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Die
Erfindung betrifft einen Spindel-Motor mit verringerter Geräuschemission
nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Spindel-Motoren der eingangs
genannten Art werden auf den verschiedensten Gebieten angewendet.
Es handelt sich um Miniaturmotoren für Festplattenantriebe, für Lüfter und
dergleichen. Bei derartigen Miniatur-Motoren wird es bevorzugt,
wenn die Lageranordnung aus Fluid-Lagern besteht und im Übrigen der
Motor aus einer Basisplatte besteht, auf der eine feststehende Lagerbuchse
angeordnet ist, welche eine zentrale Mittenausnehmung für eine darin
drehbar gelagerte Welle ausbildet.
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Die
Welle ist drehfest über
einen Presssitz im oberen Kopfbereich mit einer umlaufenden Nabe
verbunden, und die Nabe bildet hierbei im Bereich des Nabenkopfes
eine Aufspannfläche
für die
Aufnahme einer Klemmeinrichtung zur Halterung der Speicherplatten.
Die seitlichen Bereiche der umlaufenden Nabe sind hierbei durch
einen Nabenteil gebildet, der in seinen vertikalen Anlageflächen den
Aufnahmeraum für
die Plattenspeicher bildet.
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An
der Buchse bzw. der Basisplatte ist ferner ein ortsfester Stator
mit zugeordneten Wicklungen angeordnet, der über ein Rotormagnet und einem magnetischen
Rückschluss
mit der Nabe zusammenwirkt und diese drehend antreibt.
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Es
hat sich herausgestellt, dass bei diesen Motoren eine unangenehme
Geräuschentwicklung dadurch
entsteht, dass sich die Basisplatte aufgrund der magnetischen Kräfte, die
vom Stator auf die Basisplatte eingetragen werden, periodisch verwindet, und
diese Verwindungserscheinungen führen
zu unerwünschten
Schallabstrahlungen. Bisher ist es nicht bekannt, solche Schallabstrahlungen
wirksam zu unterdrücken.
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Aufgrund
der Verwindungskräfte
wird der Stator in unerwünschter
Weise in axialer Richtung nach oben gehoben und auch angekippt,
und diese Kippschwingungen übertragen
sich auf die umlaufende Nabe. Macht man die Nabe steif, führen diese
Verwindungskräfte
zu einer zusätzlichen
Verwindung der Basisplatte, was mit den beschriebenen, unerwünschten
Geräuschen
verbunden ist.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Spindel-Motor
mit verringerten Geräuschemissionen
auszubilden.
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Zur
Lösung
der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre
des Anspruches 1 gekennzeichnet.
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Wesentliches
Merkmal der Erfindung ist, dass die Nabe in ihrem oberen Bereich,
d. h. im Bereich zwischen dem Nabenkopf, d. h. dem Verbindungsbereich
der Nabe mit der Welle und dem für
die Aufnahme der Speicherplatten sowie des Rotormagneten vorgesehenen
Nabenteil gezielt querschnittsgeschwächt ist, um dort biegbar ausgebildet
zu sein.
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Mit
der vorliegenden Erfindung wird ein flexibler Bereich zwischen dem
Nabenkopf und den sich daran anschließenden radial auswärts gerichteten Teilen
der Nabe vorgesehen. Eine solche Querschnittsschwächung kann
durch verschiedenartige Maßnahmen
erfolgen. In einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
kann die Nabe von innen her ausgehöhlt werden, d. h. eine umlaufende
(oder auch nur stückweise
umlaufende) Ringnut tragen, welchen diesen Übergangsbereich zwischen dem Nabenkopf,
d. h. dem Verbindungsbereich der Nabe mit der Welle und den radial
außen
liegenden Teilen gezielt schwächt.
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In
einer anderen Ausgestaltung kann es jedoch vorgesehen sein, dass
die Nabe von außen
her mit einer gezielten Querschnittsschwächung (Ringnut, die nach außen gerichtet
ist) geschwächt
wird.
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Es
ist relativ gleichgültig,
ob der Übergangsbereich
zwischen dem Nabenkopf und den sich radial daran anschließenden äußeren Nabenteilen
von außen
oder innen durch eine Ringnut oder durch eine andere Profilform
geschwächt
wird. Wichtig ist, dass die Querschnittsschwächung lediglich diesen Übergangsbereich
betrifft.
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Die
Querschnittsschwächung
soll so gestaltet sein, dass nicht der Halt des Presssitzes zwischen dem
Kopf der Welle und dem zugeordneten Nabenbereich im Bereich des
Nabenkopfes verändert
wird. Dieser Presssitz soll auf keinen Fall geschwächt werden
und deshalb wird darauf geachtet, dass die Querschnittsschwächung nur
in diesem Übergangsbereich
stattfindet.
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Statt
einer rechteckförmigen
Ringnut können auch
andere querschnittsschwächenden
Aushöhlungen
oder Nuten, die von außen
oder von innen in die Nabe angebracht werden, vorgesehen werden.
Solche querschnittsschwächenden
Nuten können
eine beliebige Profilform haben, wie z. B. eine Ovalform, eine Ellipsenform,
eine Halbrundform oder dergleichen mehr.
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Die
Erfindung ist nicht darauf beschränkt, dass umlaufende querschnittsschwächende Profile im
Innen- oder Außenbereich
des Nabenkopfes in Richtung auf den radial auswärtsgerichteten Bereich der
Nabe angeordnet sind. Es ist auch möglich, diese querschnittsschwächenden
Profile auch stückweise gleichmäßig verteilt
am Umfang des Nabenkopfes anzuordnen, um so ebenfalls stückweise
geschwächte
Bereiche am Umfang des Nabenkopfes zu erreichen.
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Solche
stückweise
vorhandenen Schwächungen
können
z. B. als Schlitze, als Bohrungen oder als sonstige Einschnitte
vorgesehen werden. Solche Bohrungen sind bevorzugt als Sackbohrungen
ausgebildet, um nicht einen unerwünschten luftführenden Übergang
von dem Außenbereich
der Nabe in den Innenraum des Lagers zu schaffen. Selbstverständlich können auch
derartige Durchgangsbohrungen angebracht werden, wenn dafür gesorgt
ist, dass sie nachfolgend abgedichtet werden.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die querschnittsschwächenden Profile
und Ausnehmungen mit einem zusätzlichen akustisch
dämpfenden
Material gefüllt
sind. Ein solches akustisch dämpfendes
Material ist z. B. ein hochdämpfendes
Material, welches bevorzugt gießfähig ausgebildet
ist.
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Das
dämpfende
Material kann auch eingepresst werden. Das geräuschdämpfende Material, mit dem die
querschnittsschwächenden
Profilformen gefüllt
sind, muss demzufolge auch an den Verformungswegen des Profils der
Nabe in diesem Bereich teilnehmen. Nur dadurch entsteht ein hochwirksamer Dämpfungseffekt.
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Solche
Dämpfungsmaterialien
werden unter dem Markennamen „Sonoston" oder „Maxidamp" vertrieben. Das
Prinzip der Erfindung besteht deshalb darin, dass zur Verringerung
der Abstrahlung von unerwünschten
Geräuschemissionen
die Nabe im Bereich der Stufe zwischen dem Nabenkopf und den radial
außen
liegenden Teilen (Oberseite der Nabe) entweder auf der Nabenoberseite
oder auf der Nabenunterseite gezielt geschwächt wird und dass dieser Biegebereich
bedämpft
ist.
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Beim
Drehantrieb der Nabe durch die in Umfangsrichtung wirkende magnetische
Kraft, die zwischen dem Stator und der Nabe erzeugt wird, kommt es
auch zu unerwünschten
Inhomogenitäten
des magnetischen Flusses.
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Diese
Inhomogenitäten
sind bedingt durch unterschiedliche Spulentwicklungen, durch unterschiedliche
Materialien in den Magneten und dergleichen, die zu Verzerrungskräften oder
zu Verkantungskräften
auf die Nabe führen.
Die Nabe und der Stator werden in unkontrollierter Weise durch diese
Inhomogenitäten
verzogen und während
der Umdrehung verworfen, was zu den besagten unerwünschten Schallemissionen
führt.
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Wenn
erfindungsgemäß vorgesehen
ist, dass der Übertragungsbereich,
auf den die Drehantriebskraft übertragen
wird (der radiale äußere Teil der
Nabe) schwingungstechnisch von dem (starr gehaltenen) Nabenkopf
entkoppelt wird, wird eine wirksame Geräuschdämpfung erreicht. Wenn z. B.
ein Fehler auf die Nabe in axialer Richtung wirkt, versucht der
Stator den Magneten auf der umlaufenden Nabe anzuziehen und es kommt
hierbei zu einer Verwindung der Grundplatte. Gleichzeitig verwindet
sich auch der radial äußere Teil
der Nabe. Die Verwindung geschieht so lange, bis sich die Kräfte wieder
ausgleichen.
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Wenn
man nun gezielt den Übergangsbereich
zwischen dem Nabenkopf und den radial außen liegenden Teilen der umlaufenden
Nabe flexibel gestaltet, sorgt man dafür, dass sich vorwiegend der
radial außen
liegende Teil der Nabe gegenüber
dem inneren Teil verformt und nicht mehr der Stator gegenüber der
Basisplatte und damit auch nicht mehr die Basisplatte selbst. Damit
wird eine wesentliche Geräuschverminderung
erreicht, denn die Verwindung der Basisplatte gegenüber dem
Stator, die zu den eigentlichen Geräuschen führte, ist damit relativ fester und
damit verwindungssteifer ausgestaltet, was die Geräuschemissionen
in wirksamer Weise vermindert.
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Zwar
wird sich der Stator selbst nicht nennenswert verwinden, jedoch
die Bereiche um den Stator herum, die eine feste Verbindung mit
der Basisplatte haben.
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Der
Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht
nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination
der einzelnen Patentansprüche
untereinander.
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Alle
in den Unterlagen, einschließlich
der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere
die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden
als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in
Kombination gegenüber
dem Stand der Technik neu sind.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einem Ausführungsweg
darstellenden Zeichnungen näher
erläutert.
Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere
erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
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Es
zeigen:
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1:
ein Halbschnitt durch einen Motor in seinem oberen Bereich mit einer
ersten Querschnittsschwächung
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2:
der gleiche Halbschnitt wie 1 mit einer
zweiten Querschnittsschwächung
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3:
ein vollständiger
Spindelmotor mit einer Querschnittsschwächung gemäß 2 der Erfindung
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4:
ein Vergleich der Schallemission von ungedämpften Naben mit der Schallemission
von gedämpften
Naben mit einem Spindelmotor nach 3 mitsamt
Festplatten
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In
den 1 bis 3 ist ein Spindel-Motor allgemeiner
Art dargestellt, der im Wesentlichen aus einer Basisplatte 24 besteht,
auf der ein Stator mit Statorwicklungen 3 und einem zugeordneten
Stator-Blechpaket 21 befestigt ist. Die magnetische Kraft,
die von dem Stator-Blechpaket erzeugt wird, wird über einen
Luftspalt auf eine Anzahl von Magneten 22 geleitet. Die
Magnete 22 sind als Ring ausgebildet und in dessen Außenbereich
ist ein Joch 23 als magnetischer Kurzschluss vorhanden.
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Somit
wird die magnetische Kraft auf den vertikalen Teil der Nabe 10 übertragen,
nämlich
auf den Nabenteil 16, der in seinen vertikalen Bereichen zur
Aufnahme der Speicherplatten ausgebildet ist.
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Der
Nabenteil 16 weist am Umfang verteilt angeordnete Gewindebohrungen 14 auf,
die zur Festspannung einer Klemmeinrichtung vorgesehen sind. Die
Klemmeinrichtung wird mit nicht näher dargestellten Schrauben
in den Gewindebohrungen 14 festgespannt, legt sich hierbei
auf der Spannfläche 15 fest
und ist dort zentriert.
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Wichtig
ist nun, dass dieser radial außen
liegende Nabenteil 16 durch eine zugeordnete Stufe in einen
Nabenkopf 12 übergeht
und dass im Bereich des Nabenkopfes eine zentrale Ausnehmung für eine Welle 13 angeordnet
ist, deren Kopf dort im Bereich eines Presssitzes 7 gehalten
ist.
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Die
Welle 13 weist im Übergangsbereich
zwischen dem Nabenkopf und in Richtung auf das darunter sich anschließende Radiallager 5 einen
radialen Einstich 8 verringerten Durchmessers auf, der
mit einem Ölstopplack
versehen ist.
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Damit
wird verhindert, dass über
den Einstich 8 die in der Kapillardichtung 9 befindliche
Lagerflüssigkeit
unerwünscht
austritt.
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Im
Bereich eines Lagerspaltes 4 zwischen der Innenseite 1 der
Lagerbuchse 2 und der Welle 13 ist ein Radiallager 5 ausgebildet.
Das Radiallager 5 ist asymmetrisch gemäß 3 ausgebildet
und besteht aus einem oberen Radiallager 5 und einem darunter
angeordneten zweiten Radiallager. Die beiden Radiallagerstrukturen 6 sind
hierbei unterschiedlich ausgebildet.
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Die
Erfindung ist nicht auf die besondere Ausbildung und Anzahl der
Radiallager und auf die Anzahl und Anordnung von vorhandenen Axiallagern gerichtet.
Es können
beliebig viele Radiallager und Axiallager vorhanden sein, und im
gezeigten Ausführungsbeispiel
ist hierbei ein oberes und ein unteres Axiallager 28 im
Bereich einer Druckplatte 32 angeordnet.
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Der
am Nabenkopf 12 ausgebildete Aufnahmeraum 11 dient
zur Aufnahme der Spanneinrichtung, wie vorstehend erwähnt wurde.
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Wichtig
ist, dass der Übergangsbereich
zwischen dem Nabenkopf 12 der Nabe 10 und dem
radial außen
liegenden Nabenteil 16 querschnittsgeschwächt und
damit leichter biegbar (Pfeilrichtung 27 und in Gegenrichtung)
ausgebildet ist.
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Zu
diesem Zweck zeigt das Ausführungsbeispiel
nach 1 eine schräg
von innen in etwa radial nach außen verlaufende Ringnut, die
etwa oval ausgebildet ist und die eine Schwächungsausnehmung 18' ausbildet.
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In
einer anderen Ausführungsform – die in 2 dargestellt
ist – ist
die Innenwandung 19 der Nabe axial nach oben verlängert ist
und setzt sich dort in die etwa als rechteckiger Einstich ausgebildete
Schwächungsausnehmung 18 fort.
Dies ist fertigungstechnisch besonders einfach zu bewerkstelligen.
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Wichtig
bei beiden Ausführungsformen
der 1 und 2 ist, dass ein querschnittsgeschwächter Übergangsbereich 17, 17' geschaffen wird,
der dem radial außen
liegenden Nabenteil 16 eine Flexibilität gegenüber dem Nabenkopf 12 zuordnet.
Wenn beispielsweise der Stator mit seiner Statorwicklung 3 eine
Kraftkomponente in Pfeilrichtung 26 zusammen mit der Basisplatte 24 nach
unten entfaltet, entsteht hierbei über den Luftspalt eine entsprechende
Gegenkraft in Pfeilrichtung 27 auf den radial außen liegenden
Nabenteil 16 der Nabe 10.
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Wenn
man nun den Übergangsbereich
zwischen dem Nabenteil 16 und dem Nabenkopf 12 leicht
biegbar ausbildet, indem man diesen Übergangsbereich 17, 17' mit einer Schwächungsausnehmung 18, 18' versieht, wird
damit dem Nabenteil 16 eine verbesserte Biegbarkeit gegenüber den übrigen Teilen
der Nabe verliehen. Damit wird eine Geräuschübertragung von Schwingungen
auf den Nabenkopf und damit auf die Welle 13 und somit
auch auf die Lager abgeschwächt.
Eine Bedämpfung
dieses Biegebereiches führt
zu einer noch verbesserten Unterdrückung der Schwingungsübertragung.
Demzufolge ist die Bedämpfung
nicht unbedingt zur Erreichung des Erfindungszweckes erforderlich,
führt aber
zu einer verbesserten Unterdrückung.
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Damit
ist der Schwingungs-Übertragungsweg
in Richtung auf die Basisplatte 24 entscheidend geschwächt, so
dass Schwingungen wirksam unterdrückt werden.
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4 zeigt
Messergebnisse als Vergleich der Geräuschemission von Motoren nach
dem Stand der Technik und der Erfindung. Im Bereich 29 sind hierbei
die Geräuschemissionen
von Motoren nach dem Stand der Technik dargestellt, während im
Bereich 30 insgesamt 5 unterschiedliche Motoren mit der
neuen Geräuschdämpfung angegeben
sind.
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Auf
der Ordinate ist der Schalldruck im Quadrat der Schallabstrahlung
bezogen auf die Mitte des Plattenspeichers aufgezeichnet, während auf
der Abszisse die verschiedenen Typen der untersuchten Motoren aufgezeichnet
sind.
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Man
erkennt ohne weiteres, dass der Schalldruck im Quadrat der im Bereich 30 angeordneten, schwingungsgedämpften Motoren
um ein Vielfaches unter dem Schalldruck im Quadrat der ungedämpften Motoren
im Bereich 29 liegt.
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Damit
ist die Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung bewiesen.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, dass die Welle 12 im
Presssitz 7 in die zentrale Ausnehmung der Nabe 10 eingepresst
ist. Es sind auch Konstruktionen vorgesehen, die eine einstückige Ausbildung
zwischen Nabe und Welle vorsehen. Dies hat jedoch mit der Erfindung
nichts zu tun, denn die Erfindung bezieht sich darauf, dass der Übergangsbereich
zwischen dem Nabenkopf und dem radial sich außen anschließenden Nabenteil querschnittsgeschwächt ausgebildet
ist.
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Eine
zu starke Schwächung
des Querschnittes in diesem Bereich ist jedoch nicht erwünscht, weil dann
möglicherweise
die Schwingungen des Nabenteils 16 zu unerwünschten
Schwingungen des Plattenspeichers führen.
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- 1
- Innenseite
(Lagerbuchse)
- 2
- Lagerbuchse
(fest)
- 3
- Statorwicklung
- 4
- Lagerspalt
- 5
- Radiallager
- 6
- Lagerstruktur
- 7
- Presssitz
- 8
- Einstich
- 9
- Kapillardichtung
- 10
- Nabe
- 11
- Aufnahmeraum
- 12
- Nabenkopf
- 13
- Welle
- 14
- Gewindebohrung
- 15
- Spannfläche
- 16
- Nabenteil
(Diskaufnahme)
- 17
- Übergangsbereich 17'
- 18
- Schwächungsausnehmung 18'
- 19
- Innenwandung
(Teil 16)
- 20
- Gegenplatte
- 21
- Stator-Blechpaket
- 22
- Magnet
- 23
- Joch
- 24
- Basisplatte
- 25
-
- 26
- Pfeilrichtung
- 27
- Pfeilrichtung
- 28
- Axiallager
- 29
- Bereich
(Typen ungedämpft)
- 30
- Bereich
(Typen gedämpft)
- 31
-
- 32
- Druckplatte