DE3127139A1

DE3127139A1 - Hydraulische bremsbetaetigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE3127139A1
Application number: DE19813127139
Authority: DE
Inventors: Anthony George Acocks Green Birmingham Price
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1980-07-10
Filing date: 1981-07-09
Publication date: 1982-03-04
Also published as: JPS5747067A; US4422533A

Description

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lA-54 949 D-8Ö00 MÜNCHEN 90

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» telefon: (089) 66zö 51

TELEGRAMJiCPROTECTPATENT TELEX: 524070

Beschreibun

Hydraulische Bremsbetätigungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft hydraulische Bremsbetätigungsvorrichtungen mit hydraulischen Kolben-Zylinder-Baugruppen, bei denen ein Kolben in einer Bohrung in einem Zylinder arbeitet und ein kreisringförmiges elastisches Pichtglied, das in einer radialen Diehtgliedaufnahmenut im Kolben oder Zylinder angeordnet ist, als verschiebbare Berührungsdichtung wirkt, die gegen den Zylinder bzw. den Kolben fluiddicht abdichtet.

Betätigungsvorrichtungen dieser Gattung können von einer Fahrzeugbremse getrennt oder als integrierender Bestandteil in sie eingegliedert sein.

Bei bekannten Betätigungsvorrichtungen dieser Gattung ist die Diehtgliedaufnahmenut gewöhnlich von rechteckigem Querschnitt und zwischen mit axialem Zwischenabstand parallelen Endwänden und einem sich in Längsrichtung erstreckenden Boden ausgebildet, der in die Endwände an deren inneren Enden übergeht, und das Dichtglied ist zwischen dem Boden und dem jeweiligen Gegenstück - Kolben oder Zylinder - radial zusammengepreßt oder eingeklemmt.

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Durch das Zusammendrücken zwischen dem Boden und dem Kolben oder Zylinder wird eine axiale Ausbauchung des Dichtgliedes hervorgerufen. Somit müssen die Endwände in genügendem Abstand voneinander angeordnet sein, um jede derartige Verformung und die größte Verformung, die bei ungünstigen Toleranzschwankungen auftreten kann, aufnehmen zu können; denn wenn das Dichtglied axial eingeklemmt werden müßte, ginge die Kontrolle über den geplanten Grad der radialen Zusammendrückung verloren.

Als Folge dieses axialen Spiels kann es in einem bestimmten Ausmaß zu einer axialen körperlichen Bewegung des Dichtgliedes in und in bezug auf die Nut kommen. Wenn die Betätigungsvorrichtung betätigt wird, um eine Relativbewegung zwischen dem Kolben und dem Zylinder hervorzurufen, wird somit ein zusätzliches Fluidvolumen erforderlich, um jegliche, durch eine Bewegung des Dichtgliedes gegenüber der Nut bedingte Zunahme der effektiven Kapazität der Kolben-Zylinder-Baugruppe auszugleichen. In manchen Fällen ist dieses zusätzliche Volumen recht unbedeutend, kann aber bei einigen Konstruktionen und Anwendungsfällen kritisch sein, beispielsweise bei einer Bremsbetätigungsvorrichtung mit kreisringförmigem Kolben, bei der zwei Dichtglieder erforderlich sind und die dem Fluid ausgesetzte Gesamtfläche der Dichtglieder so groß sein kann wie die Kolbenfläche.

Außerdem sind Toleranzschwankungen beim Dichtglied und bei der Nut sowie zwischen diesen kritisch, um sicherzustellen, daß zwischen dem Dichtglied und dem Bauteil, gegenüber dem es beweglich ist, keine wesentliche Reibung besteht, und daß das Dichtglied keine wesentliche Verformung erleidet, die sich in einer Zunahme der vom Dichtglied gespeicherten Energie auswirken würde. Dies trifft insbesondere auf Konstruktionen zu, bei denen das Dichtglied und das Bauteil sowohl axiale Relativbewegungen ausführen als auch gegeneinander verdreht werden können.

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Erfindungsgemäß ist bei einer hydraulischen Bremsbetätigungsvorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung das Dichtglied in unbelastetem Zustand außen von zumindest annähernd dreieckiger Gestalt mit drei Hauptflächen, die Dichtgliedaufnahme nut ist im Kolben oder Zylinder zwischen einer ersten und einer zweiten Endwand ausgebildet, an denen zwei Hauptflächen des Dichtgliedes über ihrer ganzen Fläche anliegen, wobei die Endwände in bezug aufeinander geneigt sind, wenigstens die zweite.Endwand auch in bezug auf die Achse des Zylinders geneigt ist und die Längenbeziehungen zwischen den Hauptflächen und den Endwänden so gewählt sind, daß ein Dichtabschnitt des Dichtgliedes, der von und zwischen der dritten Hauptfläche und der an der ersten Endwand anliegenden Hauptfläche ausgebildet ist, am Zylinder bzw. am Kolben abdichtend anliegt, und zwischen der zweiten Endwand und der dritten Hauptfläche ist ein Raum ausgebildet, der jegliche Verformung des Werkstoffes des Dichtgliedes aufnimmt, das im übrigen zwischen den Wänden der Nut und dem Zylinder bzw. dem Kolben eingeschlossen ist.

Selbst bei großzügigen Toleranzen bildet der Dichtabschnitt ungefähr an der Ecke des Dichtgliedes eine verhältnismäßig kleine Berührungsfläche mit dem Zylinder bzw. dem Kolben. Die Reibung am Dichtglied ist daher entsprechend klein, wodurch sichergestellt ist, daß bei axialer Relativbewegung und/oder relativer Drehbewegung zwischen dem Kolben und dem Zylinder die vom Dichtglied gespeicherte Energie nur minimal zunimmt. '

Der hier zur Definition der Stellungsbeziehungen zwischen den Ehdwänden benutzte Begriff "geneigt" wird auch als auf Konstruktionen anwendbar verstanden', bei denen die Endwände außen gekrümmt, bogenförmig oder gestuft sein können.

Die relative Neigung zwischen den Endwänden ist so gewählt, daß sie genügend groß ist, damit sich das Diehtglied durch

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seine eigene Elastizität fest an die erste Endwand anlegt, die an der Niederdruckseite der Betätigungsvorrichtung angeordnet ist, aber doch nicht so groß, daß das Dichtglied zwischen den beiden Endwänden axial zusammengedrückt würde. Die Verformung des Dichtgliedwerkstoffes, hervorgerufen durch das radiale Zusammendrücken des Dichtgliedes zwischen den Wänden der Nut und dem Zylinder bzw. dem Kolben, wird daher in dem Raum zwischen dem Dichtglied und der zweiten Endwand an der Hochdruckseite der Betätigungsvorrichtung aufgenommen. Die für den Werkstoff des Dichtgliedes bestehende-Möglichkeit, sich in einen solchen Raum hinein auszubauchen, bedeutet, daß die radiale Zusammendrückung kontrollierbar und voraussagbar ist, obwohl das Dichtglied an der niederdruckse it igen Endwand stets fest anliegt.

Die ein Merkmal der Erfindung bildende relative Neigung zwischen· den beiden Endwänden kann erreicht werden durch Schrägstellen beider Endwände in bezug auf die Achse oder durch Anordnen einer Endwand rechtwinklig zur Achse und Schrägstellen nur der anderen Endwand.

Wenn ein Dichtglied hohen Drücken ausgesetzt ist, neigt es dazu, sich durch kleinste Lücken hindurehzupressen. Aber, je abrupter der Übergang zur Lücke, desto weniger leicht ist es für das Dichtglied, sich in sie hineinzupressen. So ist die Niederdruckseite vorzugsweise die■Seite mit dem abruptesten Übergang, und vorzugsweise ist auch die niederdruckseitige Endwand rechtwinklig zur Achse ausgebildet. {Aus demselben Grunde kann der Rand der Nut zumindest annähernd scharfkantig ausgeführt sein.)

Die Dichtgliedaufnahmenut kann in die Wand des Zylinders eingearbeitet sein, in dem der Kolben arbeitet. Wenn jedoch Kolben und Zylinder beide von kreisringförmiger Außengestalt sind, kann eine erste Dichtgliedaufnahmenut in der radial inneren Wand des Zylinders und eine zweite Dichtgliedaufnahmenut in der radial äußeren Wand des Kolbens ausgebildet sein.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine Ansicht einer spreizbaren Bremse in Richtung .der Achse einer Welle, bei der aus Gründen einer übersichtlicheren Darstellung eine der Bremsscheiben

und ein Teil des Gehäuses entfernt wurden, Fig. 2 den Schnitt 2-2 in Fig. 1,
Fig. 3 eine Ansicht eines Teiles der Bremse in größerem

Maßstab,
Fig. 4 einen vergrößerten Schnitt durch einen Teil der Bremse mit einem Dichtglied,

Fig. 5 einen Schnitt durch das Dichtglied und Fig. 6 einen Schnitt durch die Dichtgliedaufnahmenut.

Die dargestellte spreizbare Bremse ist zum Abbremsen einer Welle ausgelegt, die zur Antriebsübertragung auf ein Rad eines Fahrzeuges dient. Die Bremse weist ein Gehäuse 1 auf, in das eine Welle 2 hineinragt und das an entgegengesetzten Enden in axialem Abstand voneinander radiale Bremsflächen 3 und 4 hat, zwischen denen drehbare Reibscheiben 5 angeordnet sind. Die Reibseheiben 5 sind mit der Welle 2 drehfest verbunden und an ihr verschiebbarο

Zwischen den Reibscheiben 5 ist eine Spreizvorrichtung angeordnet. Die Spreizvorrichtung hat zwei drehbare Anpreßplatten 6 und 7/ die als Ringe gestaltet und zwischen den Reibscheiben 5 angeordnet sind, sowie Kugeln 8, die in einander zugeordneten Ausnehmungen 9 aufgenommen sind, welche mit gegensinniger Neigung in einander benachbarten Stirnflächen der Anpreßplatten 6 und 7 ausgebildet sind. Die Anpreßplatten 6.und 7 sind an im Winkelabstand voneinander angeordneten Führungsteilen 10 im Gehäuse 1 zentriert.

Die Anpreßplatten 6 und 7 weisen radial wegragende Ansätze 12 und 13 auf, mit denen zwei dazwischen angeordnete Kniehebel 11 verbunden sind, an deren Verbindungsstelle ein Ende

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einer Zugstange 14 angeschlossen ist. Das andere Ende der Zugstange 14 ist in einer Betätigungsvorrichtung zum Einleiten der Betätigung der Bremse montiert.

Die Bewegung der Zugstange 14 in einer radialen Bremsbetätigungsriehtung wird durch die Betätigungsvorrichtung ausgeführt und leitet eine Winkelbewegung der Anpreßplatten 6 und 7 in zueinander entgegengesetzten Richtungen ein. Die Kugeln 8 haben dann das Bestreben, aus den Ausnehmungen 9 herauszulaufen und die Anpreßplatten 6 und 7 voneinander weg an die Reibscheiben 5 anzupressen, die dann an die radialen Bremsflächen 3 und 4 im Gehäuse 1 angepreßt werden. Die Anpreßplatten 6 und 7 drehen sich mit den Reibscheiben 5, bis eine von ihnen, z.B. die Anpreßplatte 6, durch das Anstoßen einer an ihr angeordneten Nase 15 an einen Zapfen 16 angehalten wird, der als Anschlag- und Anlageglied wirkt und auch eines der Führungsteile 10 aufweist. Die fortgesetzte Winkelbewegung der anderen Anpreßplatte 7, der Verstärkerplatte, erzeugt eine Servowirkung, um die Bremsbetätigungskraft zu erhöhen.

Die Bremse kann'auch hydraulisch betätigt werden. Beim gezeigten Beispiel enthält die Spreizvorrichtung eine hydraulische Kolben-Zylinder-Baugruppe 17 mit einem kreisringförmigen Kolben 18, der mit der Anpreßplatte 7 einstückig verbunden ist, und einen kreisringförmigen Zylinder 19 in der Anpreßplatte 6, in dem der Kolben 18 arbeitet. Die Ausnehmungen 9 sind in das freie Ende des Kolbens 18- und in eine Wand am benachbarten inneren Ende des Zylinders 19 eingearbeitet. . .

Der Kolben 18 trägt ein kreisringförmiges Dichtglied 22 aus einem elastischen Werkstoff, insbesondere aus Kautschuk, das als Berührungsdichtung gegen die radial äußere Wand des Zylinders 19 abdichtet, und an der radial inneren Wand des Zylinders 19 ist ein ähnliches kreisringförmiges Dichtglied 23

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vorgesehen, das als Berührungsdichtung gegen die innere Fläche des Kolbens 18 abdichtet.

Unter Druck stehendes hydraulisches Fluid wird, zweckmäßigerweise aus einem Hauptzylinder, dem Zylinder 19 durch eine radiale Öffnung in der Anpreßplatte 6 hindurch über ein Anschlußstück 25 zugeleitet, das durch eine radiale Öffnung 26 im Gehäuse 1 nach außen ragt. Die Öffnung 26 ist mit einer flexiblen Dichtmanschette abgedichtet. Der Hauptzylinder ist mit dem Anschlußstück 25 durch eine Schlauchleitung 28, zwec.kmäßigerweise aus Kautschuk, verbunden, die flexibel ist, um jegliche Winkelbewegung der Anpreßplatte 6 ausgleichen zu können.

Beim hydraulischen Betätigen der Bremse werden die Anpreßplatten 6 und 7 voneinander weg und in Anlage- an den Reibscheiben 5 bewegt. Wie weiter oben beschrieben., drehen sich danach die Anpreßplatten 6 und 7 mit den Reibscheiben 5, bis eine von ihnen, z.B. die Anpreßplatte 6, durch den als Anschlag- und Anlageglied dienenden Zapfen 16 gestoppt wird. Die fortgesetzte Winkelbewegung der anderen Anpreßplatte 7 erzeugt dann wie beim Betätigen der Bremse mit der Zugstange 14 eine Servowirkung, um die Bremsbetätigungskraft zu erhöhen. .;..-.

Üblicherweise wird die Bremse zum normalen Verlangsamen (Betriebsbremsung) hydraulisch und zum Halten des Fahrzeugs im Stillstand (Feststellbremsung) mit der Zugstange 14 be- . tätigt.

Im Kolben 18 und in der Wand des Zylinders 19 sind zur Aufnahme der Dichtglieder 22 und 23 Dichtgliedaufnahmenuten 30 ausgebildet. Jede von ihnen hat eine erste Endwand 31, die am niederdruckseitigen Ende des Kolbens 18 und rechtwinklig zur Längsachse des Zylinders 19 angeordnet ist, eine zweite Endwand 32, die am hochdruekseitigen Ende des Kolbens 18

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angeordnet ist, sich vom inneren Ende der Endwand 31 schräg zum hochdrucksextigen Ende des Kolbens 18 hin erstreckt und von beträchtlich größerer Länge als die Endwand 31 ist, und eine zur Längsachse des Zylinders 19 rechtwinklige radiale Wand 33 an dem der Endwand 31 abgewandten Ende der Endwand 32. Der Neigungswinkel zwischen den Endwänden 31 und 32 beträgt ungefähr 60°. Die Endwände 31 und 32 sind durch eine gerundete Ecke 34, die Endwand 32 und die Wand 33 durch eine gerundete Ecke 35 miteinander verbunden.

In einem unbelasteten Zustand hat jedes der Dichtglieder 22 und 23 zumindest annähernd die Querschnittsgestalt eines gleichseitigen Dreiecks. Jedes Dichtglied 22 oder 23 hat als Endfläche eine zu seiner Achse rechtwinklige erste Haüptflache 36, als Außenfläche eine zweite Hauptfläche 37 und als Innenfläche eine dritte Hauptfläche 38, wobei die Hauptflächen 37 und 38 in bezug auf die Hauptfläche 36 geneigt sind. Die zugehörigen Enden der Hauptflächen 36, 37 und 38 sind durch je eine Ecke 39, 40 bzw. 41 miteinander verbunden.

Jedes Dichtglied 22 oder 23 ist in seine Dichtgliedaufnahmenut 30 satt eingepaßt, wobei die erste Hauptfläche 36 über ihre ganze Fläche an der Endwand 31 anliegt, die dritte Hauptfläche 38 über ihre ganze Fläche die zweite Endwand 32 berührt und die Ecke 40 Flächenberührung mit der Ecke 34 hat. Die Ecke 39 jedes der Dichtglieder 22 und 23 liegt am Zylinder 19 bzw. am Kolben 18 an, und gemäß Fig. 4 ist jedes Dichtglied 22 oder 23 radial etwas verformt.

Die Neigungswinkel zwischen den Endwänden 31 und 32 haben zur Folge, daß die Dichtglieder 22 und 23 elastisch an die Endwände 31 angepreßt werden und bleiben, obwohl der Kolben 18 in einer Richtung relativ weg von der Anpreßplatte 6 bewegt werden kann und dabei das Bestreben hat, die Dichtglieder 22 und 23 in diese Richtung zu bewegen, und obwohl ein rasches Lösen der Bremse an der Hochdruckseite kurzzeitig ein Vakuum erzeugten könnte.

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Jegliches axiales Ausbauchen der Dichtglieder 22 und 23, bedingt durch die radiale Einzwängung zwischen dem Boden bzw. der Endwand 32 und dem Zylinder 19 bzw. dem Kolben 18 wird in einem freien Raum 42 zwischen dem Dichtglied 22 oder 23 und der Endwand 32 aufgenommen.

Die Endwände 31 und 32 der Dichtgliedaüfnahmenut 30 brauchen nicht gerade zu sein, vorausgesetzt daß das Dichtglied 22 oder 23 satt anliegen kann und sich weder körperlich in bezug auf die Dichtgliedaüfnahmenut 30 noch unter Druckeinwirkung durch Verformung bewegt. Beispielsweise kann die Endwand 32 bogenförmig sein und in einen Abschnitt der ebenfalls bogenförmigen Endwand 31 übergehen, wobei das Dichtglied 22 oder 23 in diesem Falle von komplementärem Profil wäre. · ;

Bei einer abgewandelten Ausführungsform kann die erste Endwand 31 in bezug auf die Längsachse des Zylinders 19 geneigt sein.

Unabhängig von der genauen Konfiguration der Endwände 31 und 32 sorgt ihre gegenseitige Neigung dafür, daß die Haupt— fläche 36 stets über ihre ganze Fläche an der Endwand 31 anliegt und so die Zufuhr von zusätzlichem hydraulischem Fluid entbehrlich macht. Außerdem sind Preßgrate 44 und 45 an den Dichtgliedern 22 und 23 von den Dichtflächen weggerückt.

Eine Kolben-Zylinder—Baugruppe mit Dichtglied gemäß der vorstehenden Beschreibung ist in zahlreichen verschiedenen Bremsen verwendbar. Beispielsweise kann sie als integrierender Bestandteil des-Sattels einer Scheibenbremse oder.als Betätigungsvorrichtung zum Auseinanderbewegen benachbarter Bremsbackenenden in einer Innenbackentrommelbremse benutzt werden. Das Dichtglied jedoch ist insbesondere zur Verwendung in der vorstehend beschriebenen Bremse geeignet, bei der

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zwischen den Anpreßplatten 6 und 7 beim Betätigen der Bremsen eine ungefähr schraubige Relativbewegung stattfindet, in der die Dichtglieder 22 und 23 mitgehen müssen, und zwar ohne daß wesentliche Undichtigkeitsstellen entstehen und ohne signifikante Zunahme der im Dichtglied 22 oder 23 gespeicherten Energie. ,

Die abdichtende äußere Ecke 39 ist gut abgestützt, um das Einströmen wesentlicher Luftmengen zu verhindern.

Da die Dichtgliedaufnahmenut 30 so gestaltet ist, daß sie das Dichtglied 22 oder 23 mit möglichst satter Anlage aufnimmt und das Dichtglied 22 oder 23 in ihr in.geringem Maß verformt wird, entsteht an der Niederdruckseite nur geringe oder unbedeutende Kavitation.

Das Dichtglied 22 oder 23 kann statt mit der beschriebenen Querschnittsgestalt eines gleichseitigen Dreiecks mit überwiegender Erstreckung in der einen oder der anderen Richtung ausgebildet sein.

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L e e r s e ί t e

Claims

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EUROPEAN PATENT ATTORNEYS dipu-chem. dr. ε. Freiherr von pechmann

DR.-ING. DIETER BEHRENS

DIPL.-ING.; DIPL.-VIRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ

lA-54 949 D-8000 MÜNCHEN 90

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telefon: (089)661051 telegramm: protectpatent

TELEX: 524O7O

Patentansprüche

l.)> Hydraulische Bremsbetätigungsvorrichtung mit einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Baugruppe, bei der ein Kolben in einer Bohrung in einem Zylinder arbeitet und ein kreisringförmiges elastisches Dichtglied, das in einer radialen Dichtgliedaufnahmenut des Kolbens oder des Zylinders angeordnet ist, als verschiebbare Berührungsdichtung wirkt und gegen den Zylinder oder den Kolben fluiddicht abdichtet, dadurch g e k e π η ζ e i c h η e t , daß das Dichtglied (22) in unbelastetem Zustand außen von zumindest annähernd drei- ' eckiger Gestalt mit drei Hauptflächen (36,37,38) ist, die Dichtgliedaufnahmenut (30) im Kolben (18) oder Zylinder (19) zwischen einer ersten und einer zweiten Endwand (31,32) ausgebildet ist, an denen zwei Hauptflächen (36,38) des Dichtgliedes (22) über ihrer ganzen Fläche anliegen, wobei die Endwände (31,32) in bezug aufeinander geneigt sind, wenigstens die zweite Endwand (32) auch in bezug auf die Achse des Zylinders (19) geneigt ist und die Längenbeziehungen zwischen den Hauptflächen (36,37,38) und den Endwänden (31,32) so gewählt sind, daß ein Dichtabschnitt des Dichtgliedes (22) ₉ der von und zwischen der dritten Hauptfläche (37) und der an der ersten Endwand (31) anliegenden Hauptfläche (36) ausgebildet ist, am Zylinder (19) bzw. am Kolben (18) abdichtend anliegt, und daß zwischen der zweiten Endwand (32) und der dritten Hauptfläche (37") ein Raum (42) ausgebildet ist, · der jegliche Verformung des Werkstoffes des Dichtgliedes (22)

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aufnimmt,, das im übrigen zwischen den. Wänden der Nut (30) und dem Zylinder (19) bzw. dem Kolben (18) eingeschlossen ist,
2. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das Dichtglied (22) außen
die Gestalt eines gleichseitigen Dreiecks mit bogenförmigen Ecken (39,40,41) hat.
3. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß eine Endwand (31) rechtwinklig zur Achse ist und die andere Endwand (32) gegen die Achse'geneigt ist.
4. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß beide Ehdwände (31,32)
gegen die Achse geneigt sind.