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Die
Erfindung betrifft eine statisch überbestimmte Lagerung eines
Antriebsaggregats eines Kraftfahrzeugs gemäß der im Oberbegriff des Anspruches
1 angegebenen Art.
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Bekanntlich
werden über
die Lagerung des Antriebsaggregats die Triebwerkskräfte, hier
insbesondere das Gewicht und die dynamischen Kräfte des Motors, abgefangen.
In der Regel ist dabei das Antriebsaggregat des Kraftfahrzeugs mittels
einer sogenannten statisch bestimmten Dreipunktlagerung gelagert.
Hierzu ist das unmittelbar hinter dem Motor angeflanschte Getriebe
hauptsächlich
im Bereich des Tunnels mit einer eigenen Traverse direkt an der Karosserie
abgestützt,
während
der Motor über
zwei Lager an einem Hilfsrahmen abgestützt ist. Durch diese Dreipunktlagerung
ist das System statisch bestimmt, d. h. jedes Lager wird gemäß der Lagerkennlinie
und der Schwerpunktlage des Aggregats eine entsprechende Höhenlage
einnehmen. Eine derartige, statisch bestimmte Dreipunktlagerung
wird gegenwärtig
z. B. in dem aktuellen Modell des RUDI A 4 verbaut.
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Ein
Problem der beschriebenen statisch bestimmten Aggregatlagerung besteht
darin, dass für das
Triebwerk aufgrund der wenigen Lagerstellen nur geringe Dämpfung erzielbar
ist, was zu schwingungssteigernden Komforteinbußen (Stuckern) führt.
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Um
dies zu vermeiden hat sich, insbesondere im Bereich der Premiumfahrzeuge,
eine statisch überbestimmte
Lagerung des Antriebsaggregats durchgesetzt. D.h., dass bei derartigen
Premiumfahrzeugen das Antriebsaggregat nicht nur an drei Punkten,
sondern nunmehr an fünf
Punkten abgestützt
ist, um eine bessere Dämpfung
zu erzielen. Eine überbestimmte,
fünf Lagerpunkte
aufweisende Aggregatlagerung ist beispielsweise in dem aktuellen
Audi A 8 verbaut. Da es sich aufgrund der nunmehr fünf Lagerpunkte
um ein statisch überbestimmtes
System handelt und zudem Toleranzen aus einer komplexeren Toleranzkette
noch hinzukommen, wird sich bei einer statisch überbestimmten Aggregatlagerung
im Gegensatz zur statisch bestimmten Lagerung in der Regel niemals
die entsprechende Höhenlage
und damit das richtige Maß für die erforderlich
Vorspannung für
die Aggregatlager ergeben.
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Die
sich nach Aufsetzen des Antriebsaggregat auf die Aggregatlager ergebende
Höhenlage
ist in 1 und 2 exemplarisch an einem Lagerpunkt an
Hand der zwei denkbaren Extremfälle "Übermaß" und "Spiel" dargestellt: 1 und 2 zeigen
jeweils ein Getriebelager, welches in bekannter Art und Weise über eine
Schraubverbindung mit einer Getriebestütze eines nicht weiter dargestellten
Antriebsaggregat des Kraftfahrzeugs verbunden sind. Während in 1 der
Lagerpunkt Getriebelager/Getriebestütze für den Extremfall "Übermaß" dargestellt ist, zeigt 2 den
Lagerpunkt für
den Extremfall "Spiel". Im ersten Fall
ist hierbei die Vorspannkraft zu groß, während im zweiten Fall aufgrund
des Spiels die Getriebestütze
den Lagerkern des Getriebelagers nicht erreicht und somit keine
Vorspannkraft vorhanden ist.
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Die
Konsequenz daraus ist, dass, um eine Einstellung der Lagervorspannung
zu ermöglichen, der
Lagerpunkt Aggregatlager/Antriebsaggregatstütze auch bei ungünstigen
Toleranzen so auszulegen ist, dass zwischen Aggregatlager und Antriebsaggregatstütze stets
Spiel vorhanden ist. In den vorhandenen Spalt muss dann nach Ermittlung
des Spaltmaßes
eine entsprechende Distanzscheibe gelegt werden, welche letztlich
die nötige
Vorspannung erzeugt.
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Der
Montagevorgang eines über
eine statisch überbestimmte
Lagerung gelagertes Antriebsaggregats sieht daher wie folgt aus:
- – ein
erstes Aufsetzen des Antriebsaggregats auf die fünf Aggregatlager;
- – Ermittlung
des Spaltmaßes
für die
einzulegenden Distanzscheiben;
- – Anheben
des Antriebsaggregats und Einlegen der Distanzscheiben, ein Anheben
ist hierbei zwingend erforderlich, da, um eine Lagervorspannung
zu erzielen, die Distanzscheiben in jedem Fall dicker als das Spaltmaß sein müssen und
daher nicht radial einschiebbar sind;
- – ein
Zweites Aufsetzen des Antriebsaggregat auf die fünf Aggregatlager;
- – Verschraubung
der Lagerstellen.
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Der
geschilderte Montagevorgang erweist sich aufgrund des erforderlichen
zweimaligen Anhebens des Antriebsaggregats als umständlich und zeitaufwendig.
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Aus
der
DE 691 12 586
T2 ist ein System zum Befestigen eines Trägers an
zwei Teilen eines Mechanismus, insbesondere am Zylinderblock und am
Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors, bekannt. Das System enthält wenigstens
einen ersten und einen zweiten Punkt für die Befestigung des Trägers an
einem ersten bzw. an einem zweiten der getrennten Teile eines Mechanismus,
wobei jeder Befestigungspunkt einen Bolzen aufweist, der in einer Durchfallbohrung
im Träger
mit Spiel untergebracht ist und in das entsprechende Teil des Mechanismus geschraubt
werden kann. Das System zeichnet sich dadurch aus, dass der erste
Befestigungspunkt ferner eine Buchse enthält, die mittels eines schrägen Schnitts,
der in einer Ebene ausgeführt
ist, die mit der Symmetrieachse der Buchse eine von einem rechten Winkel
verschiedenen Winkel bildet, in zwei Teile unterteilt ist, wobei
die Buchse in die Durchfallbohrung gleitend eingeschoben ist und
den Bolzen in sich aufnimmt und ein erstes Ende, das mit einer Schulter versehen
ist, die einen gegen sie stoßenden
Kopf des Bolzens aufnehmen kann, sowie ein zweites Ende aufweist,
das dem ersten gegenüberliegt
und an das Teil des Mechanismus stößt. Im Gebrauch werden die
Teile durch den Bolzen zwischen dem ersten Teil des Mechanismus
und dem Kopf des Bolzens in der Weise befestigt, dass sie sich elastisch verformen
und eine axiale Verriegelung der ersten Buchse in der zweiten Buchse
festlegen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine statisch überbestimmte
Lagerung eines Antriebsaggregats eines Kraftfahrzeugs gemäß der im Oberbegriff
des Anspruches 1 angegebenen Art unter Vermeidung der genannten
Nachteile derart weiter zu bilden, dass eine vereinfachte Montage
des Antriebsaggregats ermöglicht
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1
in Verbindung mit seinen Oberbegriffs merkmalen gelöst.
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Die
Unteransprüche
bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine vereinfachte
Einstellung der Lagervorspannung den Montagevorgang des Antriebsaggregats
erheblich vereinfacht.
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Hierfür weist
das Kraftfahrzeug eine statisch überbestimmte
Lagerung des Antriebsaggregats auf, bei der das Antriebsaggregat über mindestens
fünf Aggregatlager
an einer Fahrzeugkarosserie des Kraftfahrzeugs gelagert ist. Die
die statische Überbestimmtheit
der Lagerung verursachenden Aggregatlager sind dabei jeweils einer
am Antriebsaggregat festgelegten Aggregatstütze zugeordnet. Die Aggregatstützen weisen
jeweils eine von einer Schraube durchfassten Durchgangsöffnung auf, über die
eine kraftschlüssige
Verbindung zwischen Aggregatlager und der jeweilig zugeordneten
Aggregatstütze
des Antriebsaggregats hergestellt ist. Erfindungsgemäß ist in
die Durchgangsöffnung
der Aggregatstützen
jeweils eine Hülse
eingebracht, die in Bezug zur Durchgangsöffnung axial bewegbar ist und über deren
axiale Position in der jeweiligen Durchgangsöffnung mittels einer dem Aggregatlager
zugewandten und mit dem Aggregatlager in Wirkverbindung bringbaren Stirnfläche eine
Lagervor spannung einstellbar ist, wobei die Hülse Befestigungsmittel aufweist, über die die
Hülse,
ihre axiale Position fixierend, unlösbar mit der jeweiligen Durchgangsöffnung der
Aggregatstütze
verbindbar ist.
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Auf
eine einfache Art und Weise ist nunmehr eine statisch überbestimmte
Lagerung eines Antriebsaggregats eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt,
bei der nach dem Aufsetzen des Antriebsaggregats auf die Lagerpunkte
durch eine entsprechende Einstellung der axialen Position der Hülsen die
erforderliche Vorspannung der Aggregatlager einstellbar ist. Ein
aufwendiges Wiederabheben des Antriebsaggregats ist nunmehr nicht
mehr erforderlich. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass nach
Herstellung der unlösbaren
Verbindung zwischen Hülse
und Aggregatstütze
ein Unikat entsteht, welches nur der einen Lagerstelle zuzuordnen
ist, so das ein Vertauschen von etwaigen Distanzscheiben im Kundendienst
nicht möglich
ist. Zudem ist durch die Hülse eine
individuelle und feinfühlige
Einstellmöglichkeit der
Lagervorspannung zur Verfügung
gestellt, welche sich unmittelbar positiv in der Fahrzeugakustik niederschlägt.
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Vorzugsweise
weist die Durchgangsöffnung der
jeweiligen Aggregatstützen
ein Innengewinde und die Hülse
ein dazu korrespondierend ausgebildetes Außengewinde auf. Dies hat den
Effekt, dass die axiale Positionierung der Hül se zur Einstellung der erforderlichen
Lagervorspannung mittels einer Schraubbewegung sehr gezielt durchführbar ist.
Zudem kann bei der Verschraubung mittels einer in bekannter Art
und Weise gleichzeitig durchzuführenden Drehmomentmessung
eine exakte Vorspannung des entspre chenden Aggregatlagers eingestellt
werden.
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Um
eine einfache axiale Positionierung der Hülse in der entsprechenden Durchgangsöffnung der Aggregatstütze mittels
einer Schraubbewegung zu ermöglichen,
weist die Hülse
vorzugsweise einen Innensechskant auf. Die Ausbildung der Innenfläche der
Hülse als
Innensechskant hat den weiteren Vorteil, dass hierdurch eine optimale
Kraftverteilung zwischen Hülse
und einem korrespondierend dazu ausgebildeten Werkzeug sichergestellt
ist, so dass eine entsprechend hohe Drehmomenten-Übertragung
zur axialen Bewegung der Hülse
und damit zur Einstellung der Lagervorspannung zur Verfügung gestellt ist.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist die Hülse
als eine Stahlhülse
ausgebildet. Die Verwendung einer Stahlhülse erweist sich als vorteilhaft,
da diese kostengünstig
ist und eine lange Lebensdauer gewährleistet.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung sind die Befestigungsmittel der Hülse an dem der Stirnfläche abgewandten Endbereich
der Hülse
angeordnet und umfassen mehrere lappenförmig ausgebildete Segmente,
die mit der Durchgangsöffnung
der Aggregatstütze
form- und/oder stoffschlüssig
verbindbar sind. Die form- und/oder stoffschlüssige Verbindung zwischen Befestigungselement
und Durchgangsöffnung
kann dabei mittels Verprägen
oder Umlegen oder Aufspreizen der lappenförmig ausgebildeten Segmenten
erfolgen. Dies kann sowohl per Hand als auch mit einer automatischen
Vorrichtung durchgeführt
werden.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit dem in
der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.
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Die
Erfindung wird im Folgenden an Hand des in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher beschrieben.
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In
der Beschreibung, in den Patentansprüchen, in der Zusammenfassung
und in der Zeichnung werden die in der unten angeführten Liste
der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordnete Bezugszeichen
verwendet. In der Zeichnung bedeuten:
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1 Eine
Schnittdarstellung eines Getriebelagers einer statisch überbestimmten
Aggregatlagerung nach dem Stand der Technik für den ersten Extremfall "Übermaß";
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2 das
Getriebelager aus 1 für den zweiten Extremfall "Spiel";
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3 eine
schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäß ausgebildeten
Lagerstelle einer statisch überbestimmten
Aggregatlagerung, wobei die linke Hülsenhälfte den Zustand vor dem Verprägen und
die rechte Hülsenhälfte den
Zustand nach dem Verprägen
darstellt;
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4 eine
vergrößerte Darstellung
der Einzelheit X aus 3,
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5 eine
schematische perspektive Darstellung der Hülse zur Einstellung der Lagervorspannung,
und
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6 eine
Draufsicht auf die Hülse
aus 5.
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1 und 2 zeigen
jeweils in einer Schnittdarstellung eine Lagerstelle einer statisch überstimmten
Aggregatlagerung 10 nach dem Stand der Technik.
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Aus
Gründen
der Übersichtlichkeit
ist von der Aggregatlagerung 10 lediglich ein als Getriebelager ausgebildetes
Aggregatlager 12 dargestellt, das über eine entsprechend zugeordnete
Aggregatstütze 14, hier
in Form einer Getriebestütze,
ein nicht dargestelltes Antriebsaggregat abstützt. Die Aggregatstütze 14 weist
ein von einer Schraube 16 durchfassten Durchgangsöffnung 18 auf, über die
Aggregatstütze 14 und
damit das Antriebsaggregat kraftschlüssig miteinander verbunden
sind.
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Bei
dem in 1 dargestellten Fall ist aufgrund des "Übermaßes" zwischen Aggregatlager 12 und
Aggregatstütze 14 die
Lagervorspannkraft zu groß,
was u.U. zu einer Zerstörung
der entsprechenden Lagerstelle führen könnte. Hingegen
ist bei dem in 2 dargestellten Fall aufgrund
des Spiels zwischen Aggregatlager 12 und Aggregatstütze 14 keine Vorspannkraft
vorhanden, d.h. zur Einstellung der erforderlichen Vorspannkraft
müssen
entsprechende Distanzscheiben in den Spalt zwischen Aggregatlager 12 und
Aggregatstütze 14 eingebracht
werden, was, wie bereits ausgeführt
wurde, ein erneutes Anheben des gesamten Antriebsaggregat erfordert.
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Die
in 3 dargestellte erfindungsgemäße ausgebildete Lagerstelle
einer statisch überbestimmten
Aggregatlagerung 10, vermeidet den oben genannten Nachteil
nach dem Stand der Technik. Nachfolgend sind die sich entsprechenden
Bauteile mit den gleichen Bezugsziffern 5 gekennzeichnet.
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Vorliegend
ist dem Aggregatlager 12 lediglich der Lagerkern dargestellt,
in den die Schraube 16 eingeschraubt ist. In die Durchgangsöffnung 18 der Aggregat
stütze 14 ist
eine Hülse 20 eingebracht,
die in Bezug zur Durchgangsöffnung 18 der
Aggregatstütze 14 axial
bewegbar ist. Hierzu weist die Durchgangsöffnung 18 der Aggregatstütze 14 ein
Innengewinde und die Hülse 20 ein
dazu korrespondierend ausgebildetes Außengewinde auf, sodass durch eine
entsprechende Schraubbewegung der Hülse 20 in der Durchgangsöffnung 18 der
Aggregatstütze 14 eine
axiale Positionierung der Hülse 20 ermöglicht ist.
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Um
eine einfache Positionierung der Hülse 20 in der Durchgangsöffnung 18 der
Aggregatstütze 14 zu
ermöglichen,
und um einen sicheren Formschluss für das Ein stellwerkzeug zu erzielen,
ist die Innenfläche
der Hülse 20 als
ein Innensechskant ausgebildet.
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Durch
eine entsprechende axiale Positionierung der Hülse 20 in der Durchgangsöffnung 18 der Aggregatstütze 14 ist
die Hülse 20 über ihre
Stirnfläche 22 mit
dem Lagerkern des Aggregatlagers 12 in Wirkverbindung bringbar,
d.h. durch die Einnahme einer entsprechenden axialen Position der
Hülse 20 ist die
Vorspannkraft nunmehr einstellbar.
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An
ihrer der Stirnfläche 22 abgewandten Endbereich
weist die Hülse 20 mehrere
lappenförmig ausgebildete
Segmente 24 auf, über
die die Hülse 20,
ihre axiale Position fixierend, unlösbar mit der Durchgangsöffnung 18 der
Aggregatstütze 14 verbindbar
ist. Die unlösbare
Verbindung zwischen Hülse 20 einerseits
und Durchgangsöffnung 18 andererseits
erfolgt vorliegend durch ein Aufdornen der lappenförmig ausgebildeten
Segmente 24. Dabei findet eine plastische Werkstoffumformung
sowohl an den lappenförmig
ausgebildeten Segmenten 24 als auch in der Durchgangsöffnung 18 statt.
Die Hülse 20 kann somit
nicht mehr verdreht bzw. in Bezug zur Durchgangsöffnung 18 axial bewegt
werden, wodurch die Einstellung dauerhaft erhalten bleibt; Hülse 20 und Aggregatstütze 14 werden
somit praktisch zu einem Teil.
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3 zeigt
exemplarisch den Zustand der Hülse 20 vor
Herstellung der unlösbaren
Verbindung und nach Herstellung der unlösbaren Verbindung: Während der
linke Teil der Hülse 20 die
Hülse 20 und insbesondere
die lappenförmigen
Segmente 24 vor dem Aufdornen zeigt, ist im rechten Teil
die Hülse 20 mit
den aufgedornten lappenförmigen
Segmenten 24 dargestellt.
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Wie
insbesondere aus 4 ersichtlich ist, ist lediglich
der in axiale Richtung a betrachtete untere Teilbereich der Durchgangsöffnung 18 der
Aggregatstütze 14 mit
einem Innengewinde versehen, während
der obere Bereich, d.h. der den lappenförmig ausgebildeten Segmenten 24 der
Hülse 20 zugeordnete
Bereich als Freisenkung 26 ausgebildet ist. Hierdurch ist
nach dem Aufdornen ein optimaler Form- und/oder Stoffschluss zwischen
den lappenförmigen
Segmenten 24 der Hülse 20 und
der Durchgangsöffnung 18 der
Aggregatstütze 14 sichergestellt.
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Eine
Detailansicht der Hülse 20 mit
ihren lappenförmig
ausgebildeten Segmenten 24 ist nochmals in 5 dargestellt,
während
aus der in 6 dargestellten Draufsicht auf
die Hülse 20 die
Ausbildung der Innenfläche
der Hülse 20 als
Innensechskant deutlich ersichtlich ist.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist
der Montagevorgang eines über
eine statisch überbestimmte
Lagerung gelagertes Antriebsaggregat erheblich erleichtert und umfasst
die folgenden Schritte:
- – Aufsetzen des Antriebsaggregats
auf die Aggregatlager 12. Hierbei befinden sich die Hülsen 20 bereits
in den Durchgangsöffnungen 18 der
entsprechenden Aggregatstützen 14.
Die Hülsen 20 sind
dabei so angeordnet, dass ihre Stirnflächen 22 bündig zur
Unterkante der jeweiligen Aggregatstütze 14 ausgerichtet
sind.
- – Einführen eines
entsprechenden Schraubwerkzeuges mit integriertem Drehmomentensensor
in das Innensechskant der Hülse 20 und
Einstellung der erforderlichen Lagervorspannung.
- – Herstellung
der unlösbaren
Verbindung durch Aufdornen der lappenförmig ausgebildeten Segmente 24 der
Hülse 20
- – Verschraubung
der Lagerstellen.
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Ein
umständliches
Abheben und Wiederaufsetzen des Antriebsaggregats auf die Aggregatlager ist
folglich nicht mehr erforderlich.
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- 10
- Aggregatlagerung
- 12
- Aggregatlager
- 14
- Aggregatstütze
- 16
- Schraube
- 18
- Durchgangsöffnung
- 20
- Hülse
- 22
- Stirnfläche
- 24
- Befestigungsmittel/lappenförmig ausgebildete Segmente
- 26
- Freisenkung
- a
- axiale
Richtung