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Die Erfindung betrifft einen Gasgenerator mit einem länglichen Außengehäuse und einem einen Festtreibstoff enthaltenden, langgestreckten Brennkammereinsatz mit einer rohrförmigen Wand, wobei der Brennkammereinsatz ein erstes und eines zweites axiales Ende hat und in dem Außengehäuse aufgenommen ist.
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Die Befestigung des Brennkammereinsatzes im Gasgenerator sollte aus Kostengründen so einfach und schnell wie möglich zu bewerkstelligen sein. Gleichzeitig muß aber sichergestellt sein, daß der Brennkammereinsatz über die gesamte Lebensdauer des Gasgenerators ohne Spiel gehalten ist, um z. B. ein Klappern zu verhindern.
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Aus dem Stand der Technik sind unterschiedlich ausgebildete Gasgeneratoren bekannt. So zeigt zum Beispiel die
DE 199 03 237 A1 einen Gasgenerator, bei dem die Brennkammer durch ein insgesamt konisch geformtes, an beiden Enden offenes Rohr aus Lochblech gebildet ist. Am schmaleren Ende trifft die Brennkammerwand unter einem Winkel auf die Innenwand des Außengehäuses, so daß sie nur mit einer schmalen Kante am Außengehäuse anliegt.
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Weiterhin zeigt die
DE 693 20 037 T2 einen Gasgenerator, dessen Brennkammer aus einem zylindrischen Lochblechrohr geformt ist. An einem Ende ist eine Vorspanneinheit angesetzt, die den Treibstoff im Inneren der Brennkammer unter Spannung hält. Die Brennkammer ist im Außengehäuse über Ausnehmungen an einem Ende der Brennkammer, die über Vorsprünge am Außengehäuse greifen, gegen Verdrehung gesichert.
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Daneben zeigt die
DE 298 05 027 U1 einen kugelförmigen Gasgenerator mit einer Brennkammer, welche an ihrem Außenumfang von einem Lochblech umgeben ist, wobei sich im Inneren des Lochblechs Treibstofftabletten befinden. Jedoch sind keine Hinweise zur Anordnung des Lochblechs selbst offenbart.
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Schließlich zeigt die
DE 198 51 263 A1 einen Gasgenerator der eingangs genannten Art, wobei der Gasgenerator einen Kanister mit Treibstofftabletten enthält. An einem Ende des Kanisters befindet sich in dessen Inneren eine Feder, welche über eine Platte auf die Treibstofftabletten drückt und diese komprimiert, um Klappergeräusche zu vermeiden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gasgenerator mit einem verbesserten inneren Aufbau vorzustellen.
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Erfindungsgemäß sind hierzu bei einem oben genannten Gasgenerator die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Es ist nicht notwendig, den Brennkammereinsatz z. B. im Außengehäuse zu verschweißen, was die Fertigung erleichtert. Aufgrund der rohrförmigen Wand läßt sich die Länge des Brennkammereinsatzes in Axialrichtung einfach an verschiedene Längen des Außengehäuses anpassen.
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Z. B. verjüngt sich das erste axiale Ende des Brennkammereinsatzes wenigstens abschnittsweise, im Außengehäuse ist eine auf die geometrische Form des ersten axialen Endes abgestimmte Aufnahme vorgesehen, und das erste axiale Ende ist formschlüssig in der Aufnahme aufgenommen und fixiert. Die Fixierung läßt sich verstärken, indem das erste axiale Ende in die Aufnahme gepreßt wird.
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Bevorzugt ist die rohrförmige Wand des Brennkammereinsatzes wenigstens abschnittsweise ein aus einem Lochblech bestehendes Rohr. Durch das Lochblech kann das bei Aktivierung des Gasgenerators im Brennkammereinsatz gebildete Gas großflächig in das Außengehäuse abströmen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Wand des Brennkammereinsatzes abschnittsweise durch ein kappenförmiges, axiales Endstück gebildet Das kappenförmige Endstück kann einen zylindrischen Umfangsrand mit Durchströmöffnungen aufweisen. Diese Durchströmöffnungen sind bevorzugt mit dem Äußeren des Gasgenerators verbunden, so daß letztendlich das im Gasgenerator gebildete Gas über das kappenförmige Endstück abströmen kann.
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Der Brennkammereinsatz kann aus zwei Teilen bestehen, nämlich aus dem kappenförmigen Endstück sowie einem Rohrstück. Das kappenförmige Endstück und das Rohrstück werden bevorzugt außerhalb des Gasgenerators zusammengesetzt, um den Brennkammereinsatz zu bilden. Zur Anpassung an verschiedene Längen des Außengehäuses muß nur das Rohrstück auf die entsprechende Länge zugeschnitten werden, während das Endstück stets unverändert verwendet werden kann.
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Zur Optimierung des Gasflußes im Inneren des Gasgenerators ist es vorteilhaft, warm das kappenförmige Endstück eine axiale Trennwand zur Begrenzung einer im Brennkammereinsatz ausgebildeten Brennkammer hat. Diese Trennwand kann eine geschlossene Fläche bilden oder wenigstens eine Überströmöffnung aufweisen. Im ersten Fall strömt das gesamte Gas, das aus dem in der Brennkammer aufgenommenen Festtreibstoff erzeugt wird, zunächst durch Ausströmöffnungen in der rohrförmigen Wand in den Zwischenraum zwischen der Innenseite der Wand des Außengehäuses und der Außenseite der rohrförmigen Wand des Brennkammereinsatzes. Von dort strömt das Gas über die Durchströmöffnungen im kappenförmigen Endstück aus dem Gasgenerator ab.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verjüngt sich das erste axiale Ende des Brennkammereinsatzes wenigstens abschnittsweise, im Außengehäuse ist eine auf die geometrische Form des ersten axialen Endes abgestimmte Aufnahme vorgesehen, und das erste axiale Ende ist formschlüssig in der Aufnahme aufgenommen und fixiert. Die Fixierung läßt sich verstärken, indem das erste axiale Ende in die Aufnahme gepreßt wird.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß das zweite axiale Ende des Brennkammereinsatzes offen ist und vorgespannt an einer Innenseite des Außengehäuses anliegt. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung Ist vorgesehen, daß das zweite axiale Ende des Brennkammereinsatzes offen ist und vorgespannt an einer Wandung einer in das Innere des Gasgenerators hineinragenden Anzündeinheit anliegt und mit der Wandung einen Formschluß bildet. Die Vorspannung unterstützt die Fixierung des zweiten axialen Eides des Brennkammereinsatzes sowohl in axialer als auch in radialer Richtung.
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Der Formschluß zur Fixierung des zweiten axialen Endes des Brennkammereinsatzes kann durch eine Umformung des zweiten axialen Endes in dem im Außengehäuse eingesetzten Zustand des Brennkammereinsatzes gebildet werden. Die Umformung erfolgt bevorzugt erst, nachdem der Brennkammereinsatz mit dem ersten axialen Ende im Außengehäuse fixiert ist. Zur Herstellung des Formschlusses zwischen dem zweiten axialen Ende des Brennkammereinsatzes und dem Außengehäuse kann z. B. das offene Ende der rohrförmigen Wand durch ein Werkzeug umgeformt werden.
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Hierbei kann am zweiten axialen Ende des Brennkammereinsatzes wenigstens eine wulstförmige Vertiefung ausgebildet sein, über die ein Formschluß erreicht wird. Die wulstförmige Vertiefung kann die rohrförmige Wand am zweiten axialen Ende umfangsmäßig vollständig umgeben, oder es können über den Umfang verteilt mehrere Vertiefungen vorgesehen sein. Bei der Umformung der rohrförmigen Wand ist es auch gleichzeitig möglich, die wulstförmige(n) Vertiefung(en) an die Innenseite der Wand des Außengehäuses anzupressen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform laufen der Brennkammereinsatz an seinen axialen Enden und die Innenseite des Außengehäuses zur Bildung von Aufnahmen konisch zu, und der Brennkammereinsatz ist axial zwischen den Aufnahmen im Außengehäuse verspannt und in radialer Richtung formschlüssig gehalten, wobei z. B. die axialen Enden des Brennkammereinsatzes flächig an einer Innenseite eines Abschnitts des Außengehäuses anliegen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
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1 eine schematische teilgeschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen Gasgenerators gemäß einer ersten Ausführungsform;
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2 einen Brennkammereinsatz eines erfindungsgemäßen Gasgenerators;
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3 eine schematische teilgeschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen Gasgenerators gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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4 eine schematische Teilschnittansicht eines Brennkammereinsatzes für einen erfindungsgemäßen Gasgenerator gemäß einer dritten Ausführungsform; und
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5 eine schematische Teilschnittansicht eines Brennkammereinsatzes für einen erfindungsgemäßen Gasgenerator gemäß einer vierten Ausführungsform.
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In 1 ist ein Hybrid-Gasgenerator 10 gezeigt, mit einem Außengehäuse 12, das eine Druckkammer umschließt, die mit einem unter Druck stehenden Medium 13, z. B. einem Edelgas wie Argon oder Helium gefüllt ist. Das Außengehäuse 12 hat eine langgestreckte Form und besitzt eine Umfangswand 14. Die Umfangswand 14 verjüngt sich in Axialrichtung A an beiden Enden des Gasgenerators 10 konisch.
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An einem axialen Ende des Gasgenerators 10 befindet sich eine Anzündeinheit 16, die von konventionellen Hybrid-Gasgeneratoren bekannt ist. Im hier gezeigten Beispiel ist die Anzündeinheit 16 gegenüber der Druckkammer durch eine Membran 17 abgeschlossen, die bei der Aktivierung der Anzündeinheit 16 zerstört wird.
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Am gegenüberliegenden axialen Ende des Gasgenerators 10 sind Ausströmöffnungen 22 sowie eine Drosselvorrichtung 18 und eine Verschlußmembran 20 vorgesehen. Nach Öffnen der Verschlußmembran 20 ist die Druckkammer strömungsmäßig über die Drosselvorrichtung 18 mit den Ausströmöffnungen 22 verbunden, so daß Gas aus dem Gasgenerator 10 entweichen kann.
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Im Inneren des Außengehäuses 12 ist ein Brennkammereinsatz 24 aufgenommen, in dem eine Brennkammer 25 ausgebildet ist, die einen Festtreibstoff 26, hier in Tablettenform, enthält. Der Treibstoff ist ausschließlich im Brennkammereinsatz 24 untergebracht. Ein erstes axiales Ende 28 des Brennkammereinsatzes 24 grenzt an die Drosselvorrichtung 18 an, während ein zweites axiales Ende 29 des Brennkammereinsatzes 24 im Bereich der Anzündeinheit 16 angeordnet ist.
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Der Brennkammereinsatz 24, der in 2 näher gezeigt ist, besteht aus zwei Teilen. Am ersten axialen Ende 28 befindet sich ein kappenförmiges Endstück 30 mit einem mit Durchströmöffnungen 32 versehenen zylindrischen Umfangsrand. Das erste axiale Ende 28 ist verjüngt, so daß es eine Abschrägung 34 in Form eines Kegelstumpfs bildet. An dem dem ersten axialen Ende 28 abgewandten Ende ist am kappenförmigen Endstück 30 eine umlaufende Schulter 36 ausgebildet.
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Der zweite Teil des Brennkammereinsatzes 24 ist durch ein aus einem Lochblech bestehendes Rohr 38 gebildet und definiert die Brennkammer 25, und bildet so die Außenwand der Brennkammer. Das Rohr 38 weist über seinen gesamten Umfang und seine gesamte Länge Öffnungen 40 auf. Ein Ende des Rohrs 38 ist über die Schulter 36 mit dem kappenförmigen Endstück 30 verbunden. Die umlaufende Schulter 36 des kappenförmigen Endstücks stützt das Rohr 38 ab und verhindert so bei der (nachfolgend beschriebenen) Ausbildung der Formschlußverbindungen an den axialen Enden 28, 29 des Brennkammereinsatzes 24 eine axiale Verschiebung des Rohrs 38.
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Zwischen dem kappenförmigen Endstück 30 und dem Rohr 38 ist eine Trennwand 39 angeordnet, die in diesem Fall als durchgängige Scheibe ausgebildet ist. Die Trennwand 39 trennt den in der Brennkammer 25 aufgenommenen Festtreibstoff 26 in axialer Richtung A vollständig vom Inneren des kappenförmigen Endstücks 30. Das aus dem Festtreibstoff 26 erzeugte Gas strömt über die Öffnungen 40 aus dem Rohr 38 zunächst in den Zwischenraum zwischen der Umfangswand 14 und der Außenseite des Rohrs 38, von dort über die Durchströmöffnungen 32 im kappenförmigen Endstück 30 zu den Ausströmöffnungen 22 und schließlich aus dem Gasgenerator 10 hinaus.
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Es wäre auch möglich, eine oder mehrere Überströmöffnungen in der Trennwand 39 auszubilden.
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Am zweiten axialen Ende 29 des Brennkammereinsatzes 24, das in 1 gezeigt ist, ist der Endbereich des Rohres 38 zu einer V- oder wulstförmigen Vertiefung 44 umgeformt und an die Innenseite der Umfangswand 14 des Außengehäuses 12 gepreßt, wodurch ein flächiger Formschluß mit der Umfangswand 14 gebildet ist. Bei dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel ist die Vertiefung 44 bezüglich des Rohrs 38 radial nach außen gerichtet Es können entweder eine umfangsmäßig umlaufende oder mehrere, über den Umfang verteilte wulstförmige Vertiefungen 44 vorgesehen sein. Das zweite axiale Ende 29 des Brennkammereinsatzes 24 liegt unter Vorspannung in axialer und radialer Richtung an der Innenseite der Umfangswand 14 an. Die Fixierung wird durch die konische Verjüngung der Umfangswand 14 und die hierdurch gebildete Aufnahme 45 unterstützt. Weitere Mittel zur Befestigung des Brennkammereinsatzes 24 an der Umfangswand 14 sind nicht vorgesehen.
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Der Zusammenbau des Hybrid-Gasgenerators 10 wird im folgenden beschrieben. Zunächst wird das Rohr 38 auf die gewünschte, an die Länge des Außengehäuses 12 angepaßte Länge zugeschnitten. Dann werden das kappenförmige Endstück 30 und des Rohr 38 zum Brennkammereinsatz 24 zusammengesetzt. Anschließend wird der Brennkammereinsatz 24 in das Außengehäuse 12 eingeschoben und das erste axiale Ende 28 des Brennkammereinsatzes 24 mit der konusförmigen Abschrägung 34 in eine entsprechende Aufnahme 46 im Außengehäuse gepreßt. Die Abschrägung 34 liegt flächig in der Aufnahme 46 an. Das erste axiale Ende 28 des Brennkammereinsatzes 24 ist formschlüssig mit dem Außengehäuse 12 verbunden und in axialer und radialer Richtung fixiert. Nun wird mit einem Werkzeug der offene Endbereich des Rohrs 38 verformt, wobei die wulstförmige Vertiefung 44 ausgebildet und im Bereich der Aufnahme 45 an die Innenseite der Umfangswand 14 angepreßt wird. Die Vertiefung 44 liegt flächig an der Umfangswand 14 an und verbindet das zweite axiale Ende 29 des Brennkammereinsatzes 24 formschlüssig mit der Umfangswand 14. Anschließend werden der Festtreibstoff 26 und das unter Druck stehende Medium 13 eingefüllt sowie die Anzündeinheit 16 eingesetzt.
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In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die in 3 gezeigt ist, liegt im Unterschied zu der eben beschriebenen ersten Ausführungsform bei dem Hybrid-Gasgenerator 10' das zweite axiale Ende 29' des Brennkammereinsatzes 24' nicht an der Innenseite der Umfangswand 14 des Außengehäuses 12' an, sondern an einer Wandung 50 der Anzündeinheit 16, die eine Stirnseite des Außengehäuses 12' bildet. Ansonsten sind alle im Zusammenhang mit den 1 und 2 beschriebenen Merkmale vorhanden. Auch hier sind wieder eine oder mehrere wulstförmige Vertiefungen 44' vorgesehen, über die der Formschluß zur Wandung 50 erreicht wird. In dieser Ausführungsform ist die Vertiefung 44' radial nach innen gerichtet. Das zweite axiale Ende 29 liegt unter radialer und axialer Vorspannung an der Wandung 50 an, die in diesem Bereich entsprechend konkav gewölbt ist, um die Fixierung zu unterstützen.
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Vorzugsweise erfolgt hier die Umformung des Endbereichs des Rohres 38 am zweiten axialen Ende 29' des Brennkammereinsatzes 24', bevor die Anzündeinheit 16 in das Außengehäuse 12 eingesetzt wird.
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Jeder der in den 1 und 3 gezeigten Gasgeneratoren 10, 10' kann spiegelbildlich mit einem weiteren Gasgenerator verbunden sein, so daß ein zweistufiger Gasgenerator gebildet ist. In diesem Fall würden die Ausströmöffnungen 22 als gemeinsame Ausströmöffnungen für beide Gasgeneratoren dienen.
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Der Brennkammereinsatz 24, 24' ist an beiden axialen Enden 28, 29, 29' in axialer und radialer Richtung im Außengehäuse 12 fixiert.
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Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform ist der zylindrische Umfangsrand des kappenförmigen Endstücks 430 Teil des die Brennkammer 25 umgebenden, aus Lochblech bestehenden Rohrs 438. In einem gewissen Abstand d zum ersten axialen Ende 28 des Brennkammereinsatzes 424 ist eine Trennscheibe 439 mit der Innenwand des Rohrs 438 verschweißt und trennt die Brennkammer 25 vom Endstück 430.
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Die Durchströmöffnungen 32 werden durch das offenen Ende des Rohrs 438 sowie durch die im abgeteilten Abschnitt liegenden Öffnungen 40 des Lochblechs gebildet.
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In 5 ist eine weitere Variante gezeigt, um die Brennkammer 25 gegenüber dem ersten axialen Ende 28 des Brennkammereinsatzes 524 abzuteilen. In diesem Fall weist das Rohr 538 anstelle einer Trennscheibe in einem gewissen Abstand d vom ersten axialen Ende 28 eine z. B. durch Zusammenpressen erzeugte Verengung 550 auf, durch die der in der Brennkammer 25 aufgenommene Festtreibstoff vom ersten axialen Ende 28 ferngehalten wird. Das kappenförmige Endstück 530 ist hier vollständig aus dem Material des Rohrs 538 geformt. Auch hier sind die Durchströmöffnungen 32 durch das offene Ende des Rohrs 538 sowie durch die im abgeteilten Abschnitt liegenden Öffnungen 40 des Lochblechs gebildet. Diese Variante ist besonders kostengünstig, da keine zusätzlichen Bauteile verwendet werden müssen.
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Die im Zusammenhang mit unterschiedlichen Ausführungsformen beschriebenen Merkmale lassen sich im Ermessen des Fachmanns auch miteinander kombinieren oder gegeneinander austauschen. Der Einsatz der Erfindung ist nicht auf Hybrid-Gasgeneratoren beschränkt. Bezugszeichenliste
| Bezugszeichen | Bauteil |
| 10; 10' | Gasgenerator |
| 12; 12' | Außengehäuse |
| 13 | unter Druck stehendes Medium |
| 14 | Umfangswand |
| 16 | Anzündeinheit |
| 17 | Membran |
| 18 | Drosselvorrichtung |
| 20 | Verschlußmembran |
| 22 | Ausströmöffnungen |
| 24; 245; 424; 524 | Brennkammereinsatz |
| 25 | Brennkammer |
| 26 | Festtreibstoff |
| 28 | erstes axiales Ende des Brennkammereinsatzes |
| 29; 29' | zweites axiales Ende des Brennkammereinsatzes |
| 30; 430; 530 | kappenförmiges Endstück |
| 32 | Durchströmöffnungen |
| 34 | Abschrägung |
| 36 | Schulter |
| 38; 438; 538 | Rohr aus Lochblech |
| 39; 439 | axiale Trennwand |
| 40 | Öffnungen |
| 44; 44' | wulstförmige Vertiefung |
| 45, 46 | Aufnahme |
| 50 | Wandung der Anzündeinheit |
| 550 | Verengung |
| d | Abstand |
| A | Axialrichtung |
