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Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung, beispielsweise für einen Getriebe eines Kraftfahrzeugs, bei der zwei Zahnräder koaxial zueinander auf einer Welle angeordnet sind, bei der das erste Zahnrad drehfest mit der Welle verbunden und das zweite Zahnrad mittels eines Radialnadellagers drehbar auf der Welle gelagert ist, bei der das zweite Zahnrad an dem ersten Zahnrad mittels eines Axialnadellagers abgestützt ist, und bei der das Axialnadellager eine erste Winkelscheibe aufweist, die mit einem radial ausgerichteten Anlageflansch an einer zu dem zweiten Zahnrad gerichteten Stirnseite des ersten Zahnrads axial anliegt sowie radial innen mit einem Axialabschnitt auf der Welle sitzt.
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Es ist eine Lageranordnung zur gegenseitigen axialen Abstützung und Lagerung von zwei axial benachbarten Zahnrädern in einem Allradverteilergetriebe eines Kraftfahrzeugs bekannt. Hierbei ist ein erstes Zahnrad drehfest mit einer Welle verbunden und ein zweites, axial benachbartes Zahnrad mittels eines Radialnadellagers drehbar auf der Welle gelagert. Die axiale Abstützung des drehbaren zweiten Zahnrades gegenüber dem drehfest mit der Welle verbundenen ersten Zahnrad erfolgt mittels eines Axialnadellagers. Dazu liegt am drehfesten Zahnrad axial eine Winkelscheibe des Axialnadellagers an, während an dem drehbaren Zahnrad keine Winkelscheibe vorgesehen ist. Dies hat zur Folge, dass die Wälzkörper des Axialnadellagers am drehfesten Zahnrad auf der Winkelscheibe und am drehbar gelagerten Zahnrad direkt an dessen Stirnfläche abrollen. Von Nachteil ist dabei unter anderem, dass die Stirnfläche des drehbar gelagerten Zahnrads zur Reibungs- und Verschleißminderung einer aufwendigen Oberflächenbehandlung unterzogen werden muss, um als Laufbahn für die Wälzkörper fungieren zu können. Außerdem ist an dem drehbaren Zahnrad radial innen in dessen axialen Bohrung eine Ringnut zur Aufnahme eines Sicherungsrings vorzusehen, mit dem ein axiales Verschieben des Radialnadellagers bei einer axialen Belastung desselben verhindert wird.
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Der Erfindung liegt vor diesem Hintergrund die Aufgabe zugrunde, eine neuartige, gattungsgemäße Lageranordnung vorzustellen, die einen konstruktiv vereinfachten Aufbau aufweist sowie die Ausbildung der einen Stirnseite des drehbaren Zahnrades als Lauffläche für die Wälzkörper des Axialnadellagers nicht erfordert.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Lageranordnung vorgeschlagen, beispielsweise für einen Getriebe eines Kraftfahrzeugs, bei der zwei Zahnräder koaxial zueinander auf einer Welle angeordnet sind, bei der das erste Zahnrad drehfest mit der Welle verbunden und das zweite Zahnrad mittels eines Radialnadellagers drehbar auf der Welle gelagert ist, bei der das zweite Zahnrad an dem ersten Zahnrad mittels eines Axialnadellagers abgestützt ist, und bei der das Axialnadellager eine erste Winkelscheibe aufweist, die mit einem radial ausgerichteten Anlageflansch an einer zu dem zweiten Zahnrad gerichteten Stirnseite des ersten Zahnrads axial anliegt sowie radial innen mit einem Axialabschnitt auf der Welle sitzt.
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Gemäß der Erfindung ist bei dieser Lageranordnung vorgesehen, dass das Axialnadellager eine zweite Winkelscheibe aufweist, dass zwischen den beiden Winkelscheiben Wälzkörper angeordnet sind, dass die zweite Winkelscheibe einen ringförmigen und radial ausgerichteten Druckflansch aufweist, welcher axial an der zum ersten Zahnrad weisenden Stirnseite des zweiten Zahnrads anliegt, dass die zweite Winkelscheibe radial innen einen von dem ersten Zahnrad wegweisenden axialen Abschnitt aufweist, dass an dem axialen Abschnitt der zweiten Winkelscheibe radial nach außen weisende Rastnasen ausgebildet sind, dass das zweite Zahnrad eine zentrale axiale Bohrung aufweist, dass in dieser Bohrung im Bereich des axialen Abschnitts der zweiten Winkelscheibe des Axialnadellagers eine nach radial innen offene Ringnut ausgebildet ist, und dass die Rastnasen in die Ringnut eingeclipst sind.
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Durch die Anordnung der zweiten Winkelscheibe kann auf eine aufwendige Oberflächenbehandlung des zweiten Zahnrads verzichtet werden, die ansonsten zum verschleißfreien Abrollen der Wälzkörper in diesem Bereich notwendig wäre. Aufgrund der bei der Montage der Lageranordnung erfolgenden Verbindung der zweiten Winkelscheibe mit dem zweiten Zahnrad ist darüber hinaus eine mechanisch belastbare sowie verliersichere Befestigung der zweiten Winkelscheibe am zweiten Zahnrad realisiert. Ferner wird eine auf das Radialnadellager wirkende Axialkraft über die zweite Winkelscheibe vorteilhaft direkt in das zweite, drehbare Zahnrad geleitet, so dass keine Axialkräfte direkt über den axialen Abschnitt der zweiten Winkelscheibe direkt in das Axialnadellager geleitet werden. Die Einleitung dieser vom Radialnadellager kommenden Axialkräfte über die Rastnasen in das zweite Zahnrad und von dort großflächig auf den radialen Druckflansch der zweiten Winkelscheibe ist mechanisch vorteilhaft, denn es werden so keine Kippmomente von der zweiten Winkelscheibe in das Axialnadellager eingetragen.
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Die Querschnittsgeometrie der Ringnut in dem drehbaren Zahnrad entspricht vorzugsweise der Form eines nach radial innen offenen Rechtecks, sie kann abweichend hiervon aber auch eine keilförmige beziehungsweise eine dreieckige oder eine andere, eine Haltefunktion ermöglichende Querschnittsgeometrie aufweisen.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das freie Ende des axialen Abschnitts der zweiten Winkelscheibe eine in Bezug zur Längsmittelachse senkrecht ausgerichtete Anlauffläche zum axialen Anlaufen einer Hülse des Radialnadellagers aufweist.
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Gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der radial ausgerichtete Anlageflansch der ersten Winkelscheibe des Axialnadellagers eine von der Stirnseite des ersten Zahnrads abgewandte erste Laufbahn für die Wälzkörper des Axialnadellagers aufweist. Weiter ist vorgesehen, dass der radial ausgerichtete Druckflansch der zweiten Winkelscheibe des Axialnadellagers eine von der Stirnseite des zweiten Zahnrads abgewandte zweite Laufbahn für diese Wälzkörper aufweist. Hierdurch ist eine zuverlässige Führung des Axialnadellagers zwischen den sich gegenüberstehenden Zahnrädern gegeben. Die Ausbildung einer Laufahn für die Wälzkörper des Axialnadellagers an der genannten Stirnseite des zweiten, drehbaren Zahnrades ist dadurch vermieden.
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Das Radialnadellager weist eine hohlzylindrische Hülse auf, die innerhalb der zentralen Bohrung des zweiten, drehbaren Zahnrads zumindest geringfügig pressschlüssig aufgenommen ist. An dieser Hülse sind beidseitig radial einwärts gerichtete Borde zur axialen Führung von zwischen der Hülse und einem durchmesserkleineren Abschnitt der Welle abrollenden nadelförmigen Wälzkörpern ausgebildet. Bei einer an dem Radialnadellager anliegenden Axialkraft bewegt sich dieses in Richtung zu dem ersten, drehfesten Zahnrad und trifft mit einen dem Axialnadellager zugewandten Eckradius der Hülse auf die Anlauffläche des freien Endes des axial ausgerichteten Abschnitts der zweiten Winkelscheibe. In deren Folge werden die Rastnasen der zweiten Winkelscheibe bündig an die axialnadellagerseitige Wand der Radialnut im zweiten Zahnrad gepresst, so dass diese über das freie Ende des axialen Abschnitts ein axiales Widerlager für das Radialnadellager bilden.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. In der Zeichnung zeigt
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1 einen schematischen Teillängsschnitt durch eine Lageranordnung gemäß der Erfindung mit einem in einer axialen Ausgangslage befindlichen Radialnadellager,
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2 einen schematischen Teillängsschnitt der Lageranordnung gemäß 1 mit dem aufgrund des Einwirkens einer Axialkraft in eine axiale Zwischenlage verschobenen Radiallager, und
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3 einen schematischen Teillängsschnitt der Lageranordnung gemäß 1 mit dem aufgrund eines weiteren Einwirkens der Axialkraft in eine axiale Endlage verschobenen Radiallager.
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Die Lageranordnung 10 gemäß den 1 bis 3 weist ein erstes Zahnrad 12 und ein zweites Zahnrad 14 auf, wobei das zweite Zahnrad 14 mittels eines Axialnadellagers 16 an dem ersten Zahnrad 12 axial abgestützt ist. Das erste Zahnrad 12 ist drehfest auf einer Welle 18 angeordnet, und das zweite Zahnrad 14 ist mittels eines Radialnadellagers 20 drehbar auf der Welle 18 gelagert. Der Welle 18 ist in den Figuren zur besseren Übersicht im Durchmesser unverhältnismäßig klein dargestellt. Alle Bauteile der Lageranordnung 10 sind koaxial und rotationssymmetrisch zur Längsmittelachse 22 der Welle 18 ausgebildet und angeordnet.
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Das Radialnadellager 20 weist eine im Wesentlichen hohlzylindrische Hülse 24 mit einer im Längsschnitt näherungsweise U-förmigen Geometrie auf, wobei an der Hülse 24 jeweils endseitig zwei radial einwärts gerichtete Borde 26, 28 ausgebildet sind, die jeweils senkrecht zur Längsmittelachse 22 verlaufen. Die Hülse 24 ist in einer zentralen axialen Bohrung 30 des zweiten Zahnrads 14 aufgenommen. Radial zwischen der Hülse 24 des Radialnadellagers 20 und einem durchmesserkleineren Abschnitt 32 der Welle 18 sind nadelförmige Wälzkörper 36 angeordnet, welche in einem Käfig 34 aufgenommen und geführt sind. Die Wälzkörper 36 des Radialnadellagers 20 rollen auf einer radial innen an der Hülse 24 ausgebildeten Laufbahn und direkt auf dem durchmesserkleineren Abschnitt 32 der Welle 18 ab. Die Wälzkörper 36 des Radialnadellagers 20 bilden zusammen mit dem Käfig 34 einen nicht bezeichneten Radialnadellagerkranz. Die Wälzkörper 36 des Radialnadellagers 20 sind durch die Hülse 24 sowie den durchmesserkleineren Wellenabschnitt 32 in Verbindung mit der Bohrung 30 radial beidseitig zuverlässig geführt. Zwar ist das Radialnadellager 20 in der Bohrung 30 des zweiten Zahnrades 14 geringfügig pressschlüssig aufgenommen, jedoch nicht so fest, dass eine Axialbewegung unter Betriebsbedingungen nicht möglich wäre.
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Das zwischen den beiden Zahnrädern 12, 14 angeordnete Axialnadellager 16 weist eine erste Winkelscheibe 40 sowie eine zweite Winkelscheibe 42 auf. Die erste Winkelscheibe 40 besteht zunächst aus einem senkrecht zur Längsmittelachse 22 verlaufenden, kreisringförmigen Anlageflansch 44, der zumindest bereichsweise an der zum zweiten Zahnrad 14 weisenden Stirnseite 46 des ersten Zahnrads 12 axial anliegt. An dem Anlageflansch 44 ist radial innen ein sich im Wesentlichen in axialer Richtung erstreckender hohlzylindrischer Axialabschnitt 48 ausgebildet, der auf einem durchmessergrößeren Abschnitt 50 der Welle 18 aufsitzt. Der Axialabschnitt 48 und der Anlageflansch 44 der ersten Winkelscheibe 40 sind einstückig aus Blech gefertigt.
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Zwischen dem durchmessergrößeren Abschnitt 50 und dem durchmesserkleineren Abschnitt 32 der Welle 18 ist ein kleiner radialer Absatz 52 ausgebildet. Ein senkrecht zur Längsmittelachse 22 ausgerichteter kreisringförmiger Druckflansch 54 der zweiten Winkelscheibe 42 liegt an der zum ersten Zahnrad 12 weisenden Stirnseite 56 des zweiten Zahnrads 14 axial an, wodurch die beiden genannten Stirnseiten 46, 56 der beiden Zahnräder 12, 14 einander zugewandt sind.
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Der Druckflansch 54 weist einen parallel zur Längsmittelachse 22 ausgerichteten hohlzylindrischen axialen Abschnitt 60 mit einem freien axialen Ende 62 auf. Dieses freie Ende 62 hat eine in Bezug zur Längsmittelachse 22 senkrecht ausgerichtet verlaufende Anlauffläche 63. Auch der axiale Abschnitt 60 sowie der Druckflansch 54 der zweiten Winkelscheibe 42 sind vorzugsweise gleichfalls einstückig aus einem Blech hergestellt.
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Kurz vor oder im Bereich des freien Endes 62 des axialen Abschnitts 60 der zweiten Winkelscheibe 42 sind an diesem umfangsverteilt mehrere Rastnasen 64 ausgebildet, welche radial nach außen weisen. Wie 4 in einer radialen Draufsicht auf die zweite Winkelscheibe 42 zeigt, sind die Rastnasen 64 jeweils durch U-förmige Ausstanzungen 68 und radiales Ausklinken in dem axialen Abschnitt 60 der zweiten Winkelscheibe 42 erzeugt worden.
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In die zentrale Bohrung 30 des zweiten Zahnrads 14 ist axial nahe zu der zum Axialnadellager 16 weisenden Stirnseite 56 des zweiten Zahnrades 14 eine umlaufende und radial einwärts offene Ringnut 66 ausgebildet, die hier lediglich exemplarisch eine Querschnittsgeometrie aufweist, die der eines Rechtecks entspricht. Abweichend von der dargestellten Querschnittsgeometrie kann die Ringnut 66 auch eine dreieckige Querschnittsgeometrie oder eine andere Geometrie aufweisen. Die Rastnasen 64 greifen radial in die Ringnut 66 des zweiten Zahnrades 14 ein, so dass die zweite Winkelscheibe 42 verliersicher an diesem zweiten Zahnrad 14 befestigt ist, und außerdem einen axialen Anschlag für die Hülse 24 des Radialnadellager 20 bildet.
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An dem Anlageflansch 44 der ersten Winkelscheibe 40 ist eine erste Laufbahn 70 und an dem Druckflansch 54 der zweiten Winkelscheibe 42 ist eine zweite Laufbahn 72 ausgebildet, wobei die beiden Laufbahnen 70, 72 einander zugewandt sind. Zwischen den beiden Laufbahnen 70, 72 sind darauf abrollende Wälzkörper 74 angeordnet, die in einem Käfig 76 aufgenommen und geführt sind. Der Käfig 76 und die Wälzkörper 74 bilden zusammen einen Axialnadelkranz, dessen radiale Führung durch den Axialabschnitt 48 der ersten Winkelscheibe 40 und dessen axiale Führung durch den Anlageflansch 44 sowie den Druckflansch 54 der beiden Winkelscheiben 40, 42 gewährleistet ist.
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In der in 1 gezeigten axialen Ausgangslage des Radialnadellagers 20 sind die Rastnasen 64 der zweiten Winkelscheibe 42 in die Ringnut 66 des zweiten Zahnrades 14 eingerastet, wodurch die zweite Winkelscheibe 42 verliersicher an dem zweiten Zahnrad 14 befestigt ist. Es wirkt aber noch keine Axialkraft FA auf das Radialnadellager 20, sodass zwischen der Anlauffläche 63 des freien Endes 62 des axialen Abschnitts 60 der zweiten Winkelscheibe 42 und einem in Richtung zum ersten Zahnrad 12 weisenden Eckradius 80 der Hülse 24 des Radialnadellagers 20 noch ein schmaler axialer Spalt 82 besteht. Bei einer auf das Radialnadellager 20 wirkenden Axialkraft FA, die zum Beispiel bei der Verwendung der Lageranordnung 10 in einem Allradverteilergetriebe eines Kraftfahrzeugs auftritt, bewegt sich das Radialnadellager 20 in axialer Richtung innerhalb der Bohrung 30 des zweiten Zahnrads 14 auf das Axialnadellager 16 zu. Dies ist in den 2 und 3 deutlich erkennbar.
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So zeigt 2 die Lageranordnung gemäß 1 in einer Betriebssituation, in welcher sich das Radialnadellager 20 aufgrund einer auf dieses wirkenden Axialkraft FA in Richtung zum ersten Zahnrad 12 bewegt hat. In dieser axialen Position des Radialnadellagers 20 liegt der axiallagernahe Eckradius 80 der Hülse 24 aber noch nicht an dem freien Ende 62 des axialen Abschnitts 60 der zweiten Winkelscheibe 42 des Axialnadellagers 16 an.
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3 zeigt einen schematischen Teillängsschnitt der Lageranordnung 10 mit dem aufgrund des weiteren Einwirkens der Axialkraft FA bis in eine axiale Endlage verschobenen Radialnadellagers 20. Aufgrund der auf das Radialnadellager 20 in Richtung zum ersten Zahnrad 12 einwirkenden Axialkraft FA hat sich das Radialnadellager 20 daher bis in die zeichnerisch dargestellte axiale Endlage verschoben. Bei Erreichen dieser axialen Endlage, in welcher der Eckradius 80 der Hülse 24 des Radialnadellagers 20 gleichfalls fest am axialen Abschnitt 60 der zweiten Winkelscheibe 42 anliegt beziehungsweise gegen dieses gepresst ist, läuft der Eckradius 80 der Hülse 24 axial gegen die vertikale Anlauffläche 64 des freien Endes 62 des axialen Abschnitts 60 der zweiten Winkelscheibe 42 an. Dadurch werden die Rastnasen 64 vollständig an die axialnadellagerseitige Wand 86 der Ringnut 66 geschoben und bilden so über den axialen Abschnitt 60 der zweiten Winkelscheibe 42 einen axialen Anschlag für das Radialnadellager 20. Ein gesonderter, als Anschlagelement dienender Sicherungsring ist daher nicht notwendig.
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Ein durch die Axialkraft FA am Radialnadellager 20 hervorgerufener und in 3 dargestellter Kraftfluss 90 wird in vorteilhafter Weise mithilfe des axialen Abschnitts 60 der zweiten Winkelscheibe 42 und dessen Rastnasen 64 direkt in das zweite Zahnrad 14 geleitet. Hierdurch wird das Entstehen von unvorteilhaften Kippmomenten bei einer Weiterleitung dieser Axialkraft FA über die zweite Winkelscheibe 42 in das Axialnadellager 16 vermieden. Die auf das Radialnadellager 20 wirkende Axialkraft FA wird nun über das zweite Zahnrad 14 großflächig axial auf den radial ausgerichteten Druckflansch 54 der zweiten Winkelscheibe 42 übertragen.
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Die Anordnung der zweite Winkelscheibe 42 im Axialnadellager 16 macht eine ansonsten vorzusehende, aufwendige und kostenintensive Oberflächenbearbeitung der axiallagerseitigen Stirnseite 56 des zweiten Zahnrads 14 überflüssig, um dort insbesondere ein reibungsarmes und demzufolge verschleißarmes Abrollen der Wälzkörper 74 des Axialnadellagers 16 zu ermöglichen.
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Bei einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass eine gemäß den Merkmalen der Erfindung ausgebildete Lageranordnung anstelle der ersten Welle 18 ein Gehäuse mit einem Achsstummel aufweist, auf dem eine zweite Welle koaxial angeordnet und mittels des Radialnadellagers radial gelagert ist. Das Axiallager ist dann zwischen einer zur Welle weisenden Stirnseite des Gehäuses und einer zum Gehäuse weisenden Stirnseite der Welle angeordnet. Das Axiallager ist wie beschrieben mit zwei Winkelscheiben und dazwischen angeordneten Wälzkörpern ausgebildet. Die zweite Winkelscheibe hat an ihrem axialen Abschnitt ebenfalls radial nach außen gerichtete Rastnasen, welche in die nach radial innen offene Ringnut der Welle eingreifen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Lageranordnung
- 12
- Erstes Zahnrad
- 14
- Zweites Zahnrad
- 16
- Axialnadellager
- 18
- Welle
- 20
- Radialnadellager
- 22
- Längsmittelachse
- 24
- Hülse des Radialnadellagers
- 26
- Erster Bord des Radialnadellagers
- 28
- Zweiter Bord des Radialnadellagers
- 30
- Bohrung im zweiten Zahnrad
- 32
- Durchmesserkleinerer Abschnitt der Welle
- 34
- Käfig des Radialnadellagers
- 36
- Wälzkörper des Radialnadellagers
- 40
- Erste Winkelscheibe des Axialnadellagers
- 42
- Zweite Winkelscheibe des Axialnadellagers
- 44
- Anlageflansch der ersten Winkelscheibe
- 46
- Stirnseite des ersten Zahnrads
- 48
- Axialabschnitt der ersten Winkelscheibe 40
- 50
- Durchmessergrößerer Abschnitt der Welle
- 52
- Absatz an der Welle
- 54
- Druckflansch der zweiten Winkelscheibe
- 56
- Stirnseite des zweiten Zahnrads
- 60
- Axialer Abschnitt der zweiten Winkelscheibe
- 62
- Freies Ende des Abschnitts 60 der zweiten Winkelscheibe
- 63
- Anlauffläche am freien Ende 62 des Abschnitts 60 der zweiten Winkelscheibe
- 64
- Rastnase am axialen Abschnitt der zweiten Winkelscheibe
- 66
- Ringnut in der Bohrung 30 des zweiten Zahnrads
- 68
- U-förmige Ausstanzung im axialen Abschnitt 60 der zweiten Winkelscheibe
- 70
- Erste Laufbahn am Anlageflansch 44 der ersten Winkelscheibe 40
- 72
- Zweite Laufbahn am Druckflansch 54 der zweiten Winkelscheibe 42
- 74
- Wälzkörper des Axialnadellagers
- 76
- Käfig des Axialnadellagers
- 80
- Eckradius an der Hülse 26 des Radialnadellagers
- 82
- Axialer Spalt
- 86
- Axialnadellagerseitige Wand der Ringnut 66
- 90
- Kraftfluss
- FA
- Axialkraft
