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Die
Erfindung geht aus von einer Lagervorrichtung mit wenigstens einem
Loslager zur axial beweglichen Lagerung eines Tragzapfens oder einer Welle,
insbesondere zur Lagerung eines Tragzapfens eines Konverters mit
einander gegenüberliegenden
Tragzapfen.
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Lagervorrichtungen
mit wenigstens einem Loslager zur axial beweglichen Lagerung eines
Tragzapfens oder einer Welle sind in großer Vielfalt bekannt.
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Wenn
der Bewegungsspielraum des Loslagers nicht hinreichend groß ist, kann
das Loslager eine Endlage erreichen, in der es beispielsweise an ein
Loslagergehäuse
anstößt. Dies
führt zu
einer Überlastung
der Bauteile und zu Schäden.
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Insbesondere
in der Hüttentechnik
werden Lagervorrichtungen mit einem Loslager zur Lagerung eines
Konverters verwendet. Ein Konverter ist ein kippbares, früher birnen-
oder tulpenförmiges
metallurgisches Frischgefäß mit feuerfester
Auskleidung, in dem flüssiges
Roheisen, Kupferstein und Legie rungen gefrischt werden, um Begleit-
oder Verunreinigungselemente so weit wie nötig zu reduzieren. Der zum
Frischen notwendige Sauerstoff wird entweder von oben über eine
Lanze oder von unten durch einen Düsenboden zugeführt.
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Man
unterscheidet zwischen stationären Konvertern,
in denen das eigentliche Konvertergefäß in einem Tragring befestigt
ist, und Wechselkonvertern, in denen häufig das eigentliche Konvertergefäß austauschbar
in einem halbkreis- oder
hufeisenförmigen
Tragring gehalten ist. Die Befestigung des Konvertergefäßes im Tragring
kann durch Spannelemente oder Lamellen erfolgen und sollte eine
spielfreie, zentrierte Befestigung des Konvertergefäßes gewährleisten,
die einerseits eine ungehinderte Ausdehnung des Konvertergefäßes erlaubt
und andererseits den Tragring möglichst
gleichmäßig belastet.
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Das
Fassungsvermögen
von Konvertern beträgt
in modernen Großanlagen
bis zu 400t Roheisen, so dass die Bauteile einer Lagervorrichtung
einer Konverteranlage neben einer Unempfindlichkeit gegenüber hohen
Temperaturschwankungen auch zum Tragen großer Lasten ausgelegt sein müssen.
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Der
Tragring des Konverters oder das Konvertergefäß selbst weist zur drehbaren
bzw. kippbaren Lagerung des Konverters zwei einander gegenüberliegende
Tragzapfen auf, die in einer Lagervorrichtung gelagert und im Fundament
abgestützt
sind. Wegen des hohen Gewichts des Konverters bzw. seiner Füllung muss
die Lagerkonstruktion sehr hohe Radialbelastungen aufnehmen. Ferner
können
plastische Verformungen zu Fluchtungsfehlern der Tragzapfen führen, was
zu einem Kurbeln der Tragzapfen führen kann. Zudem können sich
infolge der Temperaturunterschiede an einem Konverter und infolge
einer Ovalverformung des Tragrings Längsverschiebungen bzw. Axialverschiebungen
der Tragzapfen ergeben, die abhängig
von der Konvertergöße und kann
+/– 100
mm betragen. Um diese Axialverschiebungen aufnehmen zu können, muss
die Lagervorrichtung ein Loslager aufweisen, das die bei der Axialverschiebung
auftretenden Kräfte
beherrschen kann. Um die durch thermische Ausdehnung und durch andere
Ursachen bedingte Axialverschiebung aufnehmen zu können, muss
das Lagerspiel bzw. der Lagersitz entsprechend der zu erwartenden
Ausdehnung bemessen werden.
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Die
Ausmauerung bzw. Auskleidung des Konverters unterliegt einem Verschleiß, so dass
in regelmäßigen Intervallen
eine Erneuerung der Auskleidung bzw. ein Austausch des Konvertergefäßes nötig ist.
Dabei geht der Tragring üblicherweise
wieder in seine ursprüngliche
Form zurück.
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Da
die tatsächliche
Verformung des Konverters im Betrieb schwierig vorherzusagen ist,
wird üblicherweise
der Bewegungsspielraum des Loslagers von Instandhaltungspersonal
für einen
sicheren Konverterbetrieb regelmäßig überprüft. Eine
solche Überprüfung ist
für das
Personal gefährlich
und zudem fehleranfällig.
Irrtümer,
Fehlmessungen oder fehlende Messungen aus Personalmangel oder aufgrund
anderer Zwänge
und Prioritäten
sind möglich, was
zu kostspieligen Schäden
der gesamten Anlage führen
kann.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine automatisierte Überwachung
des Bewegungsspielraums des Loslagers einer Lagervorrichtung zu
ermöglichen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst,
während
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den
Unteransprüchen
entnommen werden können.
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Die
Erfindung geht aus von einer Lagervorrichtung mit wenigstens einem
Loslager zur axial beweglichen Lagerung eines Tragzapfens, insbesondere
zur Lagerung eines Tragzapfens eines kippbaren Tiegels oder Konverters
mit einander gegenüberliegenden
Tragzapfen.
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Es
wird vorgeschlagen, die Lagervorrichtung mit zumindest einem Messsensor
zur Messung einer axialen Lage des Loslagers auszustatten. Der Messsensor
kann die axiale Lage des Loslagers direkt oder indirekt über die
Messung der Position eines mit dem Loslager in axialer Richtung
mechanisch verbundenen Bauteils erfolgen. Beispielsweise kann die Position
des Loslagers über
die Position eines Bauteils des Loslagers bestimmt werden oder indirekt über die
Position des Tragzapfens oder einer Welle. Die Position wird besonders
vorteilhaft als Relativposition zum Loslagergehäuse bestimmt, welches den Bewegungsspielraum
des Loslagers beschränkt.
Sofern die Position bezogen auf ein anderes Referenzsystem bestimmt
wird, beispielsweise auf ein Traggerüst oder ein Fundament, kann
die Lage des Loslagergehäuses
bezogen auf dieses Referenzsystem berücksichtigt werden.
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Es
versteht sich, dass eine erfindungsgemäße Lagerkonstruktion nicht
nur zur Lagerung von Konvertern, sondern auch zur Lagerung von anderen kippbaren
Tiegeln eingesetzt werden kann.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Lagervorrichtung
mit einer mit dem Messsensor verbundenen Signalerzeugungseinheit
ausgestattet ist. Die Signalerzeugungseinheit dient zum Erzeugen
eines Alarmsignals, wenn ein Messwert des Messsensors einen kritischen
Wert über- oder unterschreitet.
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Dadurch
kann das Personal automatisch auf die Notwendigkeit einer Neueinstellung
der Lagervorrichtung hingewiesen werden und es kann sicher vermeiden
werden, dass kritische Messwerte des Messsensors übersehen
werden. Das Personal muss im Normalbetrieb seine Konzentration nicht
auf die Messwerte des Messsensors verwenden. Das Alarmsignal kann
als akustisches Alarmsignal – beispielsweise
als Sirene – oder
als optisches Alarmsignal – beispielsweise
als Warnleuchte – ausgebildet sein.
Natürlich
kann auch eine Kombination aus diesen beiden Signaltypen oder eine
andersartige Signalerzeugungseinheit eingesetzt werden. Die Signalerzeugungseinheit
kann in eine Steuereinheit zur Steuerung der gesamten Konverteranlage
integriert sein.
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Wenn
der Messsensor dazu ausgelegt ist, eine Position einer Stirnseite
des Tragzapfens zu erfassen, kann eine besonders verschleißunabhängige Messung
erreicht werden. Alternativ wäre
auch die Messung der axialen Position einer Markierung an der umfänglichen
Mantelfläche
des Tragzapfens bzw. der axialen Position des Innenrings oder des
Außenrings
des Loslagers möglich.
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Eine
weitestgehend verschleiß-
und wartungsfreie Messung kann ermöglicht werden, wenn der Messsensor
als berührungsloser
Messsensor ausgebildet ist. Beispielsweise kann der Messsensor als
Ultraschall-Messsensor oder als Infrarot-Messsensor ausgebildet
sein.
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Reproduzierbare
Reflexionseigenschaften ermöglichen
eine zuverlässige
Messung, wenn die Lagervorrichtung mit einer Reflektorscheibe zum
Reflektieren eines Messsignals des Messsensors ausgestattet ist.
Denkbar wäre
auch ein berührungsloser Messsensor,
der als induktiver Näherungssensor ausge bildet
ist oder in einer anderen Weise auf einer magnetischen bzw. induktiven
oder kapazitiven Wechselwirkung basiert.
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Die
Vorteile der Erfindung kommen insbesondere dann zum Tragen, wenn
die Lagervorrichtung ein axial versetzbares Loslagergehäuse zum Aufnehmen
des Loslagers umfasst. Das Loslagergehäuse kann bei Bedarf versetzt
werden, wenn dies aufgrund des Messwerts des Messsensors notwendig
erscheint bzw. wenn das Alarmsignal ertönt.
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Ein
einfacher Aus- und Einbau des Messsensors kann ermöglicht werden,
wenn der Messsensor in einem Dichtungsdeckel des Loslagergehäuses angeordnet
ist. Sofern der Dichtungsdeckel den Bewegungsspielraum des Loslagers
begrenzt, kann durch eine solche Ausgestaltung zudem ebenfalls eine
unmittelbare Messung ermöglicht
werden.
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Beim
Rotieren des Konverters im Neuzustand mißt der Messsensor die Montagefehler
bzw. Ausrichtungsfehler, die für
die Ausnutzung der Winkelbeweglichkeit der Lager im Betrieb so gering
wie möglich
zu halten sind. Dabei kann auf zusätzliche Messsensoren zur Messung
der Schiefstellung des Tragzapfens verzichtet werden, wenn die Messeinrichtung
dazu ausgelegt ist, den Verlauf eines Messwerts des Messsensors
zur Messung einer axialen Lage des Loslagers während einer Schwenkbewegung
des Tiegels oder Konverters zur Bestimmung der Schiefstellung des
Tragzapfens zu nutzen.
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Es
wird vorgeschlagen, dass die axiale Lage des Tragzapfens mit einem
Messsensor überwacht wird.
Dadurch kann eine Sichtüberwachung
durch Instandhaltungspersonal während
des kontinuierlichen Betriebs des Konverters entfallen und menschliche Fehler
bei der Überwachung
können
vermieden werden.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die
Ansprüche
enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird
die Merkmale zweckmäßigerweise auch
einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es
zeigen:
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1 einen
Konverter mit zwei Tragzapfen und eine Lagervorrichtung mit einem
Loslager zum kippbaren Lagern des Konverters,
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2 das
Loslager der Lagervorrichtung aus 1 mit einem
an einer Stirnseite eines Loslagergehäuses angeordneten Messsensor
in einer Schnittdarstellung und
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3 ein
Loslager einer Lagervorrichtung nach einer alternativen Ausgestaltung
der Erfindung mit einem an einer Stirnseite eines Tragzapfens befestigten
Messsensor.
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1 zeigt
einen Konverter 10 mit zwei Tragzapfen 12 und
eine Lagervorrichtung 14 mit einem Loslager 24 zum
kippbaren bzw. drehbaren Lagern des Konverters 10. Der
Konverter 10 ist hier nur schematisch dargestellt und besteht
aus einem Konvertergefäß 16 und
einem Tragring. Die Lagervorrichtung 14 lagert den Konverter 10 über die
Tragzapfen 12 derart, dass der Konverter 10 um
eine horizontale Achse 20 schwenkbar ist. Im Verlauf eines
Frischzyklus wird der Konverter 10 um die horizontale Achse 20 zum
Befüllen,
Entleeren, Schlack ausgießen
geschwenkt bzw. gekippt.
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Das
Loslager 24 der Lagervorrichtung 14 ist zum Schutz
vor Verschmutzungen in einem Loslagergehäuse 28 untergebracht.
Das Loslagergehäuse 28 ist
vorzugsweise lösbar
mit dem Traggerüst 26 verbunden,
so dass es in einem Einstellungsvorgang in axialer Richtung verschoben
werden kann. Langlöcher
für die
Befestigungsschrauben im Traggerüst 26 unterstützen diese
Einstellmöglichkeit.
In dem Einstellvorgang muss die Position des Loslagergehäuses 28 immer
derart gewählt
werden, dass das Loslager 24 bei den im Betrieb auftretenden
Axialbewegungen nicht an die Ränder
des Loslagergehäuses 28 anstößt, was
zu Beschädigungen
führen
würde.
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2 zeigt
das Loslager 24 der Lagervorrichtung 14 aus 1 mit
einem an einer Stirnseite eines Loslagergehäuses 28 angeordneten
Messsensor 30 in einer Schnittdarstellung.
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Das
Loslager 24 ist mittig im Loslagergehäuse 28 angeordnet,
so dass sowohl ein Bewegungsspielraum 32 für eine thermische
Ausdehnung des Konverters 10 vorhanden ist als auch ein
Bewegungsspielraum 34 für
ein Schrumpfen des Konverters 10. Offene, sogenannte hufeisenförmige Tragringe
von Wechselkonvertern gehen auseinander. Hingegen führt bei
geschlossenen Tragringen die Ovalverformung zu einem Schrumpfen
in Zapfenrichtung oder durch kurzzeitige Überhitzung zu einem Ausdehnen.
Um der wahrscheinlichen Verformung vorzubeugen wird bei der Erstmontage
bei hufeisenförmigen
Tragringen das Loslagergehäuse
nach außen, bei
geschlossenen Tragringen nach innen versetzt montiert. Damit soll
die Notwendigkeit, das Gehäuse versetzen
zu müssen,
weitgehend vermieden werden.
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Der
Tragzapfen 12 hat einen gestuften Endbereich mit einem
sich in zwei Stufen verringernden Durchmesser. Auf einen ersten
Bereich 42 ist der Innenring 38 des Loslagers 24 aufgesteckt
und auf einen zweiten Bereich 44 ist ein Endstück 46 aufgesteckt,
das über
Schrauben 48 mit einer Stirnseite des Tragzapfens 12 verschraubt
ist und das den Innenring 38 des Loslagers 24 axial
am Tragzapfen 12 sichert.
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Das
axial versetzbare Loslagergehäuse 28 zum
Aufnehmen des Loslagers 24 umfasst in der Industrie gängigen Lösung einen
Gleitring 50 aus Grauguss, der ein axiales Gleiten des
Außenrings 40 des
Loslagers 24 erlaubt und der bei Verschleiß einzeln
ausgetauscht werden kann. Ferner ist das Loslagergehäuse 28 an
seinen beiden axialen Enden über
Dichtungsdeckel 52, 52' abgeschlossen, die jeweils aus
zwei Ringelementen bestehen, zwischen welchen auf einer radialen
Außenseite
des Tragzapfens 12 bzw. des Endstücks 46 gleitende Dichtringe 54 gehalten
sind, die den Innenraum des Loslagergehäuses 28, in welchem
das eigentliche Loslager 24 angeordnet ist, gegen das Eindringen
von Verschmutzungen schützen.
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An
einer Stirnseite des Loslagergehäuses 28,
und zwar in einer Ausnehmung in dem dem Konverter 10 abgewandten
Dichtungsdeckel 52, ist ein Messsensor 30 angeordnet.
Am Endstück 46 des Tragzapfens 12 ist
eine ringförmige
Reflektorscheibe 56 befestigt, die sich mit dem Tragzapfen 12 bewegt. Der
Messsensor 30 ist als Infrarot-Messsensor ausgebildet und
kann in alternativen Ausgestaltungen der Erfindung auch als Laser-Entfernungsmesser,
als Ultraschall-Messsensor oder als magnetischer/induktiver/kapazitiver
Sensor ausgebildet sein.
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Die
Reflektorscheibe 56 dient zum Reflektieren eines Messsignals
des Messsensors 30, der das Messsignal einerseits erzeugt
und andererseits das reflektierte Messsignal empfängt. Aus
einer Laufzeit des Messsignals oder aus Interferenzen zwischen dem
gesendeten und dem empfangenen Signal bestimmt eine in den Messsensor 30 integrierte
Auswerteinheit eine Kenngröße, die
als Messwert auslesbar ist und die in einer eindeutigen Beziehung
zu der Entfernung zwischen der Reflektorscheibe 56 und
dem Messsensor 30 steht.
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Da
die Reflektorscheibe 56 fest mit dem Endstück 46 verbunden
ist, das wiederum fest mit dem Tragzapfen 12 verbunden
ist, kann aus dem Messwert die axiale Position des Tragzapfens 12 und
damit auch die axiale Position des Loslagers 24 im Loslagergehäuse 28 bestimmt
werden. Der Messsensor 30 ist daher dazu ausgelegt, indirekt
eine Position einer Stirnseite des Tragzapfens 12 zu erfassen.
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Die
Steuereinheit 58 kommuniziert mit einer mit dem Messsensor 30 verbundenen
Signalerzeugungseinheit 60 (1). Die
Signalerzeigungseinheit 60 wertet die Messwerte des Messsensors 30 aus
und erzeugt ein Alarmsignal, wenn ein Messwert des Messsensors 30 einen
kritischen Wert über-
oder unterschreitet, aus dem geschlossen werden kann, dass das Loslager 24 Gefahr
läuft,
an einen Anschlag des linken oder rechten Dichtungsdeckels 52, 52' des Loslagergehäuses 28 anzustoßen. Das
Wartungspersonal kann dann das Loslagergehäuse 28 in einer geeigneten
Weise axial versetzen, um eine Kollision zu vermeiden.
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Die
Steuereinheit 58 umfasst zudem eine als Software implementierte
Messeinrichtung 62 zum Messen einer Schiefstellung des
Tragzapfens 12. Die Messeinrichtung 62 ist dazu
ausgelegt, den Verlauf eines Messwerts des Messsensors 30 zur
Messung einer axialen Lage des Loslagers 24 und des Tragzapfens 12 während einer
Schwenkbewegung des Tiegels oder Konverters 10 zur Bestimmung
einer Schiefstellung des Tragzapfens 12 zu nutzen. Dazu passt
die Messeinrichtung 62 eine Phase und eine Amplitude einer
trigonometrischen Fitfunktion so an, dass eine minimale quadratische
Abweichung zwischen einer Menge von Messpunkten und der Fitfunktion
und den Messpunkten erreicht wird.
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3 zeigt
ein Loslager 24 einer Lagervorrichtung 14 nach
einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung mit einem an einer
Stirnseite eines Tragzapfens 12 befestigten Messsensor 30.
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Der
Messsensor 30 ist an einer von einem Endstück 46 zum
axialen Festlegen des Loslagers 24 am Tragzapfen 12 gebildeten
Stirnseite des Tragzapfens 12 angeordnet. Gleichzeitig
ist ein Dichtungsdeckel 52 des Loslagergehäuses 28 dazu
ausgelegt, als Reflektorscheibe 56 zu wirken.
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In
einem Verfahren wird die axiale Lage des Tragzapfens 12 mit
einem Messsensor 30 überwacht.
Die Steuereinheit 58 verbindet den Messsensor 30 mit
einer als Warnlicht oder Sirene oder beidem ausgebildeten Signalerzeugungseinheit 60 zum Erzeugen
eines Alarmsignals und löst
das Alarmsignal aus, wenn ein periodisch erfasster Messwert des Messsensors 30 einen
ersten kritischen Wert überschreitet,
oder wenn der Messwert einen zweiten kritischen Wert unterschreitet,
so dass eine unmittelbare Gefahr besteht, dass eine weitere Ausdehnung oder
Schrumpfung des Tragrings bzw. der Tragzapfen zu einer Beschädigung der
Anlage führen.
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- 10
- Konverter
- 12
- Tragzapfen
- 14
- Lagervorrichtung
- 16
- Konvertergefäß
- 20
- Achse
- 24
- Loslager
- 26
- Traggerüst
- 28
- Loslagergehäuse
- 30
- Messsensor
- 32
- Bewegungsspielraum
- 34
- Bewegungsspielraum
- 38
- Innenring
- 40
- Außenring
- 42
- Bereich
- 44
- Bereich
- 46
- Endstück
- 48
- Schraube
- 50
- Gleitring
- 52
- Dichtungsdeckel
- 54
- Dichtung
- 56
- Reflektorscheibe
- 58
- Steuereinheit
- 60
- Signalerzeugungseinheit
- 62
- Messeinrichtung