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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung eines Kraftfahrzeugwechselgetriebes mit einer Schaltstange, zwei Innenhülsen, welche mit der Schaltstange fest verbunden sind und einer Außenhülse, welche durch beide Innenhülsen axial und in Umfangsrichtung fest mit der Schaltstange verbunden ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Schaltvorrichtung.
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Hintergrund der Erfindung
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Schaltstangen als Teil von Schaltvorrichtungen sind bewegbare Schaltelemente im Schaltgetriebe, die eine vom Fahrer oder einem Aktor initierte Schaltbewegung auf weitere nachgeordnete Schaltelemente übertragen. Häufig sitzt auf der Schaltstange eine Hülse, auf der weitere Funktionsbauteile wie beispielsweise Rastierkonturen, Schaltfinger oder Anschläge angeordnet sind. Diese weiteren Funktionsteile brauchen dann nicht unmittelbar auf der relativ kleinen, in der Regel gekrümmten Oberfläche der Schaltstange angeordnet werden, sondern können wie beispielsweise
DE 10 2012 209 025 A1 oder
DE 10 2011 004 415 A1 zeigen, auf der Hülse angeordnet werden. Aufgrund der größeren Manteloberfläche lassen sich mehr und komplexere Funktionsbauteile anordnen, und gegebenenfalls ist es nicht erforderlich, die Schaltstange spanend zu bearbeiten, was aufwändig ist und diese schwächt.
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Um eine spangebende Herstellung weitestgehend zu vermeiden, schlägt
DE 199 42 562 A1 vor, eine Rastierhülse einer Schaltwelle in Differentialbauweise herzustellen. Dazu weist die Rastierhülse eine die Anbindung an die Schaltwelle bewerkstelligende Innenhülse, ein Topfteil und eine den radialen Abstand zwischen dem Topfteil und der Innenhülse überbrückende Scheibe auf. In einer Variante ist das Topfteil aus zwei Halbschalen gebildet, um auch komplizierte Strukturen in die Mantelfläche einformen und das Topfteil leichter herstellen zu können. Eine ähnliche Rastierhülse zeigt
DE 198 32 786 A1 .
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Insbesondere wenn die Rastierhülsen sehr lang sind, wie in
DE 20 2007 008 231 U1 gezeigt, kann die Abstützung über mehrere Innenhülsen erfolgen. Alternativ wird wie in
DE 10 2012 100 236 A1 die Schaltstange als Hohlwelle ausgebildet, so dass die Schaltstange selbst die Hülse bildet.
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Es ist weiterhin bekannt, Hülsen vor Überlast zu schützen. Dazu kann eine zweite Innenhülse vorgesehen sein, die wie in
DE 10 2011 089 052 A1 im Normalfall von der Außenhülse beabstandet ist und bei Überlast ein Verbiegen verhindert. Das maximale Moment, das übertragen werden kann, wird durch den Überlastschutz nicht gesteigert.
DE 10 2013 221 356 A1 zeigt eine Außenhülse auf zwei Innenhülsen, wobei die Außenhülse mit der einen Innenhülse fest verbunden und zur anderen ein Drehspiel aufweist, um die Übertragung von unerwünschten Schwingungen zu verhindern. Auch hier erfolgt das Abstützen beim Schalten im Wesentlichen an einer Hülse.
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Nachteilig an allen genannten Rastierhülsen ist, dass sie entweder nur begrenzt hohe Schaltkräfte übertragen können oder alle Teile wärmebehandelt sein müssen, was aufwändig ist und im Härteofen viel Platz beansprucht. Dadurch sinkt der Durchsatz, und die Herstellung ist teuer. Um dies zu vermeiden, ist es aus
DE 100 07 190 A1 bekannt, lediglich ein Einlegeteil zu härten und dies mit der Hülse zu verbinden. Damit wird jedoch ein zusätzliches Bauteil benötigt, und andere hoch belastete Bereiche wie der Schaltfinger und der ihn umgebende Bereich müssen ggf. zusätzlich wärmebehandelt werden.
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Damit sind die Anforderungen an Festigkeit und Krafteinleitung insbesondere bei längeren Rastierhülsen nur unzureichend im Stand der Technik erfüllt.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltvorrichtung eines Fahrzeugwechselgetriebes zu schaffen, die die vorstehend genannten Nachteile vermeidet. Es soll eine Schaltvorrichtung geschaffen werden, die im Spannungsfeld des Herstellungsaufwands und des Leichtbaus die Übertragung hoher Schaltkräfte ermöglicht. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Fertigungsverfahren für eine derartige Schaltvorrichtung bereitzustellen.
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Lösung der Aufgabe
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Die Aufgaben werden durch eine Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 10 gelöst. Dadurch dass die Außenhülse sich über mehrere Innenhülsen permanent auf der Schaltstange abstützen kann, weist die Schaltvorrichtung eine gute Kraftausleitung von der Außenhülse auf die Schaltstange auf, so dass über den oder die Schaltfinger, eingeleitete Kräfte gut abgestützt werden. Die Schaltkräfte können damit während des Schaltens über beide Innenhülsen auf die Schaltstange übertragen werden. Ferner ermöglicht die Anordnung von zwei axial zueinander benachbarten Innenhülsen eine gute Positionierung der Außenhülse zur Schaltstange.
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Unter einer Schaltstange wird jedes längliche Schaltelement verstanden. Sie kann aus Vollmaterial oder gewichtssparend als Hohlkörper ausgebildet sein. Ihre Querschnittsfläche kann kreiszylindrisch ausgebildet sein, so dass die Mantelfläche als Innenring eines Lagers nutzbar ist. Alternativ ist ihr Querschnitt nicht kreisförmig, sondern beispielsweise wie bei Schaltschienen rechteckig ausgebildet.
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Die Schaltstange ist axial und/oder in Umfangsrichtung beweglich in einer Getriebeschalteinrichtung gelagert. Ist die Schaltstange axial fest, sind in der Regel die auf ihr angeordneten Bauteile axial beweglich angeordnet. Alternativ ist die Schaltstange in Umfangsrichtung um ihre Hauptachse als Schaltwelle beweglich. Eine als Zentralschaltwelle ausgebildete Schaltstange ist sowohl verdrehbar als auch axial verschiebbar.
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Die Innenhülsen umschließen die Schaltstange zumindest teilweise. Dazu weisen sie in der Regel eine Innenmantelfläche auf, die komplementär zur Schaltstangenkontur ausgebildet ist. in einer bevorzugten Ausführung umschließen die Innenhülsen die Schaltstange in Umfangsrichtung vollständig, so dass sie hohen Kräften ausgesetzt sein können, ohne sich zu verformen. Zur Anbindung der Außenhülse weisen die Innenhülsen in der Regel einen Ringflansch auf, dessen Breite der Durchmesserdifferenz der Außen- und Innenhülsen entspricht.
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Die Innenhülsen sind fest mit der Schaltstange verbunden, wobei sie damit sowohl axial fest als auch drehfest angeordnet sind. Dazu sind sie beispielsweise verschweißt oder kraftschlüssig an der Schaltstange gehalten. Insbesondere bei nicht-runden Schaltstangen sind auch formschlüssige Sicherungen möglich. Die Innenhülsen können beispielsweise verpresst, aufgeschrumpft, verstemmt oder auf der Schaltstange verprägt sein.
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Mindestens zwei Innenhülsen sind vorgesehen, um die Außenhülse an der Schaltstange abzustützen. Insbesondere wenn die Außenhülse mehrere Schaltfinger aufweisen sollte, ist es vorteilhaft, wenn jeder der Schaltfinger axial von Innenhülsen flankiert ist. In diesem Fall können diejenigen Innenhülsen, die zwischen anderen Innenhülsen angeordnet sind, zum Abstützen verschiedener Funktionselemente vorgesehen sein. Zum Abstützen zweier Schaltfinger können somit drei Innenhülsen ausreichend sein, ohne dass die übertragbaren Kräfte und Momente nennenswert sinken. Ebenfalls kann vorgesehen sein, auch bei nur einem Schaltfinger mehr als zwei Innenhülsen zur Befestigung der Außenhülse vorzusehen.
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In einer Ausbildung der Erfindung schließen die Innenhülsen dabei alle Funktionselemente axial ein. Besonders vorteilhaft ist es allerdings, wenn der axiale Abstand zwischen dem Schaltfinger und dem Krafteinleitungsort auf die Innenhülsen möglichst gering ist, so dass der Hebelarm kurz ist. Dazu können die Innenhülsen als Flanschhülsen ausgebildet sein, die gegensinnig angeordnet sind, so dass ihre Flansche zueinander gerichtet sind und den Schaltfinger axial flankieren. Je nach Außenhülsendesign kann allerdings auch eine gleichsinnige Anordnung von Vorteil sein, beispielsweise um axialen Bauraum zu sparen
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Innenhülsen einen Flansch aufweisen, dessen Stirnfläche dem eingeschlossenen Querschnitt der Außenhülse entspricht, so dass er diese über einen möglichst großen Linienkontakt abstützen kann und gleichzeitig wenig Bauraum einnimmt.
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Die Außenhülse kann ebenso wie die Innenhülsen die Schaltstange in Umfangsrichtung vollständig umschließen. Eine derartige Außenhülse ist stabil, einteilig herstellbar und widerstandsfähig gegen Missbrauchskräfte.
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Alternativ umschließt die Außenhülse die Schaltstange in Umfangsrichtung nur teilweise. Dazu kann sie als Halbschale eine U-förmige Kontur mit zwei Schenkeln aufweisen. Diese zuletzt genannte Variante erfordert weniger Material und ist in der Regel leichter als eine vollumfänglich umschließende Außenhülse. Ein oder mehrere Verbindungsteile können die Halbschale dadurch versteifen, dass sie beide Schenkel verbinden und auf einem axialen Teilabschnitt der Halbschale die Schaltstange einschließen. Die Verbindungsteile können mit der Halbschale auch eine rückseitig offene Hülse bilden, indem sie stirnseitig angeordnet sind und einseitig oder beidseitig einen Deckel bilden. Dann weisen sie in der Regel Durchgangsausnehmungen für die Schaltstange oder deren Lagerung auf. Je nach Länge der Außenhülse können ein oder mehrere Versteifungselemente vorgesehen sein.
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Die Außenhülse kann einteilig hergestellt sein oder ihrerseits mit ein oder mehreren separat hergestellten Funktionselementen versehen sein. Ein Funktionselement kann beispielsweise durch eine Rastierkontur gebildet sein. Die Rastierkontur ist ein Rastgebirge, das ein gegen sie von außen vorspannbares Rastelement führt und sichert. Eine derartige Rastierkontur vermittelt einen vorbestimmten Schaltkraft- oder Wählkraftverlauf und muss daher genau positioniert und gefertigt werden. Sie lässt sich besonders einfach in ein separates Blech umformtechnisch einbringen, womit auf ein Einformen in die Halbschale verzichtet werden kann.
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Weitere Funktionselemente sind beispielsweise Gassenführungen, Rampen, Sperranschläge oder ein oder mehrere Schaltfinger. Die Außenhülse weist in der Regel mehrere Funktionselemente auf.
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Die Außenhülse weist erfindungsgemäß einen Schaltfinger auf. Der Schaltfinger ist für den Eingriff in ein Schaltmaul bestimmt, um weitere Schaltelemente zu bewegen. Die Krafteinleitung in die Schaltvorrichtung erfolgt daher über den Schaltfinger. Der Schaltfinger ist axial zwischen zwei Innenhülsen angeordnet. Dadurch sind die auf den Schaltfinger einwirkenden Kräfte gleichmäßig abgestützt, so dass sich die Bauteile weniger verformen. Idealerweise sind weisen zwei Innenhülsen Ringflansche auf, die die Außenhülse unmittelbar am Schaltfinger abstützen.
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Die Außenhülse kann Durchgangsausnehmungen aufweisen, in die Radialvorsprünge der Flansche eingreifen. Über ein dauerhaftes Verformen der Radialvorsprünge kann ein Befestigen der Außenhülse an der Innenhülse erfolgen.
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In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Innenhülsen ungehärtet. Die Kraftausleitung über mindestens zwei voneinander beabstandete Innenhülsen verleiht der Schaltvorrichtung eine hinreichend gute Festigkeit, so dass auf ein Härten der Innenhülsen verzichtet werden kann.
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In einer Weiterentwicklung ist die Außenhülse mehrteilig hergestellt. Dazu können Rastierkonturen, Schaltfinger, Rampen, Sperrglieder, Gassenführungen oder andere Funktionselemente separat von der Außenhülse hergestellt und dann mit dieser verbunden werden. Vorzugsweise erfolgt nach dem Verbinden ein Kompletthärten der der so gefertigten Einheit. Nach dem Kompletthärten kann die Einheit mit den ungehärteten Innenhülsen fest verbunden werden. Dies kann beispielsweise durch Vertaumeln oder Vernieten erfolgen.
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Eine Rastierkontur kann auf der Hülse verschweißt und auf der Schaltstange angeordnet werden. Sie wird auch als Rastierhülse bezeichnet. Erfindungsgemäß wird auf ein geschlossen ausgebildetes Rohrteil verzichtet. Vielmehr übernimmt in einer Ausbildung der Erfindung das Blech mit der Rastierkontur die Zusatzfunktion, die Halbschale zu stabilisieren. Durch ihre Befestigung an der Halbschale versteift sie diese somit zusätzlich.
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Die Außenhülse ist besonders einfach aus einem Flachmaterial herstellbar wie beispielsweise aus einem abgelängten Blechstreifen. Das Flachmaterial wird zunächst vor dem Biegen mit den entsprechenden Formen und den Ausschnitten für die Sperranschläge und den Schaltfinger versehen. Dann wird der Blechstreifen zu einer Halbschale halbrund gebogen, und an seinen Enden werden die Verbindungsteile form-, kraft- oder stoffschlüssig stabilisierend befestigt. Gegebenenfalls wird schließlich ein Schaltfinger auf der Außenhülse angeordnet und durch Nieten und/oder Schweißen an dieser befestigt. Eine zweite Rastierkontur kann vorgesehen sein, damit der Wähl- und Schaltvorgang durch getrennte Rastierkonturen bewirkt werden. Die Konturen können auch überlagern, um beispielsweise eine Erfassung der Schaltstellung zu ermöglichen.
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Die Innenhülsen können durch Tiefziehen, Fließpressen hergestellt sein. Die Innenhülsen können an der Schaltstange durch einen Pressverband verbunden sein. Weist die Schaltstange Ausnehmungen wie Ringnuten auf, können die Innenhülsen beispielsweise auch verprägt sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung in einer perspektivischen Schrägansicht,
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2 die Schaltvorrichtung nach 1 in gedrehter und verschwenkter, rückseitiger Ansicht,
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3 die Schaltvorrichtung nach 1 in einer Aufsicht und
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4 die Schaltvorrichtung nach 3 im Längsschnitt.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die 1 bis 4 zeigen eine Schaltvorrichtung 1 eines manuellen Handschaltgetriebes eines Kraftfahrzeugs. Die einen runden Querschnitt aufweisende, massive Schaltstange 2 ist von einer Außenhülse 3 umgeben, welche aus einem Bandmaterial hergestellt ist und über eine erste Innenhülse 4 und eine zweite Innenhülse 9 mit der Schaltstange 2 verbunden ist. Die Außenhülse 3 ist zusammengesetzt aus einer Halbschale 7 und einem Verbindungsteil 8. Die Halbschale 4 ist aus einem vom Bandmaterial abgelängten Stück Stahlblech hergestellt. Die gewünschte Außenkontur mit gegebenenfalls erforderlichen Noppen 16 oder anderen vorspringenden Elementen kann gleich nach dem Ablängen in das Blech gestanzt werden. Alternativ wird ein entsprechendes Blechstück mit aus dem Bandmaterial gestanzt. Noch im ebenen Zustand werden in das Blech Ausnehmungen wie die für eine Schaltführung 11 zum Eingriff für einen nicht dargestellten Stift gestanzt und Profilierungen eingebracht. Anschließend wird das Stück Blech zur Halbschale 4 kaltumgeformt. Die Außenkontur der Halbschale 4 ist U-förmig mit zwei Schenkeln 5 und 6, die zueinander parallel gerichtet sind. Etwa mittig zwischen den Schenkeln 5, 6 ist ein Schaltfinger 13 angeordnet, der nicht dargestellte Schaltmäuler betätigt.
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Rückseitig sind die beiden Schenkel 5, 6 der Halbschale 4 durch das als Rastierkontur 10 ausgebildetes erstes Verbindungsteil 8 miteinander verbunden. Das Verbindungsteil 8 ist axial endseitig an der Halbschale 4 angeordnet und weist eine Axiallänge von weniger als einem Viertel der Gesamtlänge der Halbschale 4 auf. Es stabilisiert die offene, U-förmige Hülse. Im Vergleich zu einer zylinderförmigen Hülse ist sie leichter.
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Die Rastierkontur 10 ist aus einem umgeformten Blech hergestellt, das sich in Materialbeschaffenheit und Dicke von dem Blechstreifen der Halbschale 4 unterscheidet. In das Blech ist ein Rastgebirge geprägt. Lateral weist das Rastgebirge Schenkelanschlussflächen 14 auf, die zu den Schenkeln 5, 6 parallel gerichtet sind. Die Schenkelanschlussflächen 14 sind mit jeweils zwei Ausnehmungen 15 versehen, in die die als Schenkelfortsätze ausgebildeten Noppen 16 der Halbschale 4 eingreifen. Um einen dauerhaften Verbund zu gewährleisten, sind die Noppen 16 in den Ausnehmungen 15 verprägt. Die Halbschale 4 und das Verbindungsteil 8 umgreifen zusammen die Schaltstange 2 ringförmig. Ein Verschweißen des Verbindungsteils 8 mit der Halbschale 4 ist dadurch entbehrlich.
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Zur Anbindung der Außenhülse 3 an die Schaltstange 2 weist die Schaltvorrichtung 1 die beiden einteilig hergestellten Innenhülsen 4, 9 auf. Die Innenhülsen 4, 9 können beispielsweise tiefgezogen oder fließgepresst sein. Neben ihrem die Schaltstange 2 komplementär umschließenden Kragen 17 als Muffenabschnitt weisen sie jeweils endseitig einen radial gerichteten Flansch 18 auf. Der Flansch 18 ist vorliegend ein mit Vorsprüngen 12 versehener Ringflansch, dessen Vorsprünge 12 hier radial weisen und in entsprechende Eingriffsausnehmungen der Außenhülse 3 ragen und dort beispielsweise durch Verstemmen gesichert sind.
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Die Innenhülsen 4, 9 sind ihrerseits über ihre Kragen 17 mit Verprägungen 19 in Form von Doppelprägungen in Schaltstangenausnehmungen 20 axial und in Umfangsrichtung gesichert. Nicht dargestellt ist eine Variante, in der die Innenhülsen 4, 9 mittels Pressverband gesichert sind.
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Die Ausführungsform der Außenhülse 3 weist Eintauchöffnungen 21 auf, in die die durch die Schaltfinger 13 verschwenkten Schaltmäuler der Schaltgabeln eintauchen können, um einen möglichst platzsparenden Gesamtaufbau aus der Schaltvorrichtung 1 und den Schaltgabeln zu erhalten. Die fensterartigen Eintauchöffnungen 21 können groß ausfallen, da die Schaltkräfte sicher über beide Innenhülsen abgestützt sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltvorrichtung
- 2
- Schaltstange
- 3
- Außenhülse
- 4
- erste Innenhülse
- 5
- erster Schenkel
- 6
- zweiter Schenkel
- 7
- Halbschale
- 8
- Verbindungsteil
- 9
- zweite Innenhülse
- 10
- Rasierkontur
- 11
- Schaltführung
- 12
- Anschlag
- 13
- Schaltfinger
- 14
- Schenkelanschlussfläche
- 15
- Ausnehmung
- 16
- Noppen
- 17
- Kragen
- 18
- Flansch
- 19
- Verprägung
- 20
- Schaltstangenausnehmung
- 21
- Eintauchöffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012209025 A1 [0002]
- DE 102011004415 A1 [0002]
- DE 19942562 A1 [0003]
- DE 19832786 A1 [0003]
- DE 202007008231 U1 [0004]
- DE 102012100236 A1 [0004]
- DE 102011089052 A1 [0005]
- DE 102013221356 A1 [0005]
- DE 10007190 A1 [0006]
