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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Leichtbaudifferenzial mit einem zur Drehmomenteinleitung vorgesehenen Eingangszahnrad und zwei zur Drehmomentausleitung vorgesehenen Ausgangszahnrädern, wobei die Ausgangszahnräder wenigstens teilweise innerhalb eines Differenzialkorbs, wie einem Differenzialgehäuse, das auch als Planetenträger ausbildbar ist, drehbar angeordnet sind, wobei wenigstens ein Wälzlager zum axialen und/oder radialen Positionsbestimmen des Differenzialkorbs an diesen angreift.
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Die Erfindung betrifft letztlich auch als Stirnraddifferenziale ausgebaute Leichtbaudifferenziale.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits Fahrzeuggetriebe bekannt, die als Differenziale ausgebildet sind. So offenbart bspw. die
DE 101 31 735 A1 eine Parksperrenvorrichtung für Fahrzeuggetriebe, die außerhalb des eigentlichen Getriebes auf und im Bereich des Differenzialgetriebes angeordnet sind. Dazu ist auf einem Differenzialgetriebegehäuse ein Parksperrenzahnrad befestigt, in dessen Zahnradlücken ein von einer Betätigungsvorrichtung aktivierter Rasthebel eingreifen kann.
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Dies ist ein anderer Ansatz, als in bspw. der
DE 10 2009 036 986 B4 verfolgt wird, wobei dort ein Ausgleichsgetriebe, umfassend ein Ausgleichsgetriebegehäuse mit einem integriert ausgebildeten Achsantriebsrad offenbart wird, wobei ferner ein erster Teil des Ausgleichsgetriebegehäuses mit einem Flansch versehen ist, mittels dessen der erste Teil an einem zweiten Teil des Ausgleichsgetriebegehäuses, der das Achsantriebsrad und eine Lagerstelle umfasst, an dem Achsantriebsrad arretierbar oder arretiert ist, wobei als besonders herausgestellt ist, dass mindestens ein Fenster und wenigstens eine Schöpfrille radial im Achsantriebsrad benachbart zur Lagerstelle angeordnet sind.
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Während in der
DE 10 2009 036 986 B4 somit eine Parksperrenverzahnung einteilig mit dem Differenzial offenbart ist, wird in einer weiteren Druckschrift, nämlich der
DE 10 2011 081 883 A1 ein separates Bauelement mit einer Parksperrenverzahnung versehen und dann am Differenzialkorb festgelegt. So offenbart bspw. diese letztgenannte Druckschrift ein Differenzial für ein Kraftfahrzeug, mit einem Drehmomenteinleitorgan, das in Wirkbeziehung mit einem von dem Drehmomenteinleitorgan angetriebenen Übertragungszahnrad steht, welches seinerseits mit einem Drehmomentableitorgan in Wirkbeziehung steht, wobei ein Sperrorgan, wie eine Sperrklinke, mit einem separaten am Drehmomenteinleitorgan festgelegten Parksperrenzahnrad zum Blockieren des Differenzials bringbar ist. Dabei ist das Parksperrenzahnrad als ein spanlos gefertigtes Blechbauteil ausgebildet. Das Differenzial ist in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges integriert. Ein solcher Antriebsstrang ist auch Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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Bei Kegelraddifferenzialen sind Parksperren üblicherweise in einem Gussgehäuse des Differenzials integriert. Allerdings ist eine solche Realisierung bei „Leichtbaudifferenzialen” nicht realisierbar. Es ist die Aufgabe ein besonders leichtbauendes, d. h. gewichtsoptimiertes Differenzial möglichst kostenneutral mit einer Parksperrenverzahnung zu versehen.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein zum Kontakt mit Wälzkörpern des Wälzlagers vorgesehener Ring, auf wenigstens einem Abschnitt eine Parksperrenverzahnung zum in Kontakt treten mit einer Sperrklinke aufweist. Mit anderen Worten weist der Ring somit eine Lauffläche für die Wälzkörper des Wälzlagers auf. Die Lauffläche der Wälzkörper ist somit in einen eine Außenverzahnung aufweisenden Ring integriert, wobei die Außenverzahnung zum in Kontakt treten mit einer Sperrklinke im Parkfall/Parkzustand ausgelegt ist.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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So ist es von Vorteil, wenn der Ring als Lageraußenring oder Lagerinnenring des Wälzlagers ausgebildet ist. Dadurch kann ein Teilmodul, umfassend Lagerelemente und Parksperrenelemente, speziell angepasst auf unterschiedliche Fahrzeuge in einem Antriebsstrang eingesetzt werden.
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Besonders leicht/gewichtsoptimiert kann ein Differenzial ausgeführt werden, wenn der Ring als ein integrales Bauteil des Differenzialkorbes ausgebildet ist, etwa als Trägerteil. Natürlich kann das Trägerteil auch als separates Bauteil, d. h. vom Differenzialkorb getrennt, ausgebildet sein, wodurch die Anpassungsfähigkeit in puncto unterschiedliche Anforderungen erhöht wird.
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Es ist zweckmäßig, wenn der Ring kraft- und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Differenzialkorb drehfest und/oder axialfest verbunden ist. Eine ausreichende Drehmomentübertragung kann dann gewährleistet sein.
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Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist auch dadurch gekennzeichnet, dass ein Presssitz mit einem Formschluss kombiniert ist.
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Das Differenzial baut dann besonders kompakt, wenn der Ring als einteiliger Bestandteil eines Wellenabschnitts oder des Trägerteils ausgebildet ist.
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Wenn das Trägerteil drehfest auf dem Lagerring aufgesetzt ist, wird die Montage vereinfacht.
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Die Kombination der Einzelbauteile wird vereinfacht, wenn ein Zapfen oder ein Bolzen drehmomentübertragend in den Lageraußenring und das Trägerteil sowie den Differenzialkorb eingebracht ist. Ein solcher Zapfen oder Bolzen kann dann spielfrei in die besagten drei Bauteile eingebracht werden.
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Es ist ferner von Vorteil, wenn sich ein in Axialrichtung erstreckender Vorsprung oder mehrere Vorsprünge formschlüssig in eine Ausnehmung oder in Ausnehmungen des Trägerteils eingebracht ist/sind.
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Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die in Umfangsrichtung möglichst gleich verteilten Vorsprünge an einer Stirnfläche des Differenzialkorbes als Noppen mit vorzugsweise konvexer oder sogar kreisrunder Außenkontur ausgebildet sind, die in gegenseitige Löcher, etwa Sacklöcher oder Durchgangslöcher, des Trägerteils greifen.
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Die Erfindung betrifft nicht nur ein als Stirnraddifferenzial ausgebildetes Leichtbaudifferenzial, sondern kann auch ein als Kegelraddifferenzial konfektioniertes Leichtbaudifferenzial betreffen.
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Die Erfindung sieht eine Parksperrenanordnung vor, in der die Verzahnung an einem Lagerring eines Wälzlagers ausgebildet ist. Mit dem Lagerring ist einteilig ein Bauteil eines Getriebes, wie ein Wellenabschnitt oder ein vorzugsweise trägerteilähnliches Bauteil eines Differenzialkorbs ausgebildet. Die Parksperrenverzahnung kann spanlos hergestellt werden, bspw. umformtechnisch, etwa über Tiefziehvorgänge.
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Mit dem Lagerring ist ein Trägerteil eines Differenzialkorbes fest verbindbar, wobei das Trägerteil auf dem Lagerring sitzt.
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Das Leichtbaudifferenzial verfügt über ein zusätzliches Flanschlager, dessen Außenring spanlos ziehtechnisch hergestellt ist. In der Werkzeugabfolge wird die Verzahnung am äußeren Durchmesser des Flansches über einen zusätzlichen Stanzprozess hergestellt. Die Verzahnung wird nicht nochmals nach dem Härten geschliffen. Lediglich die Lagerlaufbahn und der Sitz werden nachgearbeitet. Es bieten sich grundsätzlich Stahllegierungen an. Es ist von Vorteil, wenn der spanlos hergestellte Ring aus 16MnCr5 oder 100Cr6 hergestellt ist.
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Von Vorteil sind auch Kegelrollenlager mit spanlos hergestelltem Außenring. Spanlos hergestellte Parksperrenverzahnungen können im Außenring des Lagers eingebracht sein.
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Es ist auch möglich, eine zusätzliche formschlüssige Verbindung mit dem Differenzialgehäuse/dem Differenzialkorb über eine einen Hinterschnitt aufweisende Verbindung einzugehen.
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Das Leichtbaudifferenzial kann mit einem Massivlager und einer integrierten Parksperrenverzahnung versehen sein. Der Lageraußenring des Massivlagers, aber evtl. auch ein Lagerinnenring des Massivlagers, kann in dem vorliegenden Fall als Kegelrollenlager ausgestaltet sein. Es wird am Lageraußenring eine Parksperrenverzahnung vorgesehen. Der Lageraußenring ist dabei nicht nur über einen Presssitz, sondern zusätzlich über eine formschlüssige Verbindung mit dem eigentlichen Differenzialgehäuse/dem Differenzialkorb verbunden. Der massive Lageraußenring wird dabei über herkömmliche Schmiedeverfahren hergestellt.
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Die Verzahnung wird nach einem Feinschmiede- und Kalibrierprozess nicht mehr nachgearbeitet. Lediglich der Lagersitz und die Lagerlaufbahn werden entsprechend nachgearbeitet und geschliffen. Die Parksperrenverzahnung selbst kann aus 100Cr6 bestehen.
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Während bei Kegelraddifferenzialen sonst übliche Gussgehäuse nur leider eine maximale Zugfestigkeit im Bereich von 600 MPa aufweisen, wird hier eine Verbesserung erreicht. Die geringe Härte des Materials führte bisher in Verbindung mit hohen hertzschen Pressungen in der Parksperre zu einer geringen Lebensdauer.
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Die Integration der Parksperre kann auch beim Kegelraddifferenzial am Lager erfolgen. Da hier das Lager üblicherweise in X-Anordnung verbaut wird, müsste die Verzahnung am Innenring untergebracht werden. Diese Maßnahme würde auch gut funktionieren, sofern der Pressverband zwischen dem Innenring und dem Gehäuse so stark ausgeführt wird, dass auch die Kräfte aus der Parksperre übertragen werden können. Zusätzlich könnte auch hier ein zusätzlicher Formschluss realisiert werden.
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Hochfestes Wälzlagerstahl ist für den die Parksperrenverzahnung aufweisenden Ring von Vorteil. Das Leichtbaudifferenzial kann insbesondere unauffällig mit einer zusätzlichen Parksperrverzahnung nachgerüstet werden/ausgerüstet werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Dabei werden unterschiedliche Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigen:
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1 eine erste Ausführungsform eines als Stirnraddifferenzial konfektionierten Leichtbaudifferenzials mit zwei in O-Anordnung verbauten Kegelrollenlagern, wobei die jeweiligen Lageraußenringe eine Parksperrenverzahnung aufweisen,
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2 eine Vergrößerung des Bereiches II aus 1,
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3 einen der Wälzlageraußenringe in einer Seitenansicht,
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4 den Wälzlageraußenring aus 3 in einer perspektivischen Darstellung,
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5 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leichtbaudifferenzials, wobei ein stofflich von einem Differenzialkorb getrenntes Trägerteil eine Lauffläche für Wälzkörper eines Wälzlagers aufweist,
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6 eine Vergrößerung des Bereiches VI aus 5,
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7 ein drittes Ausführungsbeispiel, bei dem der Differenzialkorb mit Vorsprüngen formschlüssig in gegengleiche Ausnehmungen eines eine Lauffläche für die Wälzkörper des Wälzlagers aufweisenden Trägerteils aufweist,
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8 eine Vergrößerung des Bereiches VIII aus 7,
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9 eine Seitenansicht des Trägerteils, wie es in den Ausführungsbeispielen der 7 und 8 verwendet ist, und
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10 eine perspektivische Ansicht des Trägerteils aus 9.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Solche Merkmale, die nicht als wesentlich dargestellt sind, sind rein optional. Die einzelnen Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können auch untereinander ausgetauscht werden.
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In 1 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Leichtbaudifferenzials 1 dargestellt. Das Leichtbaudifferenzial 1 ist als Stirnraddifferenzial 2 ausgebildet. Es weist ein Eingangszahnrad 3 nach Art eines Stirnrads 4 auf. Es ist drehmomentübertragend mit einem Differenzialkorb/Differenzialgehäuse 5 verbunden. Dieser Differenzialkorb 4 ist nach Art eines zweigeteilten Planetenträgers 6 ausgebildet.
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Im Planetenträger 6 sind über Hohlbolzen 7 zwei Sätze an Planetenrädern 8 drehbar gelagert. Die Planetenräder des einen Planetenradsatzes greifen an einem ersten Sonnenrad 9 drehmomentübertragend an. Die Planetenräder des anderen Planetenradsatzes greifen drehmomentübertragend in ein zweites Sonnenrad 10 ein. Die jeweiligen Planetenräder des einen Planetenradsatzes sind in kämmendem Eingriff mit dem Planetenrad des anderen Planetenradsatzes.
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Die jeweiligen Sonnenräder 9 und 10 sind mit Abtriebswellen verbunden. Dies ist aber in den Figuren nicht dargestellt. Dargestellt ist jedoch eine Innenverzahnung 11, über die eine Verzahnung mit den Abtriebswellen geschaffen wird. Zwischen dem Hohlbolzen 7 und dem Planetenträger 6 ist eine Hülse 12 vorhanden.
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Zwei Wälzlager 13, die als Kegellager ausgestaltet sind, lagern den Differenzialkorb 5. Dazu weist jedes der beiden Wälzlager 13, die in O-Anordnung zueinander angeordnet sind, einen Lageraußenring 14 sowie einen Lagerinnenring 15 auf. Zwischen den beiden Lagerringen 14 und 15 sind Wälzkörper 16, etwa in Form von Kegeln 17 vorhanden.
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Die Wälzkörper 16 laufen auf einer inneren Lauffläche 18 des Lageraußenrings 14 sowie an einer äußeren Lauffläche des Lagerinnenrings 15 ab. Der Lageraußenring 14 bietet somit eine Anlagefläche für die Wälzkörper 16, nämlich an der inneren Lauffläche 18. Der Lageraußenring 14 weist an seinem radial äußeren Umfang eine Parksperrenverzahnung 20 auf.
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Ein ringartiges Trägerteil 21 ist zwischen dem Lageraußenring 14 und einer Hälfte des Planetenträgers 6 gepresst. Zusätzlich ist ein Bolzen 22 durch diese drei Bauteile hindurchgetrieben und stellt bei allen drei Bauteilen über einen Form- und Kraftschluss sicher, dass eine Verdrehung zusätzlich zu dem Formschluss zwischen der Planetenträgerhälfte und dem Trägerteil 21 sowie dem Trägerteil 21 und dem Lageraußenring 14 nicht stattfinden kann. Ein radial innerer Endbereich 23 des Trägerteils 21 ist so konfektioniert und tiefgezogen, dass einerseits das jeweilige Sonnenrad 9 oder 10 radial, aber auch axial abgestützt wird. Dies ist in vergrößerter Darstellung in 2 gut zu erkennen.
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Die Parksperrenverzahnung 20 ist spanlos hergestellt und das Trägerteil 21 ein aus Blech gefertigtes Tiefziehteil.
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In den 3 und 4 ist gut zu erkennen, dass die Parksperrenverzahnung 20 in einem radial abstehenden Flanschbereich des Lageraußenrings 14 ausgebildet ist.
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In 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt, das sich insbesondere darin unterscheidet, dass das Trägerteil 21 den Lageraußenring 14 ausbildet. Die Parksperrenverzahnung 20 ist somit an einem radial abstehenden Flanschbereich 24 ausgebildet. Zwischen dem Trägerteil 21 und der jeweiligen Hälfte des Planetenträgers 6 ist ein Presssitz vorhanden. Dieser Presssitz kann als alleinige Drehmomentübertragungsverbindung dienen es können aber auch form- und/oder stoffschlüssige Verbindungsarten hinzugefügt/eingesetzt werden. In der vergrößerten Darstellung aus 6 ist wiederum zu erkennen, dass der radial innere Endbereich 23 des Trägerteils 21 zum radialen und gleichzeitig axialen Positionieren des Sonnenrades 9 bemessen und positioniert ist.
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In 7 ist eine dritte Ausführungsform eines als Stirnraddifferenzial 2 ausgebildeten Leichtbaudifferenzials 1 dargestellt. Sie unterscheiden sich insbesondere im Bereich der Verbindung zwischen dem Trägerteil 21 zur jeweiligen Planetenträgerhälfte 6 von dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Wie insbesondere auch in 8 gut zu erkennen ist, weist der Planetenträger 6 einen sich in Axialrichtung erstreckenden Vorsprung 25 auf, der in ein Loch 26 des Trägerteils 21 greift. Dadurch wird eine formschlüssige Verbindung geschaffen, insbesondere unter Nutzung eines Presssitzes in diesem und einem angrenzenden Bereich. Die Löcher 26 sind als Durchgangslöcher, wie in 9 dargestellt, ausgebildet, wobei 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder 9 Löcher über den Umfang verteilt und sich in Axialrichtung erstreckend am Trägerteil 21 vorgesehen sind. Sie sind über den Umfang gleich verteilt. In den 9 und 10 ist die Gleichverteilung der Löcher gut zu erkennen.
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Die beiden Sonnenräder 9 und 10 können auch als Ausgangszahnräder bezeichnet werden. Der die Parksperrenverzahnung aufweisende Ring ist bspw. als Lageraußenring 14 oder als Trägerteil 21 konzeptionierbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Leichtbaudifferenzial
- 2
- Stirnraddifferenzial
- 3
- Eingangszahnrad
- 4
- Stirnrad
- 5
- Differenzialkorb/Differenzialgehäuse
- 6
- Planetenträger
- 7
- Hohlbolzen
- 8
- Planetenrad
- 9
- erstes Sonnenrad
- 10
- zweites Sonnenrad
- 11
- Innenverzahnung
- 12
- Hülse
- 13
- Wälzlager
- 14
- Lageraußenring
- 15
- Lagerinnenring
- 16
- Wälzkörper
- 17
- Kegel
- 18
- innere Lauffläche
- 19
- äußere Lauffläche
- 20
- Parksperrenverzahnung
- 21
- Trägerteil
- 22
- Bolzen
- 23
- radial innerer Endbereich
- 24
- Flanschbereich
- 25
- Vorsprung
- 26
- Loch
- 27
- Ausgangszahnrad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10131735 A1 [0003]
- DE 102009036986 B4 [0004, 0005]
- DE 102011081883 A1 [0005]
