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Doppelachsantrieb für Schienenfahrzeuge Die Erfindung betrifft einen
Doppelachsantrieb für Drehgestelle von Schienenfahrzeugen nach dem Oberbegriff des
Hauptanspruchs.
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Derartige Antriebe, die auch als Schwebeantrieb bezeichnet werden,
sind schon seit längerem bekannt. So hat die DT-PS 838 452 einen Antrieb der beschriebenen
Art zum Gegenstand, bei dem die elastische Kupplung aus einer die Radsatzachse umgebenden
Gummischeibe gebildet ist, die auf einer Stirnseite mit einem auf der Hohlwelle
befestigten scheibenförmigen Flansch und auf der anderen Stirnseite mit einem auf
der Radsatzachse aufgebrachten scheibenförmigen Flansch verbunden ist, z.Bdurch
Vulkanisieren. (Wenn hier und im folgenden von Gummi gesprochen wird, so sind damit
auch von ihren Eigenschaften her vergleichbare Kunststoffe u.ä. gemeint.) Durch
das Gewicht der Antriebseinheit und durch die im Fahrbetrieb auftretenden Massenkräfte
werden die Gummischeiben vorwiegend auf Schub beansprucht, und zwar in einer Ebene,
die senkrecht zur Radsatzachse liegt. Um die Antriebseinheit dabei nicht zu sehr
gegenüber der Radsatzachse durchhängen zu lassen, müssen die Gummischeiben verhältnismäßig
schmal und hart sein. Dadurch werden aber die negativen Auswirkungen der Schubbeanspruchung
erhöht und die Federwirkung in Querrichtung, also in Richtung der Radsatzachse,
weiter verschlechtert. Ein weiterer, ganz wesentlicher Nachteil ist, daß bei einem
erfordert lich werdenden Austausch der Gummischeiben die Räder von den Achsen abgezogen
werden müssen
Dieser betrieblich sehr störende Nachteil wird vermieden
bei einer Kupplung mit geteilten Gummielementen, wie sie unter anderem aus der DE-OS
23 32 281 bekannt ist Eine auf der Hohlwelle und eine auf der Radsatzachse aufgebrachte
Nabe weisen eine Anzahl von sich radial nach außen erstreckenden Armen auf, die
abwechselnd hintereinander liegend angeordnet sind und jeweils zwischen zwei Armen
ein Gummiblock eingelegt ist.
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Die Gummiblöcke können einzeln radial nach außen herausgenommen und
von außen eingebaut werden1 ohne daß die Räder von den Achsen abgezogen werden müssen,
allerdings sind für den Ein- und Ausbau der Gummiblöcke be sondere Vorrichtungen
erforderlich. Diese Art der Kupplung ist in der senkrecht zur Radsatzachse stehenden
Ebene sehr steif. In Querrichtung ist sie weicher als die Ausführung mit der Gummischeibe,
aber die Gummiblöcke sind einer Schubbeanspruchung ausgesetzt. Ein weiterer Nachteil
ist die Tatsache, daß die Gummiblöcke ihre Vorspannung erst beim Einbau erhalten,
was den Ein- und Ausbau zusätzlich erschwert Es ist auch eine Kupplung für solche
Anwendungsfälle vorgeschlagen worden (DE-OS 28 53 839), bei der zwei Kupplungshälften,
von denen eine auf der Hohlwelle des Getriebes, die andere auf der Radsatzachse
angebracht ist und die beide im wesentlichen als rotationssymmetrische Körper ausgebildet
sind, über radial angeordnete Gummigelenkbuchsen miteinander verbunden sind Wenngleich
bei dieser Ausführung der Ein- und Ausbau der Gummigelenkbuchsen einfach zu bewerkstelligen
ist, so wirft ihre Dimensionierung doch einige Probleme auf, um alle Forderungen
möglichst weitgehend erfüllen zu können Bei allen genannten bekannten Ausführungen
fällt den
elastischen Kupplungen zwischen den Hohlwellen und den
Radsatzachsen die Aufgabe zu, sowohl das Motor-Getriebe-Aggregat auf der Radsatzachse
abzustützen als auch das Antriebsdrehmoment auf die Radsatzachse zu übertragen.
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Dabei sollen die Rückstellkräfte, die bei winkeliger Auslenkung der
Radsatzachse von der elastischen Kupplung aus auf die Radsatzachse wirken, möglichst
gering sein Der Grund dafür ist, daß beim Überfahren von Unebenheiten (Weichen,
Kreuzungen) oder Hindernissen (auf den Schienen liegende kleinere Gegenstände),
wenn also eines der vier Räder einseitig absinkt oder angehoben wird, eine ungünstige
Beeinflussung der Radkräfte soweit wie möglich vermieden und so die Sicherheit gegen
Entgleisen nicht beeinträchtigt wird Bei den bekannten Ausführungen versucht man,
den gestellten Forderungen durch bestimmte Ausbildung der Kupplungen und der darin
enthaltenen elastischen Elemente möglichst gerecht zu werden. Das ist allerdings
nur in Form von Kompromissen möglich. Die Forderung nach hoher Steifigkeit in radialer
Richtung und in Umfangsrichtung (bezogen auf die Radsatzachse) einerseits und nach
sehr geringer Steifigkeit bei winkeliger Auslenkung der Radsatzachse relativ zur
Hohlwelle kann bisher nur unvollkommen erfüllt werden. Bei der Ausführung nach der
DE-OS 23 32 281 z.B. wurde das Verhältnis der in den verschiedenen Richtungen wirkenden
Steifigkeiten zueinander und die Beanspruchung der elastischen Elemente gegenüber
der Ausführung nach der DE-PS 838 452 verbessert Die nachteilige Abhängigkeit dieser
Werte voneinander bleibt aber bestehen, so daß eben nur ein Kompromiß möglich ist.
Beispielsweise werden bei winkeliger Auslenkung der Radsatzachse in senkrechter
Ebene die gerade in der waagerechten Ebene liegenden elastischen Elemente auf Druck
beansprucht
und sind somit verhältnismäßig steif Würde man zur Erzielung
einer günstigeren Kennlinie die elastischen Elemente in dieser Druckrichtullg weicher
machen, dann ergäben sich zwangsweise auch "weichere" Kennlinien in radialer Richtung
und in Umfangsrichtung, was den eingangs genannten Forderungen entgegensteht. Außerdem
ergäbe sich auch noch eine höhere Beanspruchung der elastischen Elemente Die Beseitigung
der erwähnten Nachteile um die genannten Forderungen tatsächlich zu erfüllen ist
die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe In geradezu idealer Weise wird diese
Aufgabe gelöst mit einem Doppelachsantrieb mit dem Merkmal des Hauptanspruchs. Die
beiden einer Hohlwelle bzw. Radsatzachse zugeordneten "Kupplungen" übernehmen jetzt
unterschiedliche Funktionen und sind demgemäß unterschiedlich gestartet Die eine
"Kupplungi' besteht aus einem elastischen Ring, der nur das Gewicht des Motor-Getriebe-Aggregates
auf die Radsatzachse überträgt und an der Übertragung des Antriebsdrehmomentes nicht
beteiligt ist. Dieses elastische Element wird in der weiteren Beschreibung als elastisches
Lager bezeichnet, da ihm keine Kupplungsfunktion zukommt. Die andere Kupplung ist
eine bekannte elastische Kupplung, die nur das Drehmoment von der Hohlwelle auf
die Radsatzachse überträgt. Gegenüber den bekannten Ausführungen mit 4 Kupplungen
müssen die beiden Kupplungen nach der erfindungsgemäßen Anordnung u,U. etwas verstärkt
werden, was räumlich keine Probleme aufwirft. Diese Bauweise läßt Radial-, Axial-
und Winkelbewegungen der Radsatzachse relativ zur Hohlwelle zu und erzeugt dabei
nur sehr geringe Rückstellkräfte
Für die Gestaltung und für die
Anordnung des elastischen Lagers werden in den Ansprüchen 2 bis 7 verschiedene vorteilhafte
Ausführungen aufgezeigt. Die Anordnung des elastischen Lagers neben der Hohlwelle
hat den Vorteil der leichten Zugänglichkeit und der einfachen Austauschbarkeit des
Gummiringes bzw. der Gummiringe. Die Radsatzachse oder andere große Bauteile brauch'en
dazu nicht ausgebaut zu werden. Bei der Erstmontage kann für das elastische Lager
ein in sich geschlossener Gummiring verwendet werden, bei einer Erneuerung innerhalb
des kompletten Drehgestells kann der Ring quergeteilt sein. Wird das elastische
Lager innerhalb der Hohlwelle angeordnet, dann wird die Zugänglichkeit und Austauschbarkeit
zwar beeinträchtigt, dafür steht aber der gesamte Raum zwi schen dem Getriebe und
dem auf der der elastischen Kupplung gegenüberliegenden Seite befindlichen Rad für
die Anordnung von Bremseinrichtungen, z-Bs einer Scheibenbremse, zur Verfügung.
Insbesondere bei Schmalspurfahrzeugen ist dies von großem Vorteil Zweckmäßigerweise
wird das Motor-Getriebe-Aggregat so ausgeführt, daß sein Schwerpunkt auf einer gedachten
Verbindungslinie zwischen den beiden elastischen Lagern liegt. Am leichtesten wird
dies dadurch erreicht, daß die beiden Getriebe gleich ausgeführt sind. Massenbeschleunigungskräfte
und Kippmomente um die besagte Verbindungslinie, die z.B. dadurch entstehen, daß
der Schwerpunkt des Motors nicht mittig und somit der Aggregatschwerpunkt neben
der Verbindungslinie liegt, werden von einem Stützglied gegen den Drehgestellrahmen
abgestützt. Dieses Stützglied, das im wesentlichen in horizontaler Richtung wirkt,
wird vorteilhaft nach den Ansprüchen 8 und 9 weitergebildet bzw. angeordnet. Eine
solche Anordnung des Stützgliedes läßt ohne nachteiligen Einfluß alle Relativbewegungen
zwischen Drehgestell
und Motor-Getriebe-Aggregat zu, die z.B aus
der Achsfederung herrühren können.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels,
das in 7 Figuren dargestellt ist, beschrieben.
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Es zeigen Figur 1 die Anordnung des Motor-Getriebe-Aggregats im Drehgestell,
Figur 2 einen Schnitt durch ein Getriebe mit einem seitlich angeordneten elastischen
Lagers Figur 3 eine Seitenansicht der elastischen Kupplung in kleinerem Maßstab,
Figur 4 einen Querschnitt durch das elastische Lager nach Figur 2, Figur 5 eine
andere Ausführung des elastischen Lagers nach Figur 2 und 4, Figur 6 einen Teilschnitt
durch ein Getriebe mit einem mittig angeordneten elastischen Lager, und Figur 7
eine andere Ausführung des mittig angeordneten elastischen Lagers.
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Im Rahmen 1 eines nur angedeuteten Drehgestells (Fig.1) sind zwei
Radsatzachsen 2, 3 gelagert. Zwischen den Radsatzachsen ist ein Antriebsmotor 4
angeordnet, an dessen beiden Stirnseiten je ein Winkelgetriebe 5, 6 angeflanscht
ist. Das aus dem Mot.or 4 und den beiden Getrieben 5, 6 bestehende Motor-Getriebe-Aggregat
wird im folgenden mit 25 bezeichnet. Die Kraftübertragung von der nicht dargestellten
Motorwelle erfolgt über ebenfalls nicht gezeichnete Zahnkupplungen auf die Ritzelwellen
7 der beiden Winkelgetriebe und von dort
auf die Tellerräder 8
(Fig.2). Jedes Tellerrad 8 ist durch Verschrauben und Verstiften an einer flanschförmigen
Erweiterung einer Hohlwelle 9 drehfest auf dieser angebracht. Die Hohlwelle 9 ist,
ebenso wie die Ritzelwelle 7,. mit Wälzlagern drehbar, aber axial nicht verschiebbar
im Gehäuse 10 des jeweiligen Getriebes 5, 6 gelagert und ragt beiderseits aus dem
Gehäuse 10 heraus Durch die Hohlwelle 9 hindurch ist mit dem für die Federungsbewegung
erforderlichen radialen Abstand die Radsatzachse 2, 3 etwa zentrisch hindurchgeführt,
auf der die Treibräder 11, 12 drehfest aufgebracht sind.
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Die treibende Verbindung von der Hohlwelle 9 zur Radsatzachse 2, 3
erfolgt über eine Gelenkkupplung 13, 14 (Fig.1). Mit der Hohlwelle fest verbunden
ist ein erster Flansch 15 und mit der Radsatzachse fest verbunden ist ein zweiter
Flansch 16, dazwischen ist ein nicht gelagertes Zwischenglied 17 vorgesehen. Mit
dem Zwischenglied 17 ist der erste Flansch 15 über zwei Lenkerhebel 18, 19 und der
zweite Flansch 16 über zwei Lenkerhebel 20, 21 gelenkig verbunden. So ist eine Viergelenkkette
aus dem ersten Flansch 15, den Lenkerhebeln 18, 19 und dem Zwischenglied 17 gebildet,
eine weitere Viergelenkkette aus dem Zwischenglied 17, den Lenkerhebeln 20, 21 und
dem zweiten Flansch 16. Da das die beiden Viergelenkketten verbindende Zwischenglied
17 nicht gelagert ist, kann die Kupplung die radialen Bewegungen zwischen den gefederten
Teilen (Positionen 4, 5, 6, 15) und den ungefederten Teilen (Positionen 2, 3. 11,
12, 16) ausgleichen Das Zwischenglied 17 ist zur Aufnahme der Lenkerhebel mit zwei
Gabeln versehen. Die Zinken der einen sind in Figur 2 mit 22, 23 bezeichnet Die
Zinken enden in etwa halbzylinderischen Ausnehmungen 26, 27 zur Aufnahme von
Zapfen
249 die zu zwischengliedseitigen Gummigelenken 28 der Lenkerhebel gehören. Jedes
Gummigelenk 28 besteht aus einem Innenteil 30 und einem Außenteil 31 mit hohlzylinderischen
Querschnitten. Zwischen dem Innen- und dem Außenteil ist ein elastisches Glied 32
unter Vorspannung eingebracht und mit dem Innenteil 30 und dem Außenteil 31 verbunden,
z.B. durch Vulkanisieren Die Zapfen 24 sind mit Schrauben 34, 35 und Muttern paarweise
so am Zwischenglied angeschraubt, daß sie nach Lösen der Schrauben und Muttern radial
aus den Ausnehmungen 26, 27 herausnehmbar sind.
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An ihren flanschseitigen Enden sind die Lenkerhebel 18, 19, 20, 21
über Gummigelenke 38 (Fig.2) mit dem ersten Flansch 15 und dem zweiten Flansch 16
verbunden. Diese Gummigelenke bestehen jeweils aus einem Innenteil 40 und einem
Außenteil 41 mit hohlzylinderischen Querschnitten Dazwischen ist ein elastisches
Glied 42 unter Vorspannung eingebracht und mit dem Innenteil 40 und dem Außenteil
41 verbunden, z.B. durch Vulkanisieren. Die Innenteile 40 sind auf Zapfen 37 aufgenommen,
die mit einem kegeligen Ende 44 in eine entsprechende Bohrung des jeweiligen Flansches
ragen und mit einer Mutter 43 festgezogen sind. Nach dem Lösen der Muttern können
die Zapfen 37 axial aus dem jeweiligen Flansch herausgenommen werden Der Aufbau
der Gummigelenke 28, 38 ist nicht an die gezeichneten Ausführungen gebunden, sondern
es sind auch andere Formen möglich.
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Auf der der Gelenkkupplung gegenüberliegenden Seite des Getriebes
5, 6 ist eine Hälfte 47 eines Lagergehäuses 46 drehfest auf der Hohlwelle 9 angebracht,
z.B. aufgeschrumpft. Mit der Gehäusehälfte 47 ist eine Gehäusehälfte 48 verschraubt.
Die beiden Hälften umschließen eine neben der Hohlwelle 9 befindliche Ringkammer
49,
die innen von der Radsatzachse 2, 3 begrenzt ist. In diese
Ringkammer ist ein Ring 50 aus Gummi oder einem anderen elastischen Werkstoff eingelegt
Im losen Zustande ist der Gummiring 50 breiter und/oder höher als die Ringkammer
49. Beim Zusammenschrauben der beiden Lagergehäusehälften 47, 48 wird er zwischen
diesen und der Radsatzachse 2, 3 in axialer und/oder radialer Richtung zusammengepreßt,
also vorgespannt und füllt die Ringkammer 49 zumindest annähernd ganz aus. Zusammen
mit dem Lagergehäuse 46 bildet der Gummiring 50 ein elastisches Lager. Dabei ist
der Gummiring 50 auf der Radsatzachse zwischen zwei Wülsten 51, 52 eingebettet.
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Beim erstmaligen Zusammenbau des Drehgestells, insbesondere der Motor-Getriebe-Einheit
25 mit den Radsatzachsen 2, 3s kann der Gummiring 50 ein geschlossener Ring sein.
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Wenn dieser Ring später erneuert werden muß, kann - um nicht das Drehgestell
demontieren zu müssen - ein quergeteilter Gummiring 50' verwendet werden. Die dann
vorhandene Trennfuge 53 ist in Figur 4 angedeutet. Es ist aber auch möglich, anstelle
des geschlossenen oder quergeteilten Ringes 50, 50' zwei oder mehr segmentartige
Gummiteile zu einem Ring zusammenzusetzen. Bei dem in Figur 5 dargestellten Beispiel
sind 6 Segmente 54 angeordnet. Der Querschnitt des Gummiringes 50, 509 bzw.
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der Segmente 54 ist nicht an die gezeichnete Form gebunden. Es sind
auch andere Formen möglich und es können zwei oder mehr nebeneinander oder ineinander
angeordnete Gummiringe oder -segmente verwendet werden. Die elastischen Lager sind
- wie die Kupplungen 13, 14 - praktisch wartungsfrei Außerdem sind sie gut zugänglich
und die Gummiringe 50, 50' bzw. die Segmente 54 können im Bedar fs falle leicht
innerhalb des Drehgestells ausgewechselt werden
In Figur 1 sind
die beiden elastischen Lager der Winkelgetriebe 5, 6 mit 55, 56 bezeichnet. Über
sie stiitzt sich das Motor-Getriebe-Aggregat 25 auf den Radsatzachsen 2, 3 ab. Zum
Abstützen von Massenbeschleunigungskräften und Kippmomenten ist ein Lenkerhebel
57 als Stützglied vorgesehen, der sowohl am Motor 4 als auch am Drehgestellrahmen
1 angelenkt ist. Die Anlenkpunkte sind in Figur 1 mit 58 und 59 bezeichnet Die Funktion
des Lenkerhebels 57 ist am wirksamsten, wenn er - bezogen auf das Drehgestell -
in einer zumindest annähernd waagerechten Lage längs einer Linie 60 angeordnet ist,
die im rechten Winkel zu einer gedachten Verbindungslinie 61 zwischen den Mitten
der beiden elastischen Lager 55, 56 angeordnet ist. An den beiden Anlenkpunkten
58, 59 ist der Lenkerhebel 57 elastisch in sphärischen Lagern aufgenommen Zwischen
dem elastischen Lager 46, 50 und dem benachbarten Treibrad 12 ist noch eine Scheibenbremse
63 auf der Radsatzachse 2, 3 angeordnet. Wenn in Sonderfällen, z.B. bei Schmalspurfahrzeugen
oder bei einer Innenlagerung der Radsatzachsen 2, 3 im Drehgestellrahmen 1 zu wenig
Platz für die Bremseinrichtungen bleibt, dann kann das elastische Lager auch innerhalb
der Hohlwelle 9 untergebracht werden, so daß es keinen zusätzlichen Raum neben dem
Getriebegehäuse 10 benötigt Diese Anordnung kann auch gewählt werden, wenn die 9'Kippachse"
dem Motor-Getriebe-Aggregat 25, die der Verbindungslinie 61 entspricht, nicht oder
weniger schräg zur Fahrtrichtung liegen soll als in Figur 1 dargestellt Bei dem
in Figur 6 gezeigten Ausführungsbeispiel liegt das elastische Lager so, daß die
Verbindungslinie der Fahrzeuglängsachse 63 bzw. der Motor-Getriebe-Einheit 25 9ntspsicht,
Zwischen zwei Wülsten 66, 67 der Radsatz-
achse 2, 3 einerseits
und einer Ausnehmung 68 in der Hohlwelle 9 andererseits ist ein Gummiring 65 eingelegt,
der mittels einer koaxial in die Hohlwelle 9 eingeführten Hülse 69 die erforderliche
Vorspannung erhält. Der Querschnitt des Gummiringes 65 ist nicht an die gezeichnete
Form gebunden, es sind auch andere Formen möglich oder es können zwei Gummiringe
70, 71 verwendet werden (Figur 7). Der eine Gummiring 70 liegt zwischen den Wülsten
66, 67 und zwei Keilringen 72, 73 auf der Radsatzachse 2, 3, der andere (71) in
einer Ausnehmung 74 der Hohlwelle zwischen den beiden Keilringen 72, 73 und dem
Gummiring 70. Die Vorspannung erhalten die Gummiringe 70, 7t über die Keilringe
72, 73, die mittels einer koaxial in die Hohlwelle 9 eingeführten Hülse 75 zusammengespannt
sind. Für beide Ausführungen kann als Vorteil die unkomplizierte Montage von einfach
geformten Gummiteilen genannt werden und daß Axialkräfte formschlüssig übertragen
werden können.
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Ein gewisser Nachteil kann darin gesehen werden, daß das elastische
Lager innerhalb des Drehgestells nur umständlich oder garnicht demontiert werden
kann.
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Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf
die beschriebene und gezeichnete Ausführung der Winkelgetriebe und der elastischen
Kupplung beschränkt ist. Es sind auch andere Getriebe, z.B.
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solche mit einer weiteren Getriebestufe, möglich und es kann durchaus
eine andere Bauart für die elastische Kupplung gewählt werden.
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Begriffsliste 1 Drehgestellrahmen 2 ) Radsatzachse 4 Antriebsmotor
5 6) Winkelgetriebe 7 Ritzelwelle 8 Tellerrad 9 Hohlwelle 10 Gehäuse 11 12) Treibrad
13 14) Gelenkkupplung 15 erster Flansch 16 zweiter Flansch 17 Zwischenglied 18 19)
Lenkerhebel 20) 21) 22 23) Gabelzinke 24 Zapfen 25 Motor-Getriebe-Aggregat 26 27)
Ausnehmung 28 Gummigelenk 29 30 Innenteil 31 Außenteil 32 elastisches Glied 33 Schraube
35 36 37 Zapfen 38 Gummigelenk 39 40 Innenteil 41 Außenteil 42 elastisches Glied
43 Mutter 44 kegeliges Ende 45 46 Lagergehäuse 47 48) Gehäusehälfte 49 Ringkammer
50 Gummiring 51 52) Wulst 53 Trennfuge 54 Segment 55 elastisches Lager 57 Lenkerhebel
58 59) Anlenkpunkt 6o Wirkungslinie 61 Verbindungslinie 62 Mittellinie 63 Scheibenbremse
68 65 Gummiring 66 67) Wulst
68 Ausnehmung 69 Hülse 70 71) Gummiring
72 73) Keilring 74 Ausnehmung 75 Hülse
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