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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schiebemuffe zum Schalten von Gangstufen eines Schaltgetriebes.
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Schiebemuffen dienen als Kupplungselemente in Synchronisiereinrichtungen von Hand und/oder automatisiert geschalteter Kraftfahrzeuggetriebe. Sie verbinden eine Getriebewelle verdrehfest mit einem auf der Getriebewelle drehbar gelagerten Gangrad. Dabei ist die Schiebemuffe konzentrisch zur Getriebewelle und drehfest auf einem ebenfalls drehfest mit der Getriebewelle verbundenen Synchronkörper angeordnet. Die Schiebemuffe ist in Längsrichtung der Getriebewelle verschiebbar und mit einem Gangrad kuppelbar.
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Es sind unterschiedliche Ausführungsformen derartiger Schiebemuffen bekannt. Meist weisen sie an ihrer Innenmantelfläche eine nach innen weisende Verzahnung auf, die in eine Gegenverzahnung des Synchronkörpers und im geschalteten Zustand in eine Verzahnung des Gangrades eingreift. Am Außenumfang der Schiebemuffe ist eine zumeist als Umfangsnut ausgebildete Führung für eine Schaltgabel vorgesehen. Mit der Schaltgabel kann die Schiebemuffe in Längsrichtung der Getriebewelle auf dem Synchronkörper verschoben werden, bis sie an das Zahnrad gekuppelt oder wieder in ihre Neutralstellung zurück bewegt ist.
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Beim Kuppelvorgang von Gangrad und Schiebemuffe müssen die in der Regel unterschiedlichen Drehzahlen von Welle und Gangrad zunächst aneinander angeglichen werden, damit die Verzahnungen von Schiebemuffe und Gangrad möglichst ohne Widerstand, geräuscharm und beschädigungsfrei ineinander geschoben werden können. Dieser Angleichung der Drehzahlen dient der Synchronring, welcher mit der Welle bzw. mit der Schiebemuffe verdrehbar geführt ist, diesen gegenüber jedoch einen gewissen Spielraum in Umfangsrichtung hat. Während des Ausgleichens der Drehzahlen ist der Synchronring relativ zur Schiebemuffe um den ihm möglichen Winkelversatz verdreht, wodurch seine Sperrverzahnung ein weiteres axiales Vorschieben der Schiebemuffe so lange blockiert, bis sich die Drehzahlen von Schiebemuffe und Gangrad angeglichen haben. Anstelle eines Synchronringes können auch mehrere Synchronringe vorgesehen sein, um die Leistungsfähigkeit der Synchronisierung zu erhöhen.
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Die axiale Verschiebung der Schiebemuffe in Richtung des Gangrades muss in der Regel begrenzt werden, um eine Dauerbelastung des Synchronringes zu vermeiden. Ein aus dem Stand der Technik bekanntes Begrenzungsmittel ist beispielsweise die Anordnung einer zusätzlichen Scheibe hinter dem Synchronring, wodurch allerdings das Gewicht sowie die axiale Baulänge der Anordnung erhöht werden.
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Um diese Probleme zu vermeiden, wird in der
EP 1 231 396 A1 vorgeschlagen, zwischen den Zähnen der Schiebemuffe einen Anschlag anzuordnen, welcher die axiale Bewegung der Schiebemuffe begrenzt. Bei dieser Variante treten allerdings im Bereich der Zahnspitzen sehr hohe Belastungen auf. Die Zahnspitzen werden angestoßen und im Dauerbetrieb beschädigt. Dies führt zunächst zu einem Komfortverlust, kann bei stärkerem Verschleiß jedoch auch die Funktion der Schaltvorrichtung beeinträchtigen.
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Die
DE 20 2006 010 407 U1 schlägt eine Schiebemuffe mit einem oder mehreren Anschlägen vor, die auf den Zahnköpfen als radial nach innen weisende Vorsprünge angeordnet sind. Wird die Schiebemuffe im verbauten Zustand axial bewegt, so dienen die Anschläge als Bewegungsbegrenzung in axialer Richtung. Ist ein Gang geschaltet, liegen die Anschläge stirnseitig an einem Kupplungskörper an. Sie sollen damit die richtige Endlage der Schiebemuffe gewährleisten. Dadurch dass die Anschläge nicht mit der Verzahnung des Kupplungskörpers bzw. des Gangrades zusammenwirken, sind auch die Spitzen der Zähne nicht belastet.
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Weiterhin sind Schiebemuffen bekannt,
DE 10 2005 061 481 A1 ,
DE 10 2007 051 741 A1 ,
DE 101 63 830 , bei denen mehrere Zähne untereinander in Umfangsrichtung verbunden sind, um einen Anschlag zu bilden. Die Herstellung dieser Anschlagzähne bei umformtechnisch hergestellten Schiebemuffen ist problematisch, weil das Grundband nur begrenzt umformbar ist und eine exakte Konturherstellung der für den Schaltkraftverlauf wichtigen Zahnflankenform im Bereich der Anschläge erschwert ist. Insbesondere sind Nacharbeiten wie Biegen und Kalibrieren aufwändig, weil das Material im Bereich der durch die Anschläge gebildeten Blockzähne ein anderes Biegeverhalten aufweist als bei den übrigen Zähnen.
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DE 10 2011 056 259 A1 zeigt eine Schiebemuffe mit einem Kerbzahn, in dessen Kerbe ein Druckstück verrastbar ist, wobei der Kerbzahn in seinem Mittelabschnitt verbreitert ist.
DE 10 2010 016 715 A1 zeigt eine Schiebemuffe mit unterschiedlichen Zahnlängen, wobei alle Zähne die gleiche Breite aufweisen und in den Zwischenräumen keine Anschläge angeordnet sind.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird darin gesehen, einen möglichst verschleißarmen und wirkungsvollen axialen Anschlag für die Verzahnung einer Schiebemuffe bereitzustellen, der ein besseres Biegeverhalten der Schiebemuffe ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Durch die Anordnung des Anschlags in einer Zahnlücke, deren Lückenbreite durch den Entfall mindestens eines Zahns bestimmt ist, steht genügend Material in unmittelbarer Nähe des Anschlags zur Verfügung, um einerseits den Anschlag auszubilden und andererseits dadurch die Innenverzahnung lokal nicht zu sehr zu versteifen. Auf der dem angrenzenden Zahn abgewandten Seite des Anschlags weist die Schiebemuffe vorzugsweise eine Höhenkontur auf, die dem unverformten Zustand des Grundbands entspricht.
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Dadurch dass der Anschlag zudem an einen vorhandenen Zahn unmittelbar anschließt, kann die Breite der Zahnlücke möglichst schmal ausfallen.
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In der Zahnlücke sind ein oder mehrere Anschläge angeordnet, wobei für den Fall, dass mehrere Anschläge in der Zahnlücke angeordnet sind, diese voneinander beabstandet sind. Durch die Beabstandung ist sichergestellt, dass die Biegesteifigkeit in dem erforderlichen Maße erhalten bleibt. Die Beabstandung der einzelnen Anschläge zueinander ist vorzugsweise sowohl in Umfangsrichtung als auch ggf. in Axialrichtung vorgenommen. Vorzugsweise sind zwei Anschläge in der Zahnlücke angeordnet, die voneinander in Umfangsrichtung beabstandet sind. In einer besonderen Ausgestaltung sind die beiden Anschläge symmetrisch ausgebildet und durch einen nutartigen Bereich voneinander getrennt. Der nutartige Bereich kann durch das Grundband der Schiebemuffe gebildet sein.
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In einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist die Zahnlücke durch den Entfall genau eines Zahnes gebildet. Eine derart schmale Zahnlücke hat den Vorteil, dass weiterhin viele Zähne an der Drehmomentübertragung beteiligt sind und die Mehrbelastungen, die auf die die Zahnlücke begrenzenden Endzähne wirkt, minimiert ist. In anderen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Zahnlücke durch den Entfall zweier, dreier oder mehr Zähne gebildet ist.
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Vorzugsweise erstrecken sich die Anschläge in Axialrichtung kürzer als die übrigen Zähne. Je kürzer die Anschläge sind, desto weniger tragen sie zur Versteifung bei und desto besser lässt sich die erforderliche Zahnform mit den Dachspitzen und Hinterschnitten an den angrenzenden Zähnen realisieren.
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Die radiale Höhe der Anschläge erstreckt sich vorzugsweise nicht über das Zahndach der benachbarten Zähne. In bestimmten Ausführungsformen ist es sinnvoll, wenn die Höhe der Anschläge geringer ist als die des Zahndachs. So kann die Höhe der Anschläge zwischen 50% und 100% der Zahnhöhe betragen.
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Die Breite der Anschläge ist bevorzugt schmaler als eine Zahnbreite im Zahngrund gemessen. So kann die Breite der Anschläge zwischen 50% und 100% der Zahnhöhe betragen. Insbesondere bei Zahnlücken, die größer als eine Zahnbreite sind, kann die Breite der Anschläge auch über die Zahnbreite hinausgehen.
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Der Bereich, der in Umfangsrichtung zwischen dem Anschlag und dem benachbarten Zahn, an den der Anschlag nicht angrenzt, liegt, entspricht in seiner radialen Erstreckung bevorzugt dem Grundband der Schiebemuffe, um das Kalibrieren zu erleichtern.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist zwischen zwei Anschlägen ein weiterer Zahn vorgesehen, der bevorzugt als ein Riegelnutzahn ausgebildet ist. Ein Riegelnutzahn bildet eine Ablaufkontur für ein federbelastetes Druckstück, das die Vorsynchronisation einleitet. Der weitere Zahn ist von den Anschlägen mindestens um eine Zahnbreite beabstandet.
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Die Schiebemuffe ist in einer Ausführungsform kaltumformtechnisch hergestellt. Dazu kann vorgesehen sein, dass ein abgelängtes Blechband als Halbzeug profiliert und dann zu einem Ring gebogen wird. Das zu einem Blechstriefen abgelängte Material bildet das Grundband, aus dem in Normalrichtung die Verzahnung eingebracht wird.
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Wahlweise können die Anlageflächen jeweils eine definierte Kante zur beiderseitigen Anlage eines Zahns der Kupplungsverzahnung aufweisen. Von Vorteil kann es jedoch auch sein, wenn die Anlageflächen jeweils abgerundet sind zur beiderseitigen tangentialen Anlage eines Zahns der Kupplungsverzahnung. Beide Varianten sorgen dafür, dass es zu einer Linienberührung zu beiden Seiten des jeweils betroffenen Zahns der Kupplungsverzahnung kommt, ohne dass der Zahnkopf mit dem flachen Grund des Anschlages der Schiebemuffe in Kontakt kommt. Die Gestaltung der Anschläge ist so zu wählen, dass die Anlageflächen so weit voneinander beabstandet sind, dass der Köpfe der Kupplungsverzahnung berührungsfrei bleiben. Hierdurch wird der bisher zu starkem Verschleiß führende Kontakt der Zahnköpfe vermieden, wodurch das Verschleißverhalten der erfindungsgemäßen Schiebemuffe deutlich verbessert ist.
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Je nach gewünschter Belastbarkeit und Einsatzzweck der Schiebemuffe kann nur ein derartiger Anschlag, zwei um 180 Grad versetzt oder drei um 120 Grad versetzt angeordnete axiale Anschläge vorgesehen sein. Wahlweise können mehr als drei gleichmäßig oder ungleichmäßig über den Innenumfang der Schiebemuffe angeordnete axiale Anschläge vorgesehen sein.
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Die Anschläge können wahlweise mittels eines Stempelvorganges hergestellt sein. Die Anschläge können wahlweise gleichmäßig über den Innenumfang der Schiebemuffe angeordnet sein, müssen dies jedoch nicht. Auch eine ungleichmäßige Verteilung ist möglich, z. B. bei fünf vorhandenen Anschlägen und 54 Zähnen der Innenverzahnung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand von Figuren beschrieben, die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellen.
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1 zeigt eine Synchronisiereinrichtung eines Kraftfahrzeugschaltgetriebes gemäß bekanntem Stand der Technik.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils einer ersten erfindungsgemäßen Schiebemuffe mit Anschlägen.
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3 zeigt eine Aufsicht auf die Schiebemuffe nach 2.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils einer zweiten erfindungsgemäßen Schiebemuffe mit Anschlägen.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die schematische Darstellung der 1 verdeutlicht die Elemente einer Synchronisiereinrichtung nach dem Stand der Technik, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung relevant sind. Die 1 zeigt im Längsschnitt die obere Hälfte einer Welle 1 mit einer nicht dargestellten Wellenachse. Auf der Welle 1 ist ein Synchronkörper 2 als Nabe drehfest angeordnet, welcher über eine Verzahnung mit der Welle 1 gekoppelt ist. Der Synchronkörper 2 trägt eine Außenverzahnung 3, welcher mit einer Innenverzahnung 4 einer hülsenförmigen Schaltmuffe bzw. Schiebemuffe 5 in Eingriff steht. Weiterhin ist auf der Welle 1 drehbar ein Gangrad 6 angeordnet, welches eine Hauptverzahnung 7 aufweist, die mit anderen Elementen des Getriebes (nicht dargestellt) in Eingriff steht.
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Mit dem Schaltgetriebe kann eine drehfeste Koppelung zwischen der Welle 1 und dem Gangrad 6 hergestellt werden, wenn dies für das Einlegen eines bestimmten Übersetzungsverhältnisses gewünscht ist. Die drehfeste Koppelung erfolgt dabei über die Schiebemuffe 5, welche axial nach rechts verschoben werden kann. Durch eine solche axiale Verschiebung der Schaltmuffe 5 in Richtung des Gangrades 6 (in 1 nach rechts) kann die Innenverzahnung 4 der Schaltmuffe 5 mit der Kupplungsverzahnung 8 des Kupplungskörpers 9, welcher drehfest mit dem Gangrad 6 verbunden ist, in Eingriff gebracht werden. Dadurch wird die gewünschte drehfeste Koppelung zwischen Gangrad 6 und Welle 1 hergestellt, da die Schiebemuffe 5 über die Außenverzahnung 3 des Synchronkörpers 2 und die Innenverzahnung 4 der Schiebemuffe 5 während der gesamten Verschiebung drehfest mit der Welle 1 gekoppelt bleibt. Durch eine axiale Verschiebebewegung der Schiebemuffe 5 in 1 nach links kann in analoger Weise eine Koppelung mit dem zweiten Gangrad 10 hergestellt werden.
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Um die anfänglich in der Regel unterschiedlichen Drehzahlen von Gangrad 6 und Welle 1 vor dem Ineinandergreifen der Innenverzahnung 4 der Schiebemuffe 5 und der Kupplungsverzahnung 8 des Gangrades 6 aneinander anzugleichen, ist in bekannter Weise ein Synchronring 11 zwischen Schiebemuffe 5 und Gangrad 6 vorgesehen. Dieser hat eine Außenverzahnung 12, die mit der Innenverzahnung 4 der Schaltmuffe 5 in Eingriff gebracht werden kann. Weiterhin hat der Synchronring 11 eine Reibfläche 13, die mit einer komplementären Reibfläche 14 am Gangrad zusammenwirkt, um beim Schaltvorgang einen Ausgleich der Drehzahlunterschiede herbeizuführen.
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Wie aus 1 erkennbar ist, kann die Hauptverzahnung 7 des Gangrades 6 einen kleineren Durchmesser als die Kupplungsverzahnung 8 aufweisen. Die axiale Verschiebebewegung der Schaltmuffe 5 wird somit durch die Hauptverzahnung 7 bzw. die zugehörige Stirnfläche des Gangrades 6 nicht begrenzt. Um dennoch in konstruktiv einfacher und auch bei Schaltgetrieben mit kleinen Zahnabständen durchführbarer Weise eine Begrenzung der axialen Verschiebebewegung der Schaltmuffe 5 zu erreichen, ist in bekannter Weise mindestens ein Anschlag 15 zwischen zwei benachbarten Zähnen der Innenverzahnung 4 der Schaltmuffe 5 vorgesehen. Dieser Anschlag 15 stößt an die Kupplungsverzahnung 8 des Gangrades 6 an, wenn die Schiebemuffe 5 entsprechend weit axial (in 1 nach rechts) verschoben wird. Eine weitere axiale Verschiebung der Schiebemuffe 5 wird dadurch verhindert.
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Die perspektivische Ansicht der 2 verdeutlicht beispielhaft eine erfindungsgemäße Schiebemuffe 5 mit zwei Anschlägen 15, 16 in einer Zahnlücke 17. Die Schiebemuffe 5 weist eine Innenverzahnung 4 mit Zähnen 18 auf, die sich über die gesamte axiale Breite der Schiebemuffe erstrecken. Die Zähne 18 sind als Zähne mit einer Dachverzahnung ausgebildet und weisen in ihrem axialen Profil an einen ersten Dachabschnitt 19 anschließenden Hinterschnitt 20 auf, in eine Axialwandung 21 übergeht. Die Zähne 18 sind durch Profilieren eines abgelängten Blechstreifens hergestellt.
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Die Zahnlücke 17 ist durch den Entfall genau eines Zahns gebildet. In der Zahnlücke 17 sind zwei Anschläge 15, 16 angeordnet, die zueinander symmetrisch ausgebildet und angeordnet sind. Die Anschläge 15, 16 grenzen jeweils an die die Zahnlücke begrenzenden Endzähne 22, 23 an, die sich im übrigen nicht von den anderen Zähnen 18 unterscheiden. Die axiale Länge der Anschläge 15, 16 entspricht der axialen Länge der Axialwandung, so dass die Endzähne 22, 23 mit ihren Hinterschnitten 20 und den Dachabschnitten 19 hervorstehen. Die radiale Höhe der Zahnlücke 17 entspricht mit Ausnahme der Anschläge 15, 16 dem Grundband 24 der Schiebemuffe 5.
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Zwischen den Anschlägen 15, 16 ist ein Nutkanal 25 (3) ausgebildet, dessen Material nicht gestreckt wurde und als axial durchgehender Bereich eine gewisse Biegeflexibilität erlaubt. Die radiale Höhe des Anschlags ist etwas geringer als die des Zahndachs 26. An seinen Flanken 27 ist der ansonsten quaderförmige Anschlag 15 leicht verrundet.
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4 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Schiebemuffe 4, bei der im Unterschied zur ersten Schiebemuffe 4 nach den 2 und 3 die Zahnlücke 17 durch den Entfall mehrerer Zähne gebildet ist. Mittig in der Zahnlücke 17 ist ein Riegelnutzahn 28 angeordnet. Der Riegelnutzahn 28 ist zu den Endzähnen 22, 23 so beabstandet, dass zwischen dem jeweiligen Anschlag 15, 16 und dem Riegelnutzahn 28 ein Bereich ausgebildet ist, der in seiner Radialhöhe dem Grundband 24 entspricht. In dem gezeigten Beispiel fehlen jeweils zwei Zähne seitlich zur Riegelnut 28.
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Die Riegelnut 28 weist eine Vertiefung 29 für eine nicht dargestellte Rastkugel einer Arretierung auf. Das zur Herstellung der Vertiefung 29 verdrängte Material 30 kann seitlich zum Riegelnutzahn 28 angeordnet sein, ohne die Funktion der Schiebemuffe 4 zu beeinträchtigen. Weil die Schiebemuffe in der Zahnlücke weniger belastet ist, ist es vorteilhaft, dort die Verbindung 31 der Enden des abgelängten Blechstreifens vorzusehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Welle
- 2
- Synchronkörper
- 3
- Außenverzahnung
- 4
- Innenverzahnung
- 5
- Schiebemuffe, Schaltmuffe
- 6
- Gangrad
- 7
- Hauptverzahnung
- 8
- Kupplungsverzahnung
- 9
- Kupplungskörper
- 10
- zweites Gangrad
- 11
- Synchronring
- 12
- Außenverzahnung
- 13
- Reibfläche
- 14
- Reibfläche
- 15
- Anschlag
- 16
- Anschlag
- 17
- Zahnlücke
- 18
- Zahn
- 19
- Dachabschnitt
- 20
- Hinterschnitt
- 21
- Axialwandung
- 22
- Endzahn
- 23
- Endzahn
- 24
- Grundband
- 25
- Nutkanal
- 26
- Zahndach
- 27
- Flanke
- 28
- Riegelnutzahn
- 29
- Vertiefung
- 30
- verdrängtes Material
- 31
- Verbindung
