Jochschenkeln 4b und 2b,
welche die Spule 8 durchdringen, ist ein Hart- bzw. Permanentmagnet
angeordnet. Der Permanentmagnet 6 ist so angeordnet, dass
sein Südpol
mit dem Jochelement 2 und sein Nordpol mit dem Jochelement 4 in
Wirkverbindung steht. Dabei liegt der Südpol angrenzend zu dem Jochschenkel 2b und
der Nordpol angrenzend zu dem Jochschenkel 4b. Die Jochelemente 2 und 4 durchdringen
die Spule 8 von entgegengesetzten Seiten, so dass die Flussleitelemente
bzw. Stege 2c und 4c in Durchdringungsrichtung
an entgegengesetzten Seiten der Spule 8 gelegen sind. Somit
bilden die Jochelemente 2 und 4 gemeinsam mit
dem Hartmagneten 6 und einer anhaftenden Ankerplatte 10 einen
geschlossenen magnetischen Kreis. Auf diese Weise wird an den Haftflächen 2d und 4d eine
große
Haftkraft erzeugt, um die Ankerplatte 10 festzuhalten.
Die Spule 8 kann dermaßen
bestromt werden, dass in den Jochelementen 2 und 4 ein
Magnetfeld entgegengesetzt zu dem Magnetfeld des Permanentmagneten 6 erzeugt
wird, so dass die von dem Permanentmagneten 6 erzeugte Haftkraft
im Wesentlichen überwunden
wird und die Haftplatte 10 von den Haftflächen 2d und 4d gelöst werden
kann.
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Die Jochelemente 2 und 4 sowie
der Hartmagnet 6 werden so in einen Spulenkörper eingesetzt, dass
die einzelnen Elemente und insbesondere die Jochelemente 2 und 4 im
Inneren des Spulenkörpers mit
Spiel gelagert sind. Dies hat den Vorteil, dass Jochelemente 2, 4 und
Hartmagne te 6 mit geringeren Toleranzen verwendet werden
können,
was die Fertigungskosten reduziert. Die Jochelemente 2 und 4 richten
sich durch das von dem Hartmagneten 6 bzw. der Spule 8 erzeugte
Magnetfeld selbsttätig
lagegerecht und magnetisch optimal angeordnet aus. Somit wird insbesondere
erreicht, dass die Haftflächen 2d und 4d in
derselben Ebene liegen, so dass eine plane Anker- bzw. Haftplatte 10 gleichzeitig
flächig
an den Haftflächen 2d und 4d anliegen
kann und eine große Haftkraft
erzeugt wird.
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Die Jochelemente 2 und 4 sowie
der Hartmagnet 6 werden entweder durch Spannmittel oder durch
den Spulenkörper
zusammengehalten.
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Ein solcher Spulenkörper ist
beispielhaft in 3 gezeigt.
Der Spulenkörper 12 weist
zwei beabstandet zueinander angeordnete Platten bzw. Flansche 14 und 16 sowie
einen zwischengelagerten Verbindungsabschnitt 18 auf. Der
Verbindungsabschnitt 18 ist hohl bzw. rohrförmig ausgebildet,
so dass in seinem Inneren ein Aufnahmeraum 20 gebildet
wird, welcher die Jochschenkel 2b und 4b sowie
den Hartmagneten 6 aufnimmt. Die Flansche 14 und 16 sind mit
dem Verbindungsstück 18 vorzugsweise
einstöckig,
beispielsweise aus Kunststoff ausgebildet. Um das Verbindungsstück 18 wird
die Wicklung der Spule aufgebracht. Im Inneren des Aufnahmeraumes 20 sind
Rastvorsprünge 22 angeordnet,
welche in die Rastaufnehmungen 2e und 4e an den
Jochelementen 2 und 4 eingreifen. Während die
Jochelemente 2 und 4 seitlich der Durchdringungsachse
X der Spule angeordnet werden, ist zentral in dem Aufnahmeraum 20 ein
Vorsprung 24 ausgebildet, auf dem der Hartmagnet 6 angeordnet
wird. An dem Vorsprung 24 können ebenfalls Rastmittel zum
Fixieren des Hartmagneten 6 ausgebildet sein.
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Dieser Aufbau des Spulenkörpers 12,
der Jochelemente 2, 4 und des Hartmagneten 6 ermöglicht eine
kostengünstige
Fertigung und einfache Montage. Die Jochelemente 2 und 4 sowie
der Hartmagnet 6 wer den einfach in den Aufnahmeraum 20 des
Spulenkörpers 12 mit
der aufgebrachten Wicklung eingesteckt. Zusätzliche Befestigungsvorgänge sind
nicht erforderlich. Ferner sind keine zusätzlichen Bearbeitungsschritte
wie Schleifen etc. erforderlich, um plane Anlageflächen für eine Ankerplatte
zu schaffen. Die Jochelemente 2 und 4 richten
sich aufgrund des im Inneren des Aufnahmeraums 20 vorhandenen Spiels
selbstständig
aus, so dass sie flächig
an der Ankerplatte 10 zu liegen kommen.
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Alternativ oder zusätzlich zu
den Rastvorsprüngen 22 können andere
Fixiermittel im Inneren des Aufnahmeraumes 20 bzw. an den
Jochelementen 2 und 4 ausgebildet werden. Beispielsweise
können
hier Federelemente angeordnet werden, welche die Jochelemente und
vorzugsweise auch den Hartmagneten 6 im Inneren des Spulenkörpers fixieren. Zwischen
dem Hartmagneten 6 und den Jochelementen 2 und 4 können ferner
Gleitelemente angeordnet werden, welche die Reibung zwischen den
aneinander angrenzenden Elementen minimieren, so dass die Beweglichkeit
der Jochelemente im Inneren des Spulenkörpers 12 verbessert
wird. Alternativ oder zusätzlich
können
geeignete Beschichtungen mit geringen Reibungskoeffizienten auf
den Hartmagneten 6 und/oder die Jochelemente 2 und 4 und
insbesondere die Jochschenkel 2b und 4b aufgebracht werden.
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4 zeigt
eine Abwandlung der in 1 gezeigten
Ausführungsform
der Erfindung. Gemäß der Ausführungsform
in 4 sind drei Jochelemente 2, 4 und 5 vorgesehen.
Die Anordnung der Jochelemente 2 und 4 mit dem
dazwischenliegenden Hartmagneten 6 entspricht der Anordnung,
welche anhand von 4 beschrieben
wurde. Zusätzlich
ist benachbart zu dem Jochelement 4 an der dem Jochelement 2 entgegengesetzten
Seite ein weiteres Jochelement 5 angeordnet. Das Jochelement 5 ist ebenfalls
identisch ausgebildet wie die Jochelemente 2 und 4.
Das Jochelement 5 durchdringt die Spule 8 von
derselben Seite wie das Jochelement 2, so dass die Jochelemente 2, 4 und 5 die
Spule 8 abwechselnd von entgegengesetzten Seiten her durchdringen.
Zwischen dem Jochelement 4 und dem Jochelement 5 ist
ein weiterer Hartmagnet 7 entsprechend dem Hartmagneten 6 angeordnet.
Dabei ist der Hartmagnet 7 so angeordnet, dass sein Südpol mit
dem Jochelement 4 und sein Nordpol mit dem Jochelement 5 zusammenwirkt.
Dadurch erfahren die Jochelemente 2 und 5 eine
Nordpolausrichtung, während das
Jochelement 4 eine Südpolausrichtung
erfährt. Die
Haftflächen 5d, 4d und 2d der
Jochelemente 5, 4 und 2 treten mit einer
festzuhaltenden Anker- bzw. Haftplatte in Kontakt. Auf diese Weise
werden gemeinsam mit der Haftplatte (in 4 nicht gezeigt) zwei magnetische Kreise
geschaffen, einer durch die Jochelemente 4 und 5 und
der andere durch die Jochelemente 4 und 2. Auch
bei der Ausführungsform gemäß 4 werden die Jochelemente 2, 4 und 5 sowie
die Hartmagneten 6 und 7 entsprechend der anhand
der 1 bis 3 erläuterten Weise im Inneren eines
Spulenkörpers 12 in
einem entsprechend ausgestalteten Aufnahmeraum angeordnet. Dabei
erfolgt auch bei dieser Ausführungsform
die Anordnung vorzugsweise mit Spiel, so dass sich die Jochelemente 2, 4 und 5 selbsttätig ausrichten
können,
damitinsbesondere die Haftflächen 2d, 4d und 5d immer
in derselben Ebene liegen, wenn sie mit der Oberfläche eines
Ankers in Kontakt treten.
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Neben den erläuterten Ausführungsformen mit
zwei und drei Jochelementen sind auch Ausführungsformen mit mehr als drei
Jochelementen denkbar, wobei die einzelnen Jochelemente entsprechend der
Ausführungsform
in 4 abwechselnd von
entgegengesetzten Seiten in eine Spule eingesteckt werden, so dass
die Flussleitelemente der einzelnen Jochelemente abwechselnd an
entgegengesetzten Seiten der Spule angeordnet sind. Zwischen den
einzelnen Jochelementen werden hartmagnetische Scheiben bzw. Elemente
angeordnet, welche mit den angrenzenden Jochelementen zusammenwirken. Dabei
werden die hartmagnetischen Elemente abwechselnd mit entgegengesetzter
magnetischer Ausrichtung angeordnet, so dass jedes Jochelement entweder
nur mit Südpolen
angrenzender Hartmagnete oder nur mit Nordpolen angrenzender Hartmagnete zusammenwirkt.
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- 2,
4, 5
- Jochelemente
- 2a,
4a
- Jochschenkel
- 2b,
4b
- Jochschenkel
- 2c,
4c
- Verbindungsstege
bzw. Flussleitelemente
- 2d,
4d, 5d
- Haftflächen
- 2e,
4e
- Rastausnehmungen
- 6,
7
- Hartmagnete
- 8
- Spule
- 10
- Anker
- 12
- Spulenkörper
- 14,
16
- Flansche
- 18
- Verbindungsstück
- 20
- Aufnahmeraum
- 22
- Rastvorsprung
- 24
- Vorsprung