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Die
Erfindung betrifft ein Getriebe mit einem ersten Zahnrad, das auf
einer Welle angeordnet ist, und mit wenigstens einem zweiten Zahnrad,
das mit dem ersten Zahnrad in kämmendem Eingriff steht, wobei
zwischen den kämmenden Zahnrädern Öl oder
dergleichen als Schmiermittel eingesetzt wird, und wobei eine Ölabführung
vorgesehen sind, durch die zumindest ein Teil des Öls von
den kämmenden Zahnrädern radial nach innen, in
Richtung einer Mittelachse der Welle abgeführt wird.
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Aus
der
DE 29 18 601 A1 ist
ein Kraftfahrzeug-Wechselgetriebe bekannt, bei dem eine Eingangswelle
ein erstes Zahnrad trägt, das mit einem zweiten Zahnrad
auf einer Vorlegewelle des Getriebes kämmt. Eine Ausgangswelle
des Getriebes ist koaxial zur Eingangswelle angeordnet und stützt
sich an einem der Eingangswelle zugewandten Ende über ein
Pilotlager an der Eingangswelle ab. Das Pilotlager sitzt dabei in
einem stirnseitig offenen Wellenhohlraum, der in radialer Richtung
von dem ersten Zahnrad umschlossen ist. Das Pilotlager wird über eine
radiale Bohrung, die hier die Ölabführung darstellt,
mit Öl versorgt, die sich von einem axial mittleren Bereich
einer Verzahnung des ersten Zahnrads radial nach innen zum Wellenhohlraum
erstreckt. Somit kann Öl, das durch den kämmenden
Eingriff der Zahnräder verdrängt wird, zum Pilotlager
gelangen.
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Die
DE 291 80 601 A1 zeigt
darüber hinaus ein als Losrad ausgeführtes, auf
der Ausgangswelle angeordnetes Zahnrad, bei dem ebenfalls eine Bohrung
von der Verzahnung radial nach innen geführt ist, um eine Ölversorgung
für das Lager sicherzustellen, durch das das Losrad drehbar
auf der Ausgangswelle gelagert ist. Auch hier wird durch den kämmenden
Eingriff von Zahnrädern Öl über eine
radiale Bohrung in Richtung einer Mittelachse der das Zahnrad tragenden
Welle transportiert.
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Unter
bestimmten Umständen besteht die Gefahr, dass zu wenig Öl
durch die Ölbohrung von der Verzahnung des Zahnrads zum
innen liegenden Lager gelangt, so dass ein verschleißfreier
Lauf des Getriebes nicht mehr gewährleistet ist.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe mit miteinander
kämmenden Zahnrädern bereitzustellen, bei denen Öl
zwischen den kämmenden Zahnrädern in einfacher
und effizienter Weise von der Verzahnung eines Zahnrads radial nach
innen geführt wird.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele
können den Unteransprüchen entnommen werden.
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Das
Getriebe gemäß Anspruch 1 zeichnet sich dadurch
aus, an einer axialen Seitenfläche des ersten Zahnrads
Dichtmittel vorgesehen sind, und dass die Ölabführung
wenigstens einen radial nach außen geschlossenen Ölkanal
umfasst, der in oder an der axialen Seitenfläche angeordnet
ist und durch den Öl, das sich vor oder an den Dichtmitteln
befindet, abgeführt werden kann.
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Die
Erfindung nutzt den Umstand, dass Öl, das sich beim kämmenden
Eingriff zwischen den Zahnrädern befindet, in Richtung
der axialen Ränder der Verzahnung gedrückt wird
und sich dort ansammelt, soweit dort geeignete Dichtmittel vorgesehen sind,
die einen Abfluss des Öl verhindern oder zumindest erschweren.
Dieses angesammelte Öl wird erfindungsgemäß durch
einen radial nach außen geschlossenen Ölkanal
vorzugsweise in Richtung Mittelachse der Welle abgeführt,
auf der das erste Zahnrad angeordnet ist. Da der Ölkanal
radial nach außen geschlossen ist, kann das Öl
aufgrund von Fliehkräften nicht radial nach außen
entweichen.
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Durch
die Erfindung kann auf die vom mittleren Bereich der Verzahnung
radial nach innen geführte Ölbohrung gemäß dem
bekannten Stand der Technik verzichtet werden, da das Öl,
das sich vor oder an den Dichtmitteln an dem axialen Rand des Zahnrads
sammelt, in einer größeren Menge gegenüber
der Menge anfällt, die durch eine von dem mittleren Bereich
der Verzahnung abgehende Bohrung abgeführt werden kann.
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Vorzugsweise
umfassen die Dichtmittel eine Dichtfläche, die der axialen
Seitenfläche des ersten Zahnrads im Wesentlichen spaltfrei
gegenüber steht. Im Idealfall liegen die axiale Seitenfläche
und die Dichtfläche aneinander an, wobei aber auch bei
einem genügend kleinen Spalt zwischen den sich gegenüber
stehenden Flächen eine ausreichende Dichtwirkung einstellt.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel stehen sich in einem
Eingriffsbereich, in dem die Zahnräder miteinander kämmen,
eine axiale Seitenfläche des zweiten Zahnrads und die Dichtfläche
sich im Wesentlichen spaltfrei gegenüber. Somit kommt es
nicht nur zu einer Abdichtung zwischen dem ersten Zahnrad und der
Dichtfläche, sondern auch zu einer Abdichtung zwischen
dem zweiten Zahnrad und der Dichtfläche. Dies bedeutet,
dass im Eingriffsbereich, also dort, wo die Zähne der Zahnräder
ineinander eingreifen, ein Entweichen von Öl in axialer
Richtung nicht möglich ist. Die Dichtfläche liegt
vorzugsweise in einer Ebene, so dass die axialen Seitenflächen
des ersten und zweiten Zahnrads – gleichgroße oder
keine Spalte unterstellt, ebenfalls in einer Ebene liegen. Die Dichtfläche
kann aber auch abgestuft sein, wobei die dann gegebenen Dichtflächenstufen in
unterschiedlichen Ebenen liegen. Diese unterschiedlichen Ebenen
können parallel oder nichtparallel sein.
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Vorzugsweise
wird der Ölkanal durch eine Ölnut gebildet, die
in der Dichtfläche eingebracht ist. Die Ölnut
weist dabei einen Nutboden auf, der vorzugsweise 1 bis 2 mm von
der Ebene der Dichtfläche beabstandet ist. Seitliche Nutwände,
der Nutboden sowie die axiale Seitenfläche des ersten Zahnrads und
im Eingriffsbereich die axiale Seitenfläche des zweiten
Zahnrads bilden einen axial und radial nach außen geschlossenen Ölkanal
aus, durch den Öl von dem Eingriffsbereich nur noch in
Richtung der Mittelachse der Welle gelangen kann. Die axiale Seitenfläche
eines Zahnrads umfasst auch die axiale Seitenfläche der
Verzahnung des Zahnrads, also die axiale Seitenfläche der
einzelnen Zähne.
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Alternativ
kann die Ölnut auch in der axialen Seitenfläche
des ersten Zahnrads und optional auch in der axialen Seitenfläche
des zweiten Zahnrads (als Fortführung) eingebracht sein.
In diesem Fall würde die Dichtfläche die oben
offene Ölnut nach oben hin abdecken. Zudem ist es möglich,
dass sowohl in der Dichtfläche als auch in der axialen
Seitenfläche des ersten Zahnrads bzw. in den axialen Seitenflächen der
Zahnräder jeweils eine Ölnut eingebracht ist,
wobei sich die Ölnuten gegenüberstehen können
und somit einen gemeinsamen Ölkanal ausbilden.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Ölnut
radial nach außen geschlossen. Damit kann durch die radial
nach außen geschlossene Ölnut ein Ölkanal
an der Dichtfläche bereitgestellt werden, der radial nach
außen und auch – soweit der Spalte zwischen axialer
Seitenfläche und Dichtfläche hinreichend klein
sind – in axialer Richtung geschlossen ist. Der Ölkanal
steht dabei in Verbindung mit Zwischenräumen oder Zahnlücken
zwischen den Zähnen der ineinander in Eingriff befindlichen
Zahnräder, wobei sich in diesen Zwischenräumen Öl
befindet, das durch das Eintauchen der Zähne des anderen
Zahnrads beim kämmenden Eingriff in den Ölkanal
gedrückt wird. Des Weiteren gelangt Öl in den Ölkanal,
das sich zwischen den Zahnflanken in Eingriff befindlicher Zähne
befindet und beim Eingriff unter Last verdrängt wird.
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Die Ölnut
kann eine längliche Ausprägung mit einer geradlinigen
Längsachse aufweisen, wobei diese Längsachse zur
Mittelachse der Welle sowohl versetzt als auch nicht versetzt sein
kann. Die Längsachse der Nut kann dabei senkrecht zur Mittelachse der
Welle verlaufen. Aufgrund ihrer versetzten Lage schneidet die Längsachse
die Mittelachse der Welle jedoch nicht. Durch diese versetzte Lage
kann es zu einem „Schaufeleffekt” kommen, durch
den das Öl in Richtung Mittelachse der Welle transportiert
wird. Auch kann die Ölnut eine gekrümmte oder
gebogene Längsachse aufweisen. Zudem kann die Ölnut
ringförmig sein und einen Nutbereich umfassen, der sich radial
nach innen erstreckt.
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Es
hat sich als zweckmäßig erwiesen, mehrere Ölnuten,
beispielsweise zwei Ölnuten, vorzusehen, die in Umfangsrichtung
zueinander beabstandet sind (zum Beispiel bei 2 Ölnuten
um 180° versetzt) und die jeweils zu der Mittelachse der
Welle versetzt sind.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Dichtfläche
durch eine Rückwand eines Steckkonus gebildet. Der Steckkonus
ist dabei Teil einer Gangschaltkupplung innerhalb des Getriebes, die
axial benachbart zum ersten Zahnrad angeordnet ist. Die Dichtfläche
kann aber auch durch andere Bauteile (Lagerring eines Wälz-
oder Gleitlagers, benachbartes Zahnrad, Scheibe, o. ä.)
erfolgen, die auf der Welle neben dem ersten Zahnrad angeordnet sind.
Dabei können das erste Zahnrad und das axial benachbarte
Bauteil zueinander drehfest angeordnet sein, so dass das erste Zahnrad
und das benachbarte Bauteil jeweils mit der gleichen Drehzahl umlaufen. Es
ist jedoch auch möglich, dass das erste Zahnrad und das
Bauteil unterschiedlich große Drehzahlen aufweisen. Zudem
kann vorteilhaft sein, wenn das Bauteil, das axial neben dem ersten
Zahnrad angeordnet ist, nicht auf der ersten Welle sitzt, sondern ortsfest
angeordnet ist oder auf einer anderen Welle gelagert ist.
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Der Ölkanal
oder zumindest ein mittlerer Bereich des Ölkanals kann
in Umfangsrichtung gesehen zwischen zwei benachbarten Zähnen
der Verzahnung des ersten Zahnrads angeordnet sein. Dadurch wird
sichergestellt, dass der Strömungsquerschnitt, durch den Öl
vom Zwischenraum zwischen den benachbarten Zähnen in den Ölkanal
gelangt, groß ist, damit möglichst viel Öl
mit wenig Widerstand in Richtung Mittelachse der Welle gefördert
wird.
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In
der Nähe eines inneren Endes des Ölkanals kann
sich eine Radialbohrung anschließen. Auch hier ist wieder
das Ziel, dass der Weg des Öls von der Verzahnung über
den Ölkanal in Richtung Mittelachse der Welle möglichst
einfach und widerstandsfrei gehalten wird. Die Radialbohrung kann
zu einem Wellenhohlraum führen, in dem ein Lager sitzt.
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Auch
kann das innere Ende des Ölkanals mit einer axial verlaufenden
oder schräg zur Mittelachse der Welle verlaufenden Ölbohrung
in Verbindung stehen. Beispielsweise ist eine Bohrung durch einen Zahn
des ersten Zahnrads möglich, die sich ausgehend von der
axialen Seitenfläche des ersten Zahnrads erstreckt, wobei
der Ölkanal eine Verbindung herstellt zwischen dieser Bohrung
und den Zahnlücken des ersten Zahnrads, in denen sich vor
den Dichtmitteln das Öl ansammelt.
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Die
Verzahnungen der Zahnräder können Schrägverzahnungen
sein, wobei die Dichtmittel an der axialen Seite der Verzahnungen
angeordnet ist, zu der das Öl aufgrund der Schrägverzahnungen
vornehmlich gedrückt wird. Dadurch fällt an der
axialen Seitenfläche, an der die Dichtmittel angebracht
sind, eine große Menge Öl an, die über
den Ölkanal radial nach innen geführt wird. Die
Schrägverzahnungen weisen dabei eine besondere Pumpwirkung
auf.
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Anhand
eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen
Teil eines erfindungsgemäßen Getriebes;
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2 einen
Steckkonus des in 1 dargestellten Getriebes;
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3 eine
erste Welle des Getriebes gemäß 1;
und
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4 in
perspektivischer Ansicht die in 1 dargestellten
Bauteile.
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1 zeigt
im Längsschnitt eine erste Welle 10 und eine zweite
Welle 20 eines hier nicht weiter dargestellten Getriebes.
Eine Mittelachse 11 der Welle 10 und eine Mittelwelle 21 der
zweiten Welle 20 verlaufen parallel zueinander. Auf der
ersten Welle 10 ist ein erstes Zahnrad 30 angeordnet,
das mit einem auf der zweiten Welle 20 sitzenden zweiten Zahnrad 40 kämmt.
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In
dem Ausführungsbeispiel der 1 sind das
erste Zahnrad 30 und die erste Welle 10 einstückig
ausgebildet. Das erste Zahnrad 30 weist an einem Umfang 31 eine
Verzahnung 32 auf. Die einzelnen Zähne 33 der
Verzahnung 32 sind in 3 zu erkennen.
Die Verzahnung 32 weist, wie 1 zu entnehmen
ist, einen Fußkreisdurchmesser dF und
einen Kopfkreisdurchmesser dK auf.
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Das
erste Zahnrad 30 umschließt in radialer Richtung
einen Wellenhohlraum 12, der zur Aufnahme eines hier nicht
dargestellten Pilotlagers dient. Axial neben dem ersten Zahnrad 30 ist
ein auf der ersten Welle 10 sitzender Kupplungsring oder
Steckkonus 50 angeordnet, der Teil einer nicht dargestellten
Gangschaltkupplung des Getriebes ist. Der Steckkonus ist über
eine Innenverzahnung 51 drehfest mit einem Kupplungszahnrad 13 der
ersten Welle 10 drehfest verbunden. Das Kupplungszahnrad 13 ist
wie das erste Zahnrad 30 einstückig mit der ersten Welle 10 ausgebildet.
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Eine
Rückseite 52 des Steckkonus 50 steht spaltfrei
einer axialen Seitenfläche 34 des ersten Zahnrads 30 gegenüber
und stellt eine Dichtfläche 52 dar. Eine weitere
axiale Seitenfläche des ersten Zahnrads 30 ist
in 1 mit 35 bezeichnet. Zwischen dem ersten
Zahnrad 30 und dem Steckkonus 50 sind zwei Ölkanäle 60 vorgesehen,
die jeweils durch eine Ölnut 61 gebildet werden.
Die Ölnut 61, die anhand der 2 und 3 näher
erläutert wird, ist in die Dichtfläche 52 des
Steckkonus 50 eingearbeitet und erstreckt sich in radialer
Richtung beginnend in Höhe der Verzahnung 32 nach
innen bis zu einem Freistich 14 zwischen erstem Zahnrad 30 und
Kupplungszahnrad 13. An dem Freistrich 14 schließen
sich, weiter in radialer Richtung nach innen gesehen, zwei Radialbohrungen 15 an,
die wie die beiden Ölnuten 61 um 180° in
Umfangsrichtung versetzt sind.
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In
radialer Richtung nach außen gesehen enden die beiden Ölnuten 61 im
Bereich der Verzahnung 32, und zwar zwischen dem Fußkreisdurchmesser
dF und dem Kopfkreisdurchmesser dK.
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2 zeigt
den Steckkonus in einer Draufsicht senkrecht zur Darstellung der 1.
Die Rückseite 52, die die Dichtfläche
darstellt, erstreckt sich von der Innenverzahnung 51 bis
zu einer Außenverzahnung 53. Die Ölnuten 61 weisen
jeweils eine Längsachse 62 auf, die senkrecht
zur Mittelachse 11 verlaufen, diese jedoch nicht schneiden.
So ist zwischen den Längsachsen 62 und der Mittelachse 11 ein
Versatz gegeben, der in 2 mit v gekennzeichnet ist.
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Während
die Ölnut 61 radial nach innen, d. h. an der Innenverzahnung 51 offen
ist, weist sie an der Außenverzahnung 53 des Steckkonus 50 ein
geschlossenes Ende 63 auf.
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3 zeigt
das erste Zahnrad 30 bzw. die erste Welle 10 in
der Draufsicht, also auch hier wieder in einer zur 1 senkrechten
Ansicht. Zusätzlich zeigt 3 die Lage
der Ölnuten 61, wenn, wie in 1 dargestellt,
der Steckkonus 50 auf der Welle 10 aufgeschoben
wäre. Wie der 3 zu entnehmen ist, befindet
sich das äußere ge schlossene Ende 63 in
etwa auf dem Kopfkreis mit dem Kopfkreisdurchmesser dK der
Verzahnung 31. In Umfangsrichtung gesehen befinden sich
die Ölnuten 61 jeweils zwischen zwei benachbarten
Zähnen 33a und 33b bzw. 33c und 33d.
Den Ölnuten 61 schließen sich ohne Umgangsversatz
jeweils die radialen Bohrungen 15 an. Somit kann Öl,
welches sich zwischen beispielsweise den Zähnen 33a und 33b befindet,
beim kämmenden Eingriff der Zahnräder 20, 40 ohne
große Widerstände in die Ölnut 61 gelangen,
von der aus das Öl dann auf kurzen Wege in die Ölbohrung 15 geführt
wird.
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In
einem Eingriffsbereich 70, der, wie in 1 zu
entnehmen ist, sich zwischen den Mittelachsen 11, 21 der
parallelen Wellen 10, 20 befindet, steht der Dichtfläche 52 nicht
nur die axiale Seitenfläche 34 des ersten Zahnrads
gegenüber, sondern auch eine axiale Seitenfläche 41 des
zweiten Zahnrads 40 gegenüber, und zwar im Wesentlichen
im Bereich einer Verzahnung 42 des zweiten Zahnrads 40. Beim
kämmenden Eingriff der Zahnräder 30, 40 wird Öl
zwischen den Verzahnungen 32, 42 der Zahnräder 30, 40 in
Richtung der Dichtfläche 52 verdrängt,
das aufgrund der Abdichtung durch die Dichtfläche 52 nicht
radial nach außen entweichen kann. Somit wird das Öl
in die Ölnuten 61 gedrückt, wodurch ein Öltransport
in Richtung Wellenhohlraum 12 erfolgt.
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4 zeigt
die Bauteile der 1 in perspektivischer Ansicht.
Die zweite Welle 20 sowie die Verzahnungen 32, 42 der
Zahnräder 30, 40 sind jedoch nicht dargestellt.
Lediglich der Verlauf eines Zahns 33 der Verzahnung 30 ist
in 4 skizziert. Der Zahn 33 weist zur Mittelachse 11 einen
Schrägungswinkel auf, d. h., bei der Verzahnung 32 handelt
es sich um eine Schrägverzahnung. Entsprechend ist auch
die Verzahnung 42 des zweiten Zahnrads 40 als
Schrägverzahnung ausgebildet. Hier ist ebenfalls der Verlauf
eines Zahnes 43 skizziert.
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Handelt
es sich bei der ersten Welle 10 um eine Eingangswelle des
Getriebes, mit der ein Drehmoment in einer mit einem Pfeil 16 gekennzeichneten
Drehrichtung in das Getriebe eingeleitet wird, so sorgen die Schrägverzahnungen 32, 42 dafür,
dass das zwischen den Verzahnungen 32, 42 befindliche Öl
vornehmlich in Richtung des Steckkonus 50 gedrückt
wird. Somit fällt an der Dichtfläche 52 viel Öl an,
das dann über die Ölnuten 61 abgeführt
werden kann.
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- 10
- erste
Welle
- 11
- Mittelachse
- 12
- Wellenhohlraum
- 13
- Kupplungszahnrad
- 14
- Freistich
- 15
- Ölbohrung
- 16
- Drehrichtung
- 20
- zweite
Welle
- 21
- Mittelachse
- 30
- erstes
Zahnrad
- 31
- Umfang
- 32
- Verzahnung
- 33
- Zahn
- 34
- axiale
Seitenfläche
- 35
- axiale
Seitenfläche
- 40
- zweites
Zahnrad
- 41
- axiale
Seitenfläche
- 42
- Verzahnung
- 50
- Kupplungsring/Steckkonus
- 51
- Innenverzahnung
- 52
- Rückwand/Dichtfläche
- 53
- Außenverzahnung
- 60
- Ölkanal
- 61
- Ölnut
- 62
- Längsachse
- 63
- geschlossenes
Ende
- 70
- Eingriffsbereich
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 2918601
A1 [0002]
- - DE 29180601 A1 [0003]