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Die vorliegende Erfindung betrifft die Schmierung einer Maschine, insbesondere eines Schaltgetriebes für ein Kraftfahrzeug.
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Es sind diverse Techniken gebräuchlich, um durch Reibverschleiß gefährdete Oberflächen von beweglichen Teilen einer solchen Maschine zu schmieren. Um miteinander kämmende Zahnräder zu schmieren, genügt es, wenn eines dieser Zahnräder auf wenigstens einem Teil seines Umfangs in ein Schmierölreservoir eintaucht. Beim Eintauchen mitgenommenes Schmieröl verteilt sich über den gesamten Umfang des eintauchenden Rades und auch den eines mit ihm kämmenden Rades. Öl, welches von diesen Rädern abgeschleudert wird, bildet einen Nebel im Inneren der Maschine, der sich auch auf anderen Zahnrädern niederschlägt und so für deren Schmierung sorgt. Sich gegeneinander bewegende Oberflächen von Lagern sind aufgrund ihrer geschützten Platzierung im Allgemeinen nicht für eine solche Tauch- oder Sprühnebelschmierung geeignet. Um ein solches Lager zu schmieren, ist zum Beispiel aus
DE 33 20 086 C2 bekannt, eine sich durch das Lager erstreckende Welle mit einem Schmierstoffkanal zu versehen, der sich entlang der Welle erstreckt und von dem aus sich Stichbohrungen dem Lager erstrecken, um das Lager mit Schmieröl zu durchspülen. An einem Ende der Welle ist eine Austrittsöffnung gebildet, über die das Öl zurück ins Reservoir gelangt.
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Wenn eine Maschine nach diesem Stand der Technik noch weitere, nicht um die Welle herum angeordnete Schmierstellen aufweist, so müssen diese unabhängig von den Schmierstellen der Welle mit Schmierstoff versorgt werden, oder sich verzweigende Leitungen müssen von einer gemeinsamen Schmierstoffquelle zu dem Schmierstoffkanal der Welle und den anderen Schmierstellen führen. Beide Lösungen führen zu einem nicht vernachlässigbaren Platzbedarf für den Schmierstoffkreislauf, und die Notwendigkeit, Zuleitungen für die Schmierstellen vorzusehen, erschwert die Platzierung der übrigen Komponenten der Maschine.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Maschine anzugeben, die es erlaubt, auch schlecht zugängliche Schmierstellen über ein kompaktes, die Platzierung anderer Maschinenkomponenten wenig behinderndes System von Zuleitungen mit Schmierstoff zu versorgen.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einer Maschine mit wenigstens einer ersten in einem Gehäuse drehbar gelagerten Welle, einem sich in der ersten Welle entlang ihrer Achse erstreckenden Schmierstoffkanal und wenigstens einer Schmierstelle, die über eine den Schmierstoffkanal umfassende Versorgungsleitung mit Schmierstoff versorgt ist, zwischen einer Austrittsöffnung des Schmierstoffkanals und der Schmierstelle ein Abschnitt der Versorgungsleitung in einer Wand des Gehäuses verläuft. Dies erlaubt eine Versorgung der Schmierstelle über eine kurze Versorgungsleitung auch dann, wenn sie mit einer an dem Gehäuse ortsfesten Versorgungsleitung nicht oder schlecht zu erreichen ist.
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Der Schmierstoffkanal erstreckt sich vorzugsweise zwischen entgegengesetzten Stirnenden der ersten Welle, d. h. der Austrittsöffnung des Schmierstoffkanals an einem ersten Stirnende liegt eine Eintrittsöffnung am entgegengesetzten Stirnende gegenüber.
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Wenn die Welle hinreichend gerade ist, kann auch die Bohrung geradlinig sein, so dass auch bei kleinem Querschnitt der Schmierstoff mit geringem Widerstand hindurchfließen kann. Dies ermöglicht eine effizientere Schmierstoffversorgung als eine Leitung, die einer eventuell komplexen dreidimensionalen Kontur einer Wand folgen muss.
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Bei der über den Schmierstoffkanal und den daran anschließenden Versorgungsleitungsabschnitt versorgten Schmierstelle kann es sich insbesondere um ein Lager einer zweiten Welle handeln.
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Wenn die Schmierstelle in der ersten Wand angeordnet ist, genügt der in der ersten Wand verlaufende Leitungsabschnitt allein, um sie mit Schmierstoff zu versorgen.
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Wenn sich die Schmierstelle in einer zweiten Wand des Gehäuses befindet, umfasst der Schmierstoffkreislauf zweckmäßigerweise zusätzlich noch einen sich in der zweiten Welle wenigstens bis zu der Schmierstelle erstreckenden Schmierstoffkanal.
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Da die zweite Wand nicht benötigt wird, um darin Abschnitte der Versorgungsleitung zu führen, kann sie stark dreidimensional konturiert sein. Insbesondere kann die zweite Wand einen der ersten Wand zugewandten Vorsprung aufweisen, der an einer von der ersten Wand abgewandten Außenseite hohl ist, um darin andere Teile eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs, insbesondere eine Kupplung, unterzubringen. Vor allem eine Doppelkupplung hat einen hohen Platzbedarf, so dass der hohle Vorsprung für eine platzsparende Unterbringung der Doppelkupplung besonders nützlich ist.
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Vorzugsweise greift das über die Versorgungsleitung mit Schmierstoff versorgte Lager in eine Aussparung der ersten oder zweiten Wand ein und begrenzt zusammen mit dieser Wand eine Schmierstoffkammer. Dies ermöglicht eine direkte Versorgung des Lagers mit Schmierstoff durch Kontakt mit der Schmierstoffkammer, ohne dass eine Stichleitung in der zweiten Welle benötigt wird.
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Der Schmierstoffkanal kann über einen an einem Ende der ersten Welle angeordneten Tropfenfänger gespeist sein, der zum Auffangen von in der Maschine verspritztem Schmierstoff, insbesondere von beim Eintauchen eines planschenden Teils der Maschine in ein Reservoir vernebeltem Schmierstoff dient.
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Weiter ist bevorzugt, dass der Schmierstoffkanal wenigstens an einer der Welle einen zur Drehachse der Welle parallelen Abschnitt mit sich windschief zur Drehachse erstreckenden und radial einwärts vorspringenden Rippen umfasst. Diese Rippen fördern die Bewegung des Schmierstoffs in der Versorgungsleitung.
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Ein solcher Schmierstoffkanal ist einfach realisierbar, indem besagter zur Welle paralleler Abschnitt durch einen in den Schmierstoffkanal eingeschobenen Hohlkörper gebildet ist.
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Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung sind Stufengetriebe für Kraftfahrzeuge.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
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1 ein Doppelkupplungsgetriebe in einem Axialschnitt;
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2 das Doppelkupplungsgetriebe in einem schematischen Querschnitt;
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3 eine Teilansicht einer Gehäusewand des Getriebes mit einem an der Gehäusewand befestigten Tropfenfänger;
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4 einen Schnitt durch eine Aussparung der Gehäusewand und eine darin gelagerte Welle;
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5 eine perspektivische Ansicht einer Turbine zur Schmierölförderung;
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6 einen Schnitt durch die Turbine in einer gegen die Achse der Turbine parallel verschobenen Ebene; und
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7 einen Schnitt durch die Turbine entlang der Ebene VII-VII aus 6.
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1 zeigt einen schematischen Schnitt durch ein Doppelkupplungsgetriebe für ein Kraftfahrzeug. Eine an sich bekannte Doppelkupplung 1 ist zwischen der Abtriebswelle 2 eines nicht dargestellten Motors und zwei konzentrisch zueinander auf einer gleichen Achse angeordneten Eingangswellen 3, 4 des Getriebes angeordnet, um wahlweise die Eingangswelle 3 oder die Eingangswelle 4 mit Drehmoment zu beaufschlagen.
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Auf den Eingangswellen 3, 4 sind mehrere Zahnräder 5, 6, 7 drehfest montiert, die ihrerseits mit Zahnrädern 8 bis 11 auf zwei parallelen Vorgelegewellen 12, 13 kämmen. Die Zahnräder 8 bis 11 der Vorgelegewellen 12, 13 sind über Sperrsynchronisiereinrichtungen 14 bis 17 an den Vorgelegewellen 12, 13 drehfest fixierbar. Eine dritte Vorgelegewelle 18 trägt Zahnräder 19, 20, die mit Zahnrädern 21, 22 der Vorgelegewelle 12 kämmen. Indem zum Beispiel die Sperrsynchronisiereinrichtung 15 das Zahnrad 22 an die Vorgelegewelle 12 koppelt, kann ein erster Gang des Getriebes realisiert werden durch Drehmomentübertragung zwischen den Zahnrädern 5, 8, 21, 19, 20, 22.
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Um ein Umschalten zwischen den Gängen ohne Drehmomentunterbrechung zu ermöglichen, ist der zweite Gang wie alle geradzahligen Gänge der hohlen Eingangswelle 4 zugeordnet, während die ungeradzahligen über die sich durch die hohle Eingangswelle 4 erstreckende innere Eingangswelle 3 erzeugt werden. Da die Prinzipien derartiger Doppelkupplungsgetriebe verschiedentlich vorveröffentlicht sind, brauchen sie hier im Detail nicht erläutert zu werden.
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Jede Vorgelegewelle 12, 13, 18 trägt ein Ritzel 23, 24, 25, das mit einem Ringrad 26 eines Differenzials 27 kämmt. Indem eine Sperrsynchronisiereinrichtung 28 die Zahnräder 19, 20 an der Vorgelegewelle 18 arretiert, kann über deren Ritzel 25 ein Rückwärtsgang erzeugt werden.
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Die Wellen 3, 4, 12, 13, 18 sind in einem Gehäuse 29 aufgenommen, an dessen Boden sich ein Ölsumpf 30 befindet. Das Gehäuse hat quer zu den Wellen orientierte Wände 35, 53. Die Wände 35, 53 haben jeweils mehrere becher- oder schalenartige Aussparungen 37, 38, 39 bzw. 60, 61, 62, in die die Wellen 13, 12, 18 tragende Wälzlager 45, 58 bzw. 46, 59 eingefügt sind.
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2 veranschaulicht die Lage der Achsen des Differenzials 27, der Eingangswellen 3, 4 und der Vorgelegewellen 12, 13, 18 in einem das Getriebe ungebenden Gehäuse 29. Einige der Zahnräder des Getriebes sind in 2 als zu den Achsen konzentrische Kreise dargestellt.
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Das Ringrad 26 des Differenzials 27 reicht von allen Zahnrädern am tiefsten nach unten und taucht auf einem Teil seines Umfangs in den Ölsumpf 30 ein. Um Planschverluste gering zu halten, ist der als strichpunktierte Linie angedeutete Ölspiegel 31 bei stehendem Getriebe so eingestellt, dass die Zahnräder der Wellen 3, 4, 12, 13, 18 nicht eintauchen und ihre miteinander kämmenden Zähne durch von dem Ringrad 26 aufgewirbelten Ölnebel geschmiert werden. Wenn das Getriebe läuft, verteilt sich Öl aus dem Sumpf 30 überall im Gehäuse 29. Öl, das von den Wellen 3, 4, 12, 13 und ihren Zahnrädern abläuft, erreicht zunächst einen Zwischenspeicher 34, der etwas höher als der Ölsumpf 30 im Gehäuse 29 liegt und von dem Ölsumpf 30 durch eine innere Wand 32 getrennt ist. Ein schmaler Spalt 33 am unteren Ende der inneren Wand 32 erlaubt einen verzögerten Rückfluss des Öls in den Sumpf 30. Dies hat zur Folge, dass im Betrieb der Ölspiegel des Sumpfes 30 auf ein Niveau 31' abfällt, das soeben ausreicht, um die Zähne des Ringrades 26 zu benetzen. Damit sind die Planschverluste des Getriebes im Dauerbetrieb nahezu Null.
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3 zeigt eine perspektivische Teilansicht einer Innenseite der Wand 35 des das Getriebe umschließenden Gehäuses 29. Eine geräumige Aussparung 36, die vorgesehen ist, um einen Teil des Differenzials 27 aufzunehmen, füllt einen Großteil des unteren Bereichs der Wand 29 aus. Rings um die Aussparung 36 sind die Aussparungen 37, 38, 39 zu sehen, die jeweils einen Endabschnitt der Vorgelegewellen 13, 12 bzw. 18 und das diesen Endabschnitt tragende Wälzlager 45 bzw. 58 aufnehmen. Während die Aussparungen 37, 38 im Wesentlichen durch von der Wand 35 abstehende Rippen 40 begrenzt sind, ist die Aussparung 39 in die Wand 35 eingetieft, und an ihrem Boden ist das Ende einer Bohrung 41 zu erkennen, die sich innerhalb der Wand 35 zu einem Tropfenfänger 42 erstreckt. Der Tropfenfänger 42 hat einen hornähnlich gekrümmten Querschnitt mit einem offenen Ende 43, das dem in der 3 nicht dargestellten Ringrad 26 zugewandt ist, um Öl aufzufangen, welches die Zähne des Ringrades 26 bei dessen Drehung aus dem Ölsumpf 30 mitnehmen und anschließend abschleudern. Das aufgefangene Öl gelangt über den Tropfenfänger 42 und die Bohrung 41 in die Aussparung 39. Die Aussparung 39, ein darin eingreifendes Stirnende der Vorgelegewelle 18 und eine Flanke des Wälzlagers 45 begrenzen hier eine Öl enthaltende Kammer. Das Wälzlager 45 ist durch Kontakt mit dem Öl der Kammer geschmiert.
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Wie in 1 zu erkennen, erstreckt sich ein Kanal 44 über die gesamte Länge der Vorgelegewelle 18 bis zu der mit der Aussparung 39 korrespondierenden Aussparung 62, die zusammen mit dem darin eingreifenden Stirnende der Vorgelegewelle 18 und dem Wälzlager 46 eine Kammer begrenzt, aus der das Wälzlager 46 Schmieröl bezieht. Eine von dieser Kammer ausgehende Leitung 52 erstreckt sich in der Wand 53 zu den anderen Aussparungen 61, 62 der Wand 53. Die Leitung 52 kann sternförmig angelegt sein, oder sie kann die Aussparungen 60, 61, 62 in einer Reihe miteinander verbinden.
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Die Aussparungen 61, 62 begrenzen wiederum zusammen mit den in sie eingefügten Wälzlagern 59 und den Stirnenden der Wellen 12 bzw. 13 Ölkammern, über die die Lager 59 mit Öl versorgt werden.
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4 zeigt den oben beschriebenen Sachverhalt in einer für die Wellen 12, 13, 18 einheitlichen Darstellung. Die von der Aussparung 60, 61 oder 62, der Welle 12, 13 oder 18 und dem Wälzlager 46 oder 59 begrenzte Kammer ist mit 63 bezeichnet. Im Falle der Aussparung 62 fließt Öl aus dem Kanal 44 der Welle 18 durch die Kammer in die Leitung 52; im Falle der Aussparungen 60, 61 gelangt das Öl von der Leitung 52 über die Kammer 63 in Kanäle 54 oder 56 der Welle 12 bzw. 13.
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Die Kanäle 54, 56 münden auf Ölkammern in den Aussparungen 38 bzw. 37, welche wiederum an die Lager 58 angrenzen und diese mit Öl versorgen.
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Um den Öldurchsatz durch den Kanal 44 zu fördern, ist eine Turbine 47 in eine Aufweitung am der Aufnahme 39 zugewandten Ende der Vorgelegewelle 18 eingesteckt. Die 4, 5 und 6 zeigen diese Turbine 47 in einer perspektivischen Ansicht bzw. im Schnitt.
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Die Turbine 47 ist, wie in 5 zu erkennen, ein einstückiger Metallkörper von im Wesentlichen flach zylindrischer Gestalt, durch den sich ein Durchgang 48 in axialer Richtung erstreckt. Der Durchgang 48 ist durch mehrere Bohr- oder Frässchritte erhalten. Mehrere Bohrungen 49, hier fünf Stück, sind in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander windschief zur Symmetrieachse durch den Körper der Turbine 47 vorgetrieben; d. h. jede Drehung der Turbine 47 um 2π/5 um ihre Symmetrieachse überführt die Turbine 47 in sich selbst. Der Durchmesser der Bohrungen 49 ist so gewählt, dass sie zu einem einzigen Durchgang 48 verschmelzen. 6 zeigt einen Schnitt durch die Turbine 47 entlang einer entlang der – hier mit 50 bezeichneten – Achse einer solchen Bohrung 49, eine zweite Bohrung 49 ist im Anschnitt zu erkennen.
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7 zeigt die Turbine geschnitten entlang der zur Bohrachse 50 senkrechten Ebene VII-VII aus 6. In diesem Schnitt erkennt man zwischen den einzelnen Bohrungen 49 stehen gebliebene, radial nach innen in den Durchgang 48 hinein vorspringende Wände 51, die, wenn die Turbine 47 rotiert, darin eingedrungenem Öl einen Impuls in axialer Richtung versetzen. Wie der Schnitt der 6 ferner zeigt, nähern sich die Bohrungen 49 zur stromabwärtigen Seite der Turbine 47 hin deren äußerem Umfang immer weiter an. Daher treibt nicht nur die windschiefe Ausrichtung der Bohrungen 49 und Wände 51, sondern auch die in der rotierenden Turbine 47 wirkende Zentrifugalkraft das Öl durch die Turbine 47 hindurch. So kann in dem Kanal 44 stromabwärts von der Turbine 47 ein Staudruck aufgebaut werden, der eine ausreichende Ölversorgung der Wälzlager 45, 46, 58, 59 gewährleistet.
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Zur Steigerung des Öldrucks in den Kanälen 54, 55, 56 können auch die Wellen 3, 12, 13 eingangsseitig, d. h. an ihrem von der Doppelkupplung 1 abgewandten Ende, mit Turbinen 47 versehen sein.
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Denkbar ist auch, nur die stromabwärts gelegenen Wellen 3, 12, 13 mit Turbinen 47 zu versehen, um eine Schmierung ihrer Wälzlager zu gewährleisten, die der Schmierung der Wälzlager 45, 46 qualitativ gleichwertig ist.
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Die Erfindung ist oben speziell mit Bezug auf ein Getriebe mit Doppelkupplung beschrieben worden, da derartige Getriebe ein bevorzugtes Anwendungsgebiet darstellen. Der in Vergleich zu einer üblichen einfachen Kupplung erhöhte Platzbedarf der Doppelkupplung 1 führt zu einer starken Konturierung der Wand 35, mit einem rings um die Eingangswellen weit in das Getriebegehäuse 29 hinein ragenden Vorsprung 57, der die Ölversorgung der die Wellen 3, 4, 12, 13 auf Seiten der Wand 35 tragenden Wälzlagern 58 über in der Wand 35 geführte Leitungen schwierig macht. Es liegt aber auf der Hand, dass die Erfindung auch an anderen Bauformen von Getrieben bzw. allgemein zur Ölversorgung von beliebigen Schmierstellen in diversen Typen von Maschinen einsetzbar ist. So käme zum Beispiel in Betracht, in einem Verbrennungsmotor Schmierstellen über einen Schmierstoffkanal zu versorgen, der sich entlang einer Nockenwelle erstreckt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Doppelkupplung
- 2
- Abtriebswelle
- 3
- Eingangswelle
- 4
- Eingangswelle
- 5
- Zahnrad Eingangswelle
- 6
- Zahnrad Eingangswelle
- 7
- Zahnrad Eingangswelle
- 8
- Zahnrad
- 9
- Zahnrad
- 10
- Zahnrad
- 11
- Zahnrad
- 12
- Vorgelegewelle
- 13
- Vorgelegewelle
- 14
- Sperrsynchronisationseinrichtung
- 15
- Sperrsynchronisationseinrichtung
- 16
- Sperrsynchronisationseinrichtung
- 17
- Sperrsynchronisationseinrichtung
- 18
- Vorgelegewelle
- 19
- Zahnrad Vorgelegewelle
- 20
- Zahnrad Vorgelegewelle
- 21
- Zahnrad
- 22
- Zahnrad
- 23
- Ritzel
- 24
- Ritzel
- 25
- Ritzel
- 26
- Ringrad
- 27
- Differenzial
- 28
- Sperrsynchronisiereinrichtung
- 29
- Gehäuse
- 30
- Ölsumpf
- 31
- Ölspiegel
- 32
- Innenwand
- 33
- Spalt
- 34
- Zwischenspeicher
- 35
- Wand (Gehäuse)
- 36
- Aussparung
- 37
- Aufnahme
- 38
- Aufnahme
- 39
- Aufnahme
- 40
- Rippe
- 41
- Bohrung
- 42
- Tropfenfänger
- 43
- offenes Ende
- 44
- Kanal
- 45
- Wälzlager
- 46
- Wälzlager
- 47
- Turbine
- 48
- Durchgang
- 49
- Bohrung
- 50
- Achse
- 51
- Wand
- 52
- Leitung
- 53
- Wand
- 54
- Kanal
- 55
- Kanal
- 56
- Kanal
- 57
- Vorsprung
- 58
- Wälzlager
- 59
- Wälzlager
- 60
- Aussparung
- 61
- Aussparung
- 62
- Aussparung
- 63
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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