AT166558B

AT166558B - Fahrradnabenlichtmaschine

Info

Publication number: AT166558B
Authority: AT
Inventors: Alfred Rabl
Original assignee: Alfred Rabl
Priority date: 1948-05-13
Filing date: 1948-05-13
Publication date: 1950-08-25
Also published as: FR986188A; CH281934A; US2535453A; DE834653C

Description

Fahrradnabenlichtmaschine
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einer einzigen Getriebestufe, deren geteilte Aussenoder Innenlaufringe zur Aufbringung des zur Drehmomentübertragung erforderlichen Reibungsdruckes unter dem Axialdruck einer Feder stehen.

Demgegenüber wird die gestellte Aufgabe gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die Laufringe und umlaufenden Kugeln je zweier Getriebestufen eines mehrstufigen Getriebes durch ein Spannorgan gruppenweise in einander axial entgegengesetzten Richtungen unter Druck gesetzt und beide Getriebeteilgruppen durch ein ihnen gemeinsames Axialdrucklager in beiden dem
Spanndruck entgegengesetzten Richtungen zu- sammengefasst sind, wodurch alle Getriebeteile beider Getriebestufen samt dem Spannorgan und dem Axialdrucklager eine in sich geschlossene druckschlüssige Einheit bilden.

Durch diese Lösung ist es erstmals möglich, eine Dynamomaschine samt dem Übersetzungs- getriebe auf ein kleinstmögliches Volumen herab- zusetzen und in einer Radnabe normalen Ausmasses leicht einzubauen. Ausserdem wird durch die
Neukonstruktion des Getriebes ein hohes Über- setzungsverhältnis und damit auch eine ausser- ordentliche Lichtausbeute der Dynamomaschine gewährleistet.

Das die Getriebestufen unter Druck setzende
Spannorgan kann in vielen Varianten ausgeführt werden, von denen einige nachstehend erwähnt seien. So kann das Spannorgan z. B. aus einem einerseits an den am Getriebeeingang, anderseits an den am Getriebeausgang laufenden Laufringen angreifenden elastischen Zugorgan bestehen, welches die Getriebeglieder unter axialem Druck zu einer in sich geschlossenen Einheit zusammen- schliesst. Es kann aber auch die Dynamomaschine selbst als Spannorgan herangezogen werden und das Anzugmoment des gewickelten Stators zur Aufbringung des zur Übertragung erforder- lichen Reibungsdruckes ausgenutzt werden. Es ist auch möglich, das Spannorgan unter Flieh- krafteinwirkung zu stellen. Bei Übersetzung- getrieben mit mehreren Getriebestufen kann ein Teil des Getriebes z.

B. die Eingangsgetriebe- stufen unter dem Einfluss eines elastischen Spann- organs, die anderen Getriebestufen hingegen unter dem Einfluss des Dynamomagneten stehen.

Besonders günstige Einbauverhältnisse des Ge- triebes in die Radnabe werden gemäss der Er- findung dadurch geschaffen, dass der Druck-

schluss der unter dem Spanndruck des Spannorgans stehenden Getriebeglieder durch den auf der Radachse befestigbaren Lagerkonus erfolgt, welcher das ganze Getriebe samt der Radnabe gegen axiale Verschiebung gesichert, frei drehbar auf der Radachse lagert.

In der Zeichnung ist eine im Sinne der Erfindung ausgebildete Nabenlichtmaschine in mehreren beispielsweisen Ausführungsformen im vertikalen Längsschnitt veranschaulicht. Das erste Ausführungsbeispiel zeigt in Fig. 1 ein dreistufiges Übersetzungsgetriebe mit einem elastischen Spannorgan. Die Fig. 2 stellt eine Variante dazu dar. Aus der Fig. 3 ist ein Übersetzungsgetriebe mit einem unter Fliehkraftwirkung stehenden Spannorgan ersichtlich. Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Getriebekombination mit einem elastischen und einem magnetischen Spannorgan. Die Fig. 5 veranschaulicht ein Übersetzungsgetriebe mit zwei auf einem Lagerkonus befindlichen Lagerabstützungen. Schliesslich zeigen die Fig. 6 und 7 zwei Ausführungsarten der Radstossdämpfung des Getriebes.

Die im ersten Ausführungsbeispiel dargestellte Fahrradnabenlichtmaschine sitzt im Nabengehäuse 1 des Vorderrades und besteht aus der Dynamomaschine und dem Übersetzungsgetriebe.

Das Getriebe enthält in diesem Falle drei Geschwindigkeitsstufen. Die zu einer kraftschlussigen Einheit zusammengeschlossenen Getriebestufen II und III besitzen je einen Aussenlaufring 2 bzw. 3 und je einen Innenlaufring 4 bzw. 5, welche den beiden Kugelkränzen 6 und 7 ihre Laufflächen bieten. Zwischen den beiden
Aussenlaufringen 2 und 3 ist ein in axialer Richtung wirkender Federring 8 oder ein Gummidruck- körper, welcher die Aussenlaufringe 2 und 3 in einander entgegengesetzten Achsrichtungen unter elastischem Druck setzt. Diese Aussen- laufringe 2, 3 geben diesen Druck über die beiden Kugelkränze 6 und 7 auf die Innenlaufringe 4 und 5 weiter.

Die Innenlaufringe 4, 5 sind durch ein Axialdruckkugellager 9 frei drehbar an- einander abgestützt, welches die in einander entgegengesetzten Richtungen wirkenden Druck- kräfte in sich aufnimmt und auf diese Weise im Getriebe einen Kräfteschluss herstellt, der das Getriebe frei von axialen Lagerdrücken umlaufen lässt. Der Innenlaufring 4 der Getriebe- stufe 1I ist mit dem Kugelkäfig 10 der Getriebe- stufe Ill aus einem Stück hergestellt. Ebenso ist der Innenlaufring 5 der Getr ; ebestufe III mit dem Rotor 11 der Dynamomaschine direkt verbunden, so dass das Anzugmoment des Dynamo- magneten dauernd als zusätzliche Druckkraft auf die Getriebeglieder der Getriebestufen Il und 1I I zur Wirkung kommt.

Der Kugelkäfig 12 der Getriebestufe II ist mit dem Innenlaufring 13 der Getriebestufe 7 aus einem Stück gebildet, das auch eine Laufringfläche für das Achskugel- lager 14 besitzt, dessen Innenring 15 als
Schraubenmutter auf dem starren Achsbolzen 16 (Radachse) aufschraubbar ist. Der äussere Lauf- ring 2 der Getriebestufe II ist mit dem äusseren Laufring der Getriebestufe I aus einem Stück gebildet. Der Aussenlaufring 2 sitzt in der Radnabe 1 und wird daher von dieser bei ihrer Drehung mitgenommen. Der in der Radnabe 1 axial verschiebbar sitzende Aussenring 3 der letzten Getriebestufe wird durch den federnden Ring 8 in seiner Drehung vom Aussenlaufring 2 mitgenommen.

Der Aussenlaufring 3 wird in der Radnabe 1 einerseits durch die Sitzreibung, anderseits durch den Druck der Feder 8 derart festgehalten, dass er bei normaler Drehmoment- übertragung zur Radnabe 1 und zum Aussenring 2 unverrückbar bleibt, bei Überlastung des Getriebes, wie dies z. B. durch Klemmungen von Getriebeteilen entstehen kann, oder durch übergrosse Steigerung der Antriebsleistung hervorgerufen wird, jedoch von dem Kugelkranz 7 mitgenommen wird, so dass er gegenüber der Radnabe 1 eine Relativdrehung ausführt. Dadurch bildet der Aussenring 3 ein Sicherheitsorgan gegen Durchbrennen der Glühbirne infolge zu hoher Srromspannung und gegen Unfälle durch Getriebestörungen.

Während die Radnabe 1 auf der einen Seite mit dem Kugellager 14, 15 auf der starren Radachse 16 samt dem Übersetzungsgetrieue frei drehbar sitzt, ist die Radnabe auf der anderen Lagerseite durch das Kugellager 17 drehbar gelagert und gegen Axialverschiebung gesichert.

Dieses Lager 17 ist in diesem besonderen Falle als Stromabnehmer ausgebildet. Es sitzt zu diesem Zweck der innere Laufring 18 des Kugellagers 17 unter Zwischenschaltung einer Hülse 19 aus elektrisch isolierendem Material auf der starren Radachse 16, so dass er gegenüber dieser elektrisch isoliert ist und als Stromabnehmer mit dem Lichtkabel (nicht dargestellt) in beliebiger Weise fest verbunden werden kann. Der Aussenring 20 des Kugellagers 17 hat ebenfalls eine Auflage 21 aus elektrisch isolierendem Material, mit welcher er gegenüber den die Wicklung 22 enthaltenden Dynamomagneten elektrisch isoliert ist. Das Drahtende 24 der Wicklung 22 kann auf diese Weise mit dem Aussenring 20 direkt verbunden werden, so dass jede umständliche
Stromableitung entfällt.

Zum Ein-und Ausschalten der Nabenlichtmaschine wird der Käfigring 25 der Getriebestufe I benützt. Dieser Käfigring 25 ist frei drehbar gelagert und durch einen Schalthebel 26 auf der Radachse 16 feststellbar. Er besitzt zu diesem Zweck im Kreis angeordnete, radial verlaufende Aussparungen 27. Der Schalt- hebel 26 ist mit seinem Drehzapfen 28 in einem
Auge 29 eines auf der Radachse 16 starr be- festigten Lagerarmes 30 soweit schwenkbar ge- lagert, dass sein kurzer Sperrarm 31 in oder ausser
Eingriff mit den Ausnehmungen 27 des Käfig- ringes 25 gebracht werden kann. Im ausge- schalteten Zustand des Käfigringes 25 steht er ausser Eingriff mit dem Schaltorgan 31, 26, so dass er völlig widerstandslos umläuft und das
Getriebe wirkungslos bleibt.

Zum Einschalten der Nabenlichtmaschine wird das Schaltorgan 26 in eine Ausnehmung 27 des Käfigringes 25 eingerückt, so dass es den Käfigring gegenüber der Radachse 16 festhält. Dadurch treiben die Kugeln der Getriebestufe I während ihrer Abwälzung am Aussenring 2 den Innenring 13 mit beschleunigter Geschwindigkeit an. Diese beschleunigte Drehung teilt der Innenring 13 dem Kugelkranz 6 der Getriebestufe lImit, so dass dieser Kugelkranz 6 unter dem Reibungsdruck des Federringes 8 und des Anzugmomentes des Dynamomagneten den Innenlaufring 4 der Getriebestufe II im Ausmass der Übersetzung
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durch den die Kugeln 7 wie in den vorhergehenden Getriebestufen I und II im selben Drehsinn in Umlauf versetzt werden.

Der Kugelkranz 7 überträgt seine Drehbewegung in beschleunigtem Sinne auf den Innenring 5 und damit auf den Rotor 11 der Dynamomaschine.

Das Übersetzungsverhältnis dieser drei Getriebestufen ist so gewählt, dass der Dynamoanker auch bei langsamer Fahrt eine solche Drehgeschwindigkeit erhält, dass eine einwandfreie, ein gutes Licht gewährleistende Stromerzeugung erreicht wird. Die Ausbildung der Getriebeteile ist eine derartige, dass deren Herstellung sowie deren Ein-und Ausbau in denkbar einfacher Weise ermöglicht ist.

Beim zweiten Ausführungsbeispiele ist das elastische Organ als Federring 8 hinter dem letzten Aussenlaufring 3 angeordnet (Fig. 2). Aus diesem Grunde ist der Aussenlaufring 2 der Getriebestufe II mit einer Mantelhülse 2 a über den Aussenlaufring 3 hinaus verlängert und am verlängerten Teil mit einer ringartigen Einziehung versehen, gegen welche sich der Federring 8 stützt. Dieser Federring 8 hat daher das Be- streben, die beiden Aussenlaufringe 2 und 3 unter elastischem Druck zusammenzuschieben und die Kugelkränze 6 und 7 wieder gegen die
Innenlaufringe 4 und 5 anzupressen. Die Innen- laufringe 4 und 5 sind durch das Axialdruck- kugellager 9 gegeneinander so abgestützt, dass über die Getriebeglieder der Getriebestufen 2 und 3 ein Kraftschluss erreicht wird.

Das Ein- und Ausschalten des Getriebes erfolgt in der bereits beschriebenen Weise durch Feststellen des Käfigringes 25 mittels des Schaltorgans 26.

Ein Übersetzungsgetriebe mit einem unter
Fliehkraftwirkung stehenden Spannorgan zeigt das Ausführungsbeispiel in Fig. 3. Hier wird das Spannorgan aus Daumen 32 od. dgl. gebildet, welche sich einerseits gegen den Innenring'5 der letzten Getriebestufe III, anderseits gegen einen Ringflansch 33 der mit dem Dynamoanker 11 verbundenen Lauf hülse 77 a stützen und durch
Hebelarme mit einstellbaren Fliehkraft- gewichten 34 zur Aufbringung des erforderlichen
Spanndruckes beeinflusst werden.

Der Druck der Spannorgane 32 wird einerseits über den Kugelkranz 7 der Getriebestufe III auf den Aussenrmg und von diesem wieder über den Kugelkranz 6 auf den Innenlaufring 4 übertragen, anderseits von der Lagerhülse 11 a des Dynamoankers aufgenommen und dem Axialdruckkugellager 9 übermittelt, welches den Kraftschluss bewirkt. Der Spanndruck des Getriebes regelt sich somit nach der jeweiligen Umdrehunggeschwindigkeit des treibenden Teiles. Die gleiche Anordnung der Daumen 32 kann auch bei den Aussenlaufringen getroffen werden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Übersetzungsgetriebes zeigt die Fig. 4. Hier sind die drei Getriebestufen I, II, III der Wirkung eines federnden Spannorgans und eines Magneten ausgesetzt. In diesem besonderen Falle sind die Getriebestufen I und II im selben Sinne wie in Fig. 1 unter die Wirkung eines axial federnden Ringes 8 gestellt, wogegen die Getriebestufe III aus einem mit dem Magneten 11 verbundenen Aussenlaufring 3 und einem mit dem Dynamoanker 23 verbundenen Innenlaufring 5 besteht, zwischen welchen Laufringen 3 und 5 der Kugelkranz 7 unter dem Anzugmoment der beiden Dynamoteile 11, 23 umläuft. Der Dynamoanker 23 sitzt im Magneten 11 durch ein Lager 35 frei drehbar in der Radnabe. Zur Stromabnahme besitzt der Dynamoanker 23 einen Schleifring 37, gegen den sich eine Kontaktfeder 36 stützt.

Diese Kontaktfeder 36 überträgt den Strom auf das Kugellager, dessen feststehender Innen- ring 18 den Leitungsanschluss der Lichtleitung ermöglicht.

Diese Konstruktion zeichnet sich durch ihre besondere Einfachheit und ihre vollkommen kraftschlüssige Einheit der Getriebeteile aus.

Das in der Fig. 5 dargestellte Ausführungs- beispiel zeigt eine besondere Lagerung der Rad- nabe und des Getriebes auf einer einzigen Konus- hülse. Zu diesem Zweck ist der Aussenlaufring und der Innenlaufring der ersten Getriebestufe in gleicher Weise ausgebildet wie der Aussenlauf- ring und Innenlaufring der zweiten Getriebestufe.
Zwischen den beiden Aussenlaufringen der Ge- triebestufen I und II ist das als Federring 8 ausgebildete Spannorgan eingesetzt. Der Spann- druck dieses Federringes wird mittels der Aussen- laufringe auch die Kugelkränze der Getriebe- stufen I und II in beiden Druckrichtungen gleichmässig übertragen. Diese Kugelkränze stützen sich auf die ebenfalls gleich ausgebildeten
Innenlaufringe der beiden Getriebestufen, welche
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einander entgegengesetzten Richtungen auf einem gemeinsamen Lagerkonus 15 frei drehbar abgestützt sind.

In diesem Falle wird also der vom Federring 8 aufgebrachte Spanndruck durch die beiden Axialdruckkugellager 9 und 17 mittels des Lagerkonusses 15 zu einem durch sämtliche Getriebeteile beider Getriebestufen I und Il verlaufenden Kraftschluss aufgenommen. Gleichzeitig damit wird aber auch die Radnabe 1, welche auf den äusseren Laufring der ersten Getriebestufe aufsitzt, durch die beiden Axial-

druckkugellager 9 und 17 in zwei Lagerpunkten auf der Radachse 16 derart gelagert, dass sie ohne die bisher übliche Einstellung zur Radgabel mit einem einzigen Lagerkonus auf der Radachse in ihrer Lage fixiert werden kann.

Diese Konstruktion hat nicht nur den Vorteil einer besonders günstigen Einbaufähigkeit, sondern auch noch den Vorzug, die in der Achsrichtung auf das Getriebe zur Wirkung kommenden Stösse durch das elastische Spannorgan des Getriebes selbst abschwächen oder vollständig aufheben zu können. Die Getriebestufe 1I I dieses Ausführungbeispieles des Übersetzungsgetriebes weist die gleiche Ausbildung wie in den in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel auf. In diesem Falle wird also der Anpressdruck der Getriebeteile der Getriebestufe III durch den Dynamoanker und den Dynamomagneten geleistet.

Es sei noch darauf hingewiesen, dass der prinzipielle Aufbau des Getriebes die Anzahl der Getriebestufen in keiner Weise beschränkt.

Zur Vermeidung der Übertragung von in der Umfangsrichtung zur Wirkung kommenden Radstössen in das Übersetzungsgetriebe kann wie die Fig. 6 zeigt, der feststellbare Käfigring 25 mit federnd nachgiebigen Zungen 38 an den Kugeln angreifen oder es kann im Sinne der Fig. 7 der Käfigring durch einen in der Drehrichtung etwas elastisch nachgiebigen Schalthebel 26 festgehalten werden. In beiden Fällen wird durch die Nachgiebigkeit in der Drehrichtung der Kugeln ein gewisses die Radstösse ausbalanzierendes Spiel erreicht.

PATENTANSPRÜCHE :
1. Fahrradnabenlichtmaschine mit mehreren zwischen dem Dynamoanker und dem treibenden Teil eingeschalteten, nach Art von Axialdruckkugellagern gebildeten Getriebestufen, welche mittels eines Schaltorgans zum beschleunigten
Antrieb der Dynamomaschine bedarfsweise mit dem Fahrrad kuppelbar sind, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Laufringe (z. B. 2, 3, 4, 5) und umlaufenden Kugeln (z. B. 6, 7) je zweier Ge- triebestufen (z. B.

II, III) eines mehrstufigen Ge- triebes durch ein Spannorgan (8, 32) gruppen- weise in einander axial entgegengesetzten
Richtungen unter Druck gesetzt und beide Ge- triebeteilgruppen durch ein ihnen gemeinsames
Axialdrucklager (9) in beiden dem Spanndruck entgegengesetzten Richtungen zusammengefasst sind, wodurch alle Getriebeteile (1-7) beider
Getriebestufen samt dem Spannorgan (8) und dem Axialdrucklager (9) eine in sich geschlossene druckschlüssige Einheit bilden.

Claims

2. Fahrradnabenlichtmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da, das Spannorgan (8) aus einem zwischen zwei Laufkränzen (2, 3) zweier Getriebestufen z. B. (II, III) ein- geschalteten, elastischen Druckmittel (Feder, Gummipolster) besteht, welches zusammen miL zwei miteinander axial unverrückbar verbundenen Laufkränzen (4, 5) die Getriebeglieder der beiden unter dem Axialdruck stehenden Getriebe- stufen (II, III) zu einer kraftschlüssigen Einheit zusammenschliessen.

3. Fahrradnabenlichtmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gewickelte Stator (23) und der magnetische Rotor (11) der Dynamomaschine als Spannorgan mit je einem Laufkranz (4 bzw. 5), einer oder mehrerer Getriebestufen verbunden sind und die zwischen den Laufkränzen (4, 5) rotierenden und umlaufenden Getriebeglieder (6, 7) im Ausmass des Anzugsmomentes des Dynamomagneten (11 bzw. 23) in axialer Richtung zu einer kraftschlüssigen Einheit zusammenspannen.

4. Fahrradnabenlichtmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannorgan (32) durch Fliehkraftgewichte (34) in seinem Axialdruck beeicüusst wird.

5. Fahrradnabenlichtmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass einer der beiden unter dem Druck des Spannorgans (8) einer druckschlüssigen Getriebeeinheit (II, III) stehenden Aussenlaufringe EMI4.1 Drehmomentübertragung unverrückbal bleibt, bei Überlastung des Getriebes infolge übermässiger Steigerung des Drehmomentes jedc h auf Drehung entgegen seiner Lagerreibung mitgenommen wird und dadurch als Sicherheitsorgan die Verminderung der Drehmomentübertragung auf das übliche Höchstmass selbsttätig bewirkt oder gänzlich unterbricht.

6. Fahrradnabenlichtmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der rotierende, durch sein Anzugmoment auf die Getriebestufen einwirkende magnetische Rotor durch ein besonderes, innerhalb des gewickelten Stators angeordnetes Lager (35) drehbar gelagert ist.

7. Fahrradnabenlichtmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckschluss der unter dem Spanndruck des Spannorgans (8 oder 11 und 23) stehenden Ge- triebzglieder (2 bis 14) durch einen einzigen Lagerkonus (15) erfolgt, welcher das ganze Getriebe samt der Radnabe (1) gegen axiale Verschiebung gesichert, frei drehbar auf der Radachse (16) lagert.

8. Fahrradnabenlichtmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeteile (2 bis 10i der ersten beiden Getriebestufen (I, II) durch je ein den Spanndruck des Spannorgans (8) aufnehmendes Axialdruckkugellager (9, 17) in einander entgegengesetzten Achsrichtungen auf dem einzigen Lagerkonus (15) drehbar abgestützt sind und dadurch Getriebe und Radnabe an zwei Punkten abgestützt auf der einen Lagerseite fahrbereit halten.

9. Fahrradnabenlichtmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass den durch das Spannorgan (8) zu einer geschlossenen Einheit zusammengespannten Ge- triebestufen (II, III) eine Getriebestufe (I) vor- geschaltet ist, deren Aussenlaufring in der Rad- nabe (1) sitzt und deren Innenlaufring (13) als <Desc/Clms Page number 5> Kugelkäfig ausgebildet ist und als solcher zwischen die Kugeln der Getriebestufe (II) eingreift, wobei der Kugelkranz (39) der Getriebestufe (I) EMI5.1

10.. Fahrradnabenlichtmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelkäfig (25) der ersten Getriebestufe (I) einen Kranz von Ausnehmungen besitzt, in welche ein auf der Radachse ortsfest angeordnetes Schaltorgan (26, 31) von Hand aus zur Feststellung des Käfigringes (25) gegen Drehung ein-und aus- drückbar ist.

11. Fahrradnabenlichtmaschine nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelkäfig (25) mit elastisch nachgiebigen Zungen (38) (Fig. 6) zwischen die Kugeln (39) des Kugelkranzes der ersten Getriebestufe (I) eingreift und dadurch die tangentialen Radstösse schon am Eingang des Getriebes dämpft.

12. Fahrradnabenlichtmaschine nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltorgan (26) für den Kugelkäfig (25) der ersten Getriebestufe (I) mit einem in der Umlaufrichtung des Getriebes etwas elastisch EMI5.2

13. Fahrradnabenlichtmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der gewickelte Stator (23) der Dynamomaschine samt EMI5.3 sitzender Innenring (18) als Kontaktabnehmer für die zum Glühlichi führende Stromleitung aus- EMI5.4