DE102008015026A1 - Betätigungseinrichtung eines manuell schaltbaren Wechselgetriebes - Google Patents
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- F16H59/04—Ratio selector apparatus
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Abstract
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Betätigungseinrichtung eines manuell schaltbaren Wechselgetriebes mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
- Bekannte Gangwechselgetriebe in Kraftfahrzeugen mit manueller Betätigung weisen Übertragungsglieder zwischen einem Betätigungshebel für die Gangwechsel und Stellgliedern am Getriebe auf. Dadurch, dass der Fahrer den Betätigungshebel in verschiedene Schaltstellungen schiebt, werden die gewünschten Getriebeübersetzungen gewählt. Die Stellbewegung des Fahrers wird hierbei vom sog. Schaltknüppel zum Getriebe übertragen. Für die Übertragung der Betätigungskräfte zum Getriebe gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Üblicherweise werden die Stellbewegungen und Stellkräfte synchron über Hebel, Stangen und/oder Seilzüge über entsprechende Stellglieder am Getriebe auf dessen Schaltgabeln übertragen.
- Probleme können insbesondere auftreten, wenn vom Fahrer hohe Stellkräfte aufgebracht werden, die auch als Missbrauchskräfte bezeichnet werden können. Derartige Missbrauchskräfte werden über alle Übertragungselemente zu den Schaltgabeln geleitet und können zu deren Beschädigung führen. Um auch eine Beschädigung der Übertragungselemente auszuschließen, müssen diese hinsichtlich unbekannter Maximalkräfte ausgelegt und dimensioniert werden. Da die Maximalkräfte weitgehend unbekannt sind, muss für die Dimensionierung der Übertragungselemente ein großer Sicherheitsfaktor für die Bauteilfestigkeit angesetzt werden.
- Bei allen Bauteilauslegungen sind jedoch die Kraftwerte und deren Auftretenshäufigkeit, mit dem der Fahrer den Schalthebel betätigt, nur unzureichend bekannt. Vereinzelte Erfahrungen aus der Praxis zeigen, dass Schaltgabelkräfte nur selten Kräfte von ca. 1000 N übersteigen. Höhere Schaltkräfte reduzieren die Synchronisationszeiten nur noch in einem Bereich von 1/100 Sekunden. Je nach Differenzdrehzahl der zu synchronisierenden Getrieberäder liegen die üblichen Synchronisationszeiten bei nur ca. 0,1 bis 0,3 Sekunden. Aus diesem Grund sind Schaltkräfte über ca. 1500 N für die Funktion unbedeutend, müssen aber bei der Bauteilauslegung berücksichtigt werden. Unter sehr ungünstigen Bedingungen können die Belastungen sogar auf Werte von bis zu 5000 N steigen.
- Die
JP 63 45 399 AA - Aus der
DE 10 2005 014 065 A1 ist eine Überlastsicherung an einem Schalt- oder Bremshebel bekannt, die bei Überlast entgegen einer Betätigungsrichtung wirkt. Die Überlastsicherung ist durch eine form- bzw. kraftschlüssige Arretierung zwischen dem Hebel und einem betätigenden Element gebildet. Die Überlastsicherung ist ähnlich einer Sollbruchstelle oder einer Sollknickstelle mit Abstand zur Schwenkachse des Hebels angeordnet und löst sich bei Überlast. - Die
DE 100 51 352 A1 zeigt eine rein axial wirkende Überlastsicherung in Form eines Dämpfers. Axial wirkende Kraftspitzen werden an einem in der axialen Bewegung zunächst gehemmten Element in die axiale Biegungsrichtung durch einen Energiespeicher aufgenommen. Sie werden erst dann als Betätigungskräfte freigegeben, wenn das beaufschlagte Element axial ungehemmt beweglich ist. - Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird darin gesehen, ein Übertragungselement zur Übertragung von Schaltbewegungen und -kräften auf Stellglieder eines Wechselgetriebes zur Verfügung zu stellen, das unzulässig hohen Belastungen standhalten kann.
- Diese Aufgabe wird mit einer Betätigungseinrichtung eines manuell schaltbaren Wechselgetriebes dadurch gelöst, dass zwischen einem manuell bedienbaren Betätigungshebel und Stellgliedern des Wechselgetriebes eine Einrichtung zur Maximalkraftbegrenzung angeordnet ist, die bei Erreichen einer maximalen Betätigungskraft einen Teil der aufgebrachten Energie in Reibungsenergie wandelt und/oder in anderer Weise vom Stellglied auskoppelt. Die erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung umfasst einen Betätigungshebel, der mit Stellgliedern zur Betätigung von Schaltelementen des Wechselgetriebes gekoppelt ist. Die Stellglieder weisen wenigstens ein Übertragungselement zwischen dem Betätigungshebel und den Stellgliedern bzw. äußeren Stellhebeln des Wechselgetriebes auf. Zudem weist das Übertragungselement eine mechanische Einrichtung zur Begrenzung einer vom Betätigungshebel auf die Stellglieder oder Stellhebel übertragbaren Stellkraft auf. Diese mechanische Einrichtung zur Maximalkraftbegrenzung ist durch eine Kupplung gebildet, die einen Schwellwert für eine maximale Betätigungskraft aufweist.
- Die Kupplung der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung ist vorzugsweise durch eine Überlast- und/oder Schaltkupplung gebildet. Diese Kupplung kann so dimensioniert und justiert sein, dass sie bei Erreichen des Schwellwertes für die maximale Betätigungskraft einen Schlupf aufweist und/oder ein Schaltelement o. dgl. betätigt, das für eine Auskoppelung der die zulässige Maximalkraft überschreitenden Anteile der Betätigungskraft sorgen kann. Auf diese Weise kann die Kupplung im Wesentlichen nur die maximale Betätigungskraft übertragen. Eine die übertragbare maximale Betätigungskraft übersteigende Betätigungskraft kann dagegen aus der Kupplung ausgekoppelt und in einem Gehäuseabschnitt abgestützt und/oder in Reibungsenergie gewandelt werden.
- Wahlweise kann die Kupplung auch durch eine geeignete Schalt- oder Überlastkupplung gebildet sein, die bei Überschreiten des Auslösemoments den Ausgang zur Gangwechselvorrichtung blockiert. Dabei wird zumindest die Kraft, welche die zulässige Auslösekraft übersteigt, zu einem zweiten Ausgang abgeleitet oder durch geeignete bauliche Maßnahmen anderweitig abgestützt. Weiterhin kommt als Kupplung eine Schalt- und/oder Überlastkupplung in Frage, die eine die maximale Schaltkraft übersteigende Betätigungskraft nicht auf die Schalteinrichtungen überträgt. Auf diese Weise kann die Kupplung im Wesentlichen nur die maximale Betätigungskraft übertragen. Eine die übertragbare maximale Betätigungskraft übersteigende Betätigungskraft wird in geeigneter Weise abgeleitet.
- Eine solche Schaltkupplung hat im Vergleich zu einer Maximalkraftbegrenzung in Form eines den Kraftschluss unterbrechenden Typs einen zweiten Ausgang, der aber nur den Kraftbetrag, der über der Auslösekraft liegt, ableitet. Der Synchronisation des Wechselgetriebes steht somit immer eine Synchronisationskraft bei Betätigung des Schalthebels zur Verfügung. Eine Selbstverstärkung wie bei Klemmrampen tritt hierbei nicht auf.
- Eine mögliche Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung sieht zwei Wellenabschnitte vor, die axial gegeneinander verdrehbar und über die Kupplung miteinander verbunden sind. Bei Erreichen des Schwellwertes für die maximale Betätigungskraft weist die Kupplung einen Schlupf auf, wodurch eine die übertragbare maximale Betätigungskraft übersteigende Betätigungskraft ausgekoppelt werden kann.
- Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Betätigungseinrichtung kann die im Übertragungselement angeordnete Kupplung eine oder mehrere Rampenkonturen umfassen, die an den mit Federkraft gegeneinander vorgespannten Wel lenabschnitten angeordnet ist. Diese Rampenkontur kann insbesondere als Kugelrampenkontor mit einer oder mehreren in Pfannen geführten Kugeln ausgebildet sein. Bei Überschreiten eines Auslösemoments werden die Kugeln an den Rand ihrer Pfannen und teilweise aus diesen heraus geschoben, wodurch sich der Abstand der beiden gegeneinander vorgespannten Wellenabschnitte vergrößert. Diese Wellenabschnitte können insbesondere durch eine sog. obere und untere Domwelle gebildet sein, wobei die untere Domwelle einen oder mehrere Schaltfinger aufweisen kann, während die obere Domwelle mit dem Schalthebel gekoppelt ist.
- Die Wellenabschnitte mit der Rampenkontur können mittels einer Tellerfeder oder mittels eines in der Kupplung angeordneten Tellerfederpakets gegeneinander vorgespannt sein. Bei Vergrößerung des Abstandes zwischen den beiden Wellenabschnitten wird die wenigstens eine Tellerfeder bzw. das Tellerfederpaket zusammengedrückt.
- Eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung sieht vor, dass die Kupplung eine Reibungskupplung mit wenigstens einer Reibbelagpaarung aufweist. Wahlweise kann die Kupplung mehrere parallele Reibbelagpaarungen aufweisen. Diese Reibbelagpaarungen können insbesondere durch plane Scheiben gebildet sein, die ein ineinander greifendes Bremslamellenpaket bilden. Während innere Bremslamellen mit einem der Wellenabschnitte, bspw. mit der oberen Domwelle drehfest verbunden sind, können äußere Bremslamellen drehfest an einem Gehäuseabschnitt abgestützt sein. Durch axiale Verschiebung eines Absatzes auf der oberen Domwelle, eines sog. Bremsrings, wird eine axiale Druckkraft auf das Bremslamellenpaket ausgeübt. Ggf. kann ein Kupplungsgehäuse über ein drehfestes Linearlager mit dem Getriebe verbunden sein. Somit kann das Bremsmoment der äußeren Lamellen direkt in das Getriebegehäuse abgeleitet werden, was auch als Auskoppelung des die maximal zulässige Betätigungskraft bezeichnet werden kann.
- Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung besteht darin, dass die Ein- und Ausgänge der Kupplung immer in Phase sind, so dass der Fahrer nicht bemerkt, wie Spitzenbelastungen von der inneren Schaltung fern gehalten werden. Für den Fahrer wird auch bei Überschreitung der für das Wechselgetriebe zulässigen Maximalkraft der Stellbewegung eine Rückmeldung erzeugt, die zwar fühlbar sein kann, jedoch in der Regel nicht zu einem ungewohnten und damit ungünstigen Hebelgefühl führt.
- Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nun folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hervor, die als nicht einschränkendes Beispiel dient und auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt. Gleiche Bauteile weisen dabei grundsätzlich gleiche Bezugszeichen auf und werden teilweise nicht mehrfach erläutert.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung der Komponenten eines manuell zu betätigenden Wechselgetriebes. -
2 zeigt eine Prinzipdarstellung eines starren Übertragungswegs zwischen einer Betätigungseinrichtung und dem Getriebe. -
3 zeigt eine Prinzipdarstellung eines nachgiebigen Übertragungswegs zwischen der Betätigungseinrichtung und dem Getriebe. -
4 zeigt eine Längsschnittdarstellung einer als Schaltkupplung ausgebildeten Ausführungsvariante eines nachgiebigen Übertragungswegs zwischen der Betätigungseinrichtung und dem Getriebe. - Die schematische Darstellung der
1 verdeutlicht den Übertragungsweg eines manuell betätigten Wechselgetriebes10 , wie es in vielen Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommt. Ein Betätigungshebel12 ist im Fahrzeuginnenraum angeordnet und dient zur manuellen Wahl der verschiedenen Gangstufen des Wechselgetriebes10 . Im gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Wählbewegungen des Betätigungshebels12 über ein Übertragungselement14 in Form mehrerer Seilzüge, sog. Bowdenzüge, an Stellglieder16 in Form von Schalthebeln und Schaltwellen am Getriebegehäuse übertragen. Diese Stellglieder16 sind durch das Getriebegehäuse geführt und wirken innerhalb des Gehäuses mit Schaltelementen18 zusammen, die für die Wahl der gewünschten Getriebeübersetzung sorgen. - Da die auf den Betätigungshebel
12 wirkende Handkraft in manchen Fällen die an die Schaltelemente18 übertragbare maximal zulässige Kraft überschreitet, kann an verschiedenen Orten des Übertragungswegs ein Eingriff in Form einer Maximalkraftbegrenzung erfolgen. Dieser Ort kann bspw. der Betätigungshebel12 , eine erste Verbindung20 zwischen Betätigungshebel12 und Übertragungselement14 oder eine zweite Verbindungsstelle22 zwischen Übertragungselement14 und den Stellgliedern16 des Getriebes10 sein. Der Eingriffsort kann jedoch auch an den Stellgliedern16 außerhalb vom Getriebe10 gewählt werden. Ein weiterer Ort für einen möglichen Eingriff ist eine weitere Verbindung24 zwischen den Stellgliedern16 innerhalb des Getriebes10 und den Getriebeschaltelementen18 . Diese weitere Verbindung24 umfasst gemäß der vorliegenden Erfindung eine Kupplung26 , die für eine Maximalkraftbegrenzung der auf die Schaltelemente18 übertragenen Betätigungskräfte sorgt. - Die Prinzipdarstellung der
2 verdeutlicht ein starres Übertragungselement14 zwischen der Betätigungseinrichtung in Gestalt des Betätigungshebels12 und dem Getriebe10 . Wird bei dieser Anordnung eine unzulässig hohe Betätigungskraft F auf den Betätigungshebel12 ausgeübt, so kann diese aufgrund des unnachgiebigen Übertragungselements14 eine Beschädigung der Stellglieder16 und/oder Schaltelemente des Wechselgetriebes10 bewirken, da die Betätigungskraft F ohne Abschwächung oder Begrenzung auf die Stellglieder16 einwirkt. - Die Prinzipdarstellung der
3 verdeutlicht dagegen ein nachgiebiges Übertragungselement14 zwischen dem Betätigungshebel12 und dem Wechselgetriebe10 . Wird bei dieser Anordnung eine unzulässig hohe Betätigungskraft F1 auf den Betätigungshebel12 ausgeübt, so kann ein Teil dieser Betätigungskraft F1 aufgrund der im Übertragungselement14 angeordneten Kupplung26 ausgekoppelt werden. Auf die Stellglieder16 und/oder Schaltelemente des Wechselgetriebes10 wirkt dabei nur noch eine kleinere Kraft F2. Ein weiterer Teil der ursprünglichen Betätigungskraft F1 wird als ausgekoppelte Kraft und/oder als Reibungskraft F3 mittels der Kupplung26 ausgekoppelt bzw. in Reibungswärme gewandelt. Die auf die Stellglieder16 wirkende Maximalkraft kann hierdurch begrenzt und damit eine Beschädigung eines der Stellelemente am oder im Getriebe10 verhindert werden. - Die Längsschnittdarstellung der
4 zeigt eine als Schaltkupplung28 ausgebildete Ausführungsvariante eines nachgiebigen Übertragungswegs14 zwischen dem Betätigungshebel12 und dem Getriebe10 . Dargestellt ist die dritte Verbindung24 gemäß1 , bei der eine sog. Domwelle30 zweigeteilt ist. Eine obere Domwelle32 ist mit einer axial fluchtenden unteren Domwelle34 verbunden, wobei die aneinander grenzenden Stirnseiten der Wellenabschnitte über die Schaltkupplung28 verbunden und über ein Tellerfederpaket36 axial gegeneinander vorgespannt sind. Die gegeneinander gedrückten Stirnseiten der Schaltkupplung28 weisen sog. Kugelrampen38 auf, bei denen mehrere Kugeln40 in korrespondierenden Pfannen42 gehalten sind und für eine drehfeste Axialverbindung der beiden Wellenabschnitte32 und34 sorgen, sofern das auf die obere Domwelle32 ausgeübte Drehmoment nicht ein Auslösedrehmoment übersteigt. Ist dieses maximale Drehmoment erreicht, werden die Tellerfedern36 zusammengedrückt, wobei gleichzeitig die Kugeln40 zumindest einen kleinen Weg aus den Rampen38 ihrer Pfannen42 bewegt werden, so dass eine axiale Kraft entsteht, durch welche die Wellenabschnitte32 und34 auseinander gedrückt werden. Die Kugelrampen38 sorgen somit für eine Umlenkung eines das maximal zulässige Schaltdrehmoment übersteigenden Drehmomentanteils in eine axiale Kraft, - Ein auf der oberen Domwelle
32 befindlicher Absatz, der als Bremsring44 wirkt, überträgt die axiale Kraft auf ein Bremslamellenpaket46 , in dem drehfest mit der oberen Domwelle32 verbundene innere Bremslamellen48 jeweils an äußere Bremslamellen50 gedrückt werden. Die äußeren Bremslamellen50 sind jeweils drehfest mit einem Gehäuseabschnitt52 verbunden, das ein inneres Gehäuse der Kupplung28 mitsamt dem darin angeordneten Tellerfederpaket36 sowie den Kugelrampen38 umschließt. Der Gehäuseabschnitt52 ist über ein drehfestes Linearlager54 mit dem Getriebegehäuse56 verbunden, so dass das Bremsmoment der äußeren Bremslamellen50 direkt in das Getriebe gehäuse56 abgeleitet und damit aus dem Übertragungselement14 ausgekoppelt werden kann. Ein an der unteren Domwelle34 angeordneter Schaltfinger58 kann somit nur eine definierte Kraft übertragen, die kleiner sein kann als eine auf den Betätigungshebel12 einwirkende Betätigungskraft. - Die Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Gedanken Gebrauch machen und deshalb ebenfalls in den Schutzbereich fallen.
-
- 10
- Wechselgetriebe
- 12
- Betätigungshebel
- 14
- Übertragungselement
- 16
- Stellglied
- 18
- Schaltelement
- 20
- erste Verbindung
- 22
- zweite Verbindung
- 24
- dritte Verbindung
- 26
- Reibungskupplung
- 28
- Schaltkupplung
- 30
- Domwelle
- 32
- obere Domwelle
- 34
- untere Domwelle
- 36
- Tellerfederpaket
- 38
- Kugelrampen
- 40
- Kugel
- 42
- Pfanne
- 44
- Bremsring
- 46
- Bremslamellenpaket
- 48
- innere Bremslamellen
- 50
- äußere Bremslamellen
- 52
- Gehäuseabschnitt
- 54
- Linearlager
- 56
- Getriebegehäuse
- 58
- Schaltfinger
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- - JP 6345399 AA [0005]
- - DE 102005014065 A1 [0006]
- - DE 10051352 A1 [0007]
Claims (16)
- Betätigungseinrichtung eines manuell schaltbaren Wechselgetriebes (
10 ), mit einem Betätigungshebel (12 ), der mit Stellgliedern (16 ) zur Betätigung von Schaltelementen (18 ) des Wechselgetriebes (10 ) gekoppelt ist, wobei die Stellglieder (16 ) über wenigstens ein Übertragungselement (14 ) mit dem Betätigungshebel (12 ) gekoppelt sind, und wobei das Übertragungselement (14 ) eine mechanische Einrichtung zur Begrenzung einer vom Betätigungshebel (12 ) auf die Stellglieder (16 ) übertragbaren Stellkraft (F1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Einrichtung durch eine Kupplung (26 ,28 ) gebildet ist, die einen Schwellwert für eine maximale Betätigungskraft (F2) aufweist. - Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (
26 ) eine Überlastkupplung ist. - Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (
26 ) eine Schaltkupplung (28 ) ist. - Betätigungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (
26 ) eine Reibungskupplung umfasst. - Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (
14 ) zwei Wellenabschnitte (32 ,34 ) umfasst, die axial gegeneinander verdrehbar und über die Kupplung (26 ,28 ) miteinander verbunden sind. - Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (
26 ) bei Erreichen des Schwellwertes für die maximale Betätigungskraft (F2) einen Schlupf aufweist. - Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (
26 ,28 ) im Wesentlichen nur die maximale Betätigungskraft (F2) überträgt. - Betätigungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine die übertragbare maximale Betätigungskraft (F2) übersteigende Betätigungskraft (F1) auskoppelbar ist.
- Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die im Übertragungselement (
14 ) angeordnete Kupplung (26 ,28 ) wenigstens eine Rampenkontur der mit Federkraft gegeneinander vorgespannten Wellenabschnitte (32 ,34 ) aufweist. - Betätigungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Rampenkontur eine Kugelrampenkontur (
38 ) mit einer oder mehreren in Pfannen (42 ) geführten Kugeln (40 ) umfasst. - Betätigungseinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenabschnitte (
32 ,34 ) mit der Rampenkontur (38 ) mittels wenigstens einer in der Kupplung (26 ,28 ) angeordneten Tellerfeder (36 ) gegeneinander vorgespannt sind. - Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (
26 ,28 ) wenigstens eine Reibbelagpaarung aufweist. - Betätigungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (
26 ,28 ) mehrere parallele Reibbelagpaarungen aufweist. - Betätigungseinrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibbelagpaarungen durch ein ineinander greifendes Bremslamellenpaket (
46 ) gebildet sind. - Betätigungseinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass innere Bremslamellen (
48 ) des Bremslamellenpakets (46 ) mit einer Domwelle (30 ,32 ) drehfest verbunden sind, und dass äußere Bremslamellen (50 ) drehfest an einem Gehäuseabschnitt (52 ) abgestützt sind. - Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei gegeneinander verdrehten Wellenabschnitten (
32 ,34 ) ein Bremsmoment der äußeren Bremslamellen (50 ) direkt in den Gehäuseabschnitt (52 ) ableitbar ist.
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