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Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe mit einem Hohlrad sowie einem drehfest mit dem Hohlrad verbundenen Bauteil. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Antriebsachse für ein Kraftfahrzeug, wie einen Pkw, Lkw, Bus oder ein anderes Nutzfahrzeug. Die Antriebsachse kann weiter bevorzugt insbesondere als E-Achse ausgebildet sein und somit zusätzlich einen Elektromotor aufweisen, der mit dem Planetengetriebe gekoppelt ist.
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Gattungsgemäße Planetengetriebe sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt. Die
DE 10 2013 224 499 A1 offenbart bspw. eine optimierte Getriebeanordnung für ein Fahrzeug mit mindestens einem Gehäuse, das einen Getrieberaum bildet, in dem mindestens ein Planetenradsatz sowie ein Stirnrad untergebracht sind, die auf einer gemeinsamen Rotorwelle angeordnet sind. In einem Motorraum ist an dieser Rotorwelle ein Rotor einer Elektromaschine ausgebildet, der um einen Stator der Elektromaschine rotiert.
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Die bisher zur Aufnahme des Hohlrades in dem Gehäuse verwendeten Mittel weisen jedoch häufig den Nachteil auf, dass sie in der Herstellung relativ aufwändig sind. Insbesondere bei Passverzahnungen, Keilverzahnungen oder Stirnverzahnungen besteht ein deutlich erhöhter Herstellaufwand. Des Weiteren treten bei diesen Anbringungsmitteln in den Verzahnungen relativ hohe Spannungen im Zahnfuß auf, welche zu Rissen im Hohlrad oder gar im Gehäuse führen können.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beheben und insbesondere eine Aufnahme eines Hohlrades mit weniger Herstellaufwand zur Verfügung zu stellen sowie Beschädigungen des Hohlrades sowie des es aufnehmenden Bauteils zu vermeiden.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Hohlrad relativ zu dem Bauteil über einen Sperrstift drehgesichert ist, wobei der Sperrstift direkt in einer ersten Ausnehmung seitens des Hohlrades sowie direkt in einer zweiten Ausnehmung seitens des Bauteils abgestützt / in Anlage ist. Dies bedeutet, dass der entsprechende Sperrstift zur Drehsicherung unmittelbar in Kontakt mit dem Bauteil sowie dem Hohlrad steht.
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Dadurch wird eine in der Herstellung relativ aufwändige, der Drehsicherung dienende Verzahnung vermieden. Durch die Sperrstifte wird ein einfach in Masse herzustellendes Sicherungselement zur Verfügung gestellt, wodurch der Herstellaufwand gesenkt wird. Auch die Ausnehmungen können relativ einfach in Serie ausgebildet werden.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
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Bevorzugt ist das Bauteil ein Gehäuse, wobei das Hohlrad drehgesichert in dem Gehäuse aufgenommen ist. In alternativen Ausführungen ist das Bauteil als ein Planetenträger, als ein Sonnenrad oder als ein weiteres Hohlrad ausgebildet.
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Bestehen das Hohlrad sowie das Bauteil aus unterschiedlichen Materialien (mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten), ist die Drehsicherung durch den Sperrstift besonders effektiv eingesetzt, um durch Temperaturunterschiede entstehende Spannungen gering zu halten. Somit wird die Dauerfestigkeit der Verbindung zwischen Hohlrad und Bauteil weiter erhöht.
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In diesem Zusammenhang ist es insbesondere vorteilhaft, wenn das Hohlrad aus einem Stahlwerkstoff besteht und/oder das Bauteil aus einem Leichtmetallwerkstoff, bevorzugt einer Aluminiumlegierung, besteht.
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Von Vorteil ist es weiterhin, wenn der Sperrstift in einer der beiden Ausnehmungen über einen Pressverbund / Presssitz gehalten ist und in der anderen der beiden Ausnehmungen in einer radialen Richtung und/oder in einer axialen Richtung (in Bezug auf das Hohlrad gesehen) Spiel aufweist. Besonders bevorzugt ist der Sperrstift in der ersten Ausnehmung über dem Pressverbund gehalten und in der zweiten Ausnehmung seitens des Bauteils mit radialem und/oder axialem Spiel aufgenommen. Dadurch wird der Herstellaufwand weiter erleichtert. Insbesondere können bei der Montage die Sperrstifte zunächst in die entsprechenden ersten Ausnehmungen eingesetzt und im Anschluss in einem Montageschritt die gesamte Hohlrad-Sperrstifte-Einheit in das Bauteil eingesetzt / mit dem Bauteil verbunden werden.
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Ist der Sperrstift zylindrisch ausgeführt, ist er besonders einfach herstellbar.
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Sind gar mehrere Sperrstifte entlang des Umfangs des Hohlrades verteilt angeordnet, wird eine besonders gleichmäßige Abstützung des Hohlrades relativ zum Bauteil erzeugt.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn der Sperrstift in einer axialen Richtung (in Bezug auf eine Drehachse des Hohlrades) ausgerichtet eingesetzt ist. Auch die Ausnehmungen erstrecken sich daher bevorzugt in axialer Richtung.
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In diesem Zusammenhang ist es weiterhin von Vorteil, wenn die erste Ausnehmung als ein zylindrisches Loch ausgebildet ist.
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Diesbezüglich ist es wiederum zweckmäßig, wenn die erste Ausnehmung als eine Bohrung, weiter bevorzugt als eine Sacklochbohrung, alternativ bevorzugt als eine Nut, ausgebildet ist.
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Alternativ hierzu ist es prinzipiell möglich, die erste Ausnehmung nicht spanend, sondern urformtechnisch, bspw. bei einem Gießvorgang oder einem Sintervorgang, etwa als Aussparung oder als Freiraum, unmittelbar mit auszubilden.
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Hinsichtlich der zweiten Ausnehmung ist es vorteilhaft, wenn diese ebenfalls als ein zylindrisches Loch ausgebildet ist. Dadurch wird die Herstellung der zweiten Ausnehmung weiter vereinfacht.
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Bezüglich der zweiten Ausnehmung ist es weiter zweckmäßig, wenn diese urformtechnisch (etwa als Aussparung oder Freiraum) ausgebildet ist. Weiter bevorzugt ist die zweite Ausnehmung unmittelbar in einem Spritzgießprozess des Bauteils (insbesondere bei Ausbildung als Gehäuse) mit ausgebildet. Dadurch wird der Herstellaufwand der zweiten Ausnehmungen deutlich reduziert.
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Die zweite Ausnehmung ist vorteilhafterweise als eine in radialer Richtung nach innen geöffnete Ausnehmung ausgebildet, wodurch das Gewicht des Bauteils weiter reduziert wird. Alternativ ist es jedoch auch wiederum möglich, die zweite Ausnehmung als eine Nut oder als eine Bohrung auszubilden.
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Ist das Hohlrad in der radialen Richtung gesehen spielbehaftet in dem Bauteil aufgenommen, d.h. mit Spiel versehen, wird eine bewusste Relativverschiebung des Hohlrades relativ zu dem Bauteil ermöglicht, sodass die im Betrieb auftretende Spannungen weiter reduziert werden.
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Zudem ist es vorteilhaft, wenn das Hohlrad in axialer Richtung elastisch / verlagerbar aufgenommen ist. Hierzu ist es besonders zweckmäßig, ein Sicherungselement vorzusehen, das das Hohlrad zu einer axialen Seite hin elastisch abstützt. Als Sicherungselement dient bevorzugt ein Sicherungsring.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Antriebsachse für ein Kraftfahrzeug, mit einem gemäß der Erfindung ausgebildeten Planetengetriebe nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungen. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Antriebsachse als E-Achse ausgebildet ist und ein Rotor eines Elektromotors mit einem Drehteil des Planetengetriebes, etwa mit einem Sonnenrad oder einem Planetenträger, drehgekoppelt ist.
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In anderen Worten ausgedrückt, ist erfindungsgemäß ein Hohlrad in Form eines Verzahnungsbauteils mittels eines Zylinderstiftes (Sperrstiftes) an einem Gehäuse (Bauteil) angebunden. Das Gehäuse ist bevorzugt aus einer Aluminiumlegierung hergestellt, das Hohlrad aus Stahl. Das an dem Gehäuse festgelegte Hohlrad ist gegen Verdrehen sowie Wandern (axiales Verschieben) gesichert. Im Fahrbetrieb würde sich ansonsten bei Betriebstemperatur aufgrund der unterschiedlichen Thermokompensation von Aluminium und Stahl ein Spiel einstellen und der Sitz sich grundsätzlich lockern. Erfindungsgemäß wird das Hohlrad mittels wenigstens eines Stiftes (Sperrstift) gesichert. Der Stift kann prinzipiell radial, axial oder beliebig quer im Raum angeordnet sein. Weiter bevorzugt ist es, dass der Stift beidseitig in zylindrischen Löchern sitzt und/oder wahlweise in Ausnehmungen eingreift. Die Ausnehmungen können prinzipiell bei einem Spritzguss des Gehäuses vorgesehen werden, während zylindrische Bohrungen erst durch einen zusätzlichen Arbeitsgang anzubringen sind.
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Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von verschiedenen Ausführungsbeispielen in Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Längsschnittdarstellung eines teilweise abgebildeten erfindungsgemäßen Planetengetriebes nach einem ersten Ausführungsbeispiel, wobei der Verbindungsbereich zwischen einem Hohlrad und einem als Gehäuse ausgebildeten Bauteil des Planetengetriebes erkennbar ist,
- 2 eine perspektivische Darstellung des in 1 eingesetzten Gehäuses von einer Rückseite, sodass ein das Hohlrad aufnehmender Aufnahmeraum sowie mehrere zur Aufnahme von Sperrstiften dienende (zweite) Ausnehmungen des Gehäuses zu erkennen sind,
- 3 eine perspektivische Darstellung des in 1 eingesetzten Hohlrades von einer die mehreren (hier acht) Sperrstifte aufnehmenden Stirnseite,
- 4 eine Detaildarstellung des Planetengetriebes nach 1 im Bereich einer die Drehsicherung des Hohlrades relativ zum Gehäuse umsetzenden Sperrstiftes, der in je eine Ausnehmung seitens des Hohlrades sowie des Gehäuses eingesetzt ist, und
- 5 eine Längsschnittdarstellung eines teilweise abgebildeten erfindungsgemäßen Planetengetriebes nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei eine (zweiten) Ausnehmung seitens des Gehäuses nun in radialer Richtung nach innen geöffnet ist.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Des Weiteren ist es prinzipiell auch möglich, die verschiedenen Merkmale der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele frei miteinander zu kombinieren.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes Planetengetriebe 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel teilweise veranschaulicht. Das Planetengetriebe 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel an einem Umfangsbereich eines Gehäuses 3, in dem ein Hohlrad 2 drehgesichert aufgenommenen ist, veranschaulicht. Das Gehäuse 3 kann alternativ auch als ein anderes Bauteil 3 des Planetengetriebes 1 ersetzt werden. Demnach kann das mit dem Hohlrad 2 drehfest verbundene Bauteil 3 auch ein Planetenträger, ein Sonnenrad, oder ein weiteres Hohlrad sein. Auf die Darstellung der weiteren Bestandteile des Planetengetriebes 1 ist der Übersichtlichkeit halber verzichtet. Das Planetengetriebe 1 ist jedoch auf übliche Weise ausgestaltet und weist demnach mehrere Planetenräder eines oder mehrerer Planetenradsätze auf, die mit dem Hohlrad 2 kämmen. Die Planetenräder sind wiederum in einem Planetenträger drehbar gelagert. Mit den Planetenrädern kämmt ein Sonnenrad. Das Planetengetriebe 1 ist im Betrieb bevorzugt in einer Antriebsachse eines Kraftfahrzeuges eingesetzt. Die Antriebsachse ist als elektrischen Achse / E-Achse ausgestaltet. Neben dem Planetengetriebe 1 weist die Antriebsachse insbesondere einen Elektromotor auf, der mit einem Rotor mit einem Eingangsdrehteil des Planetengetriebes, bevorzugt dem Sonnenrad, alternativ auch dem Planetenträger, drehgekoppelt ist.
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In 1 ist das Hohlrad 2 bereits drehgesichert in dem Gehäuse 3 eingesetzt. Das Hohlrad 2 weist auf typische Weise eine Innenverzahnung 8 auf. Die Innenverzahnung 8 ist als Schrägverzahnung ausgeführt. Auf einer radialen Außenseite ist das Hohlrad 2 verzahnungsfrei, d.h. im Wesentlichen glatt ausgeführt. Das Hohlrad 2 an sich ist auch besonders gut in 3 zu erkennen.
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Das Gehäuse 3 ist auch in der 2 zu erkennen, wobei ein Aufnahmeraum 9 des Gehäuses 3 vorgesehen ist, in dem das Hohlrad 2 gemäß 1 montiert ist. Das Hohlrad 2 ist somit in radialer Richtung von dem Gehäuse 3 umgeben.
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Erfindungsgemäß wird zur Drehsicherung des Hohlrades 2 relativ zu dem Gehäuse mindestens ein Sperrstift 4, in dieser Ausführung mehrere entlang des Umfangs verteilte Sperrstifte 4 eingesetzt. Jeder der Sperrstifte 4 ist in einer ersten Ausnehmung 5 direkt in Anlage mit dem Hohlrad 2. Auch ist der Sperrstifte 4 in einer zweiten Ausnehmung 6 direkt in Anlage mit dem Gehäuse 3.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist der jeweilige Sperrstift 4 in axialer Richtung (d.h. parallel zu einer Drehachse des Hohlrades 2) ausgerichtet. Prinzipiell sind jedoch auch andere Ausrichtungen des Sperrstiftes denkbar, etwa schräg zu der axialen Richtung, bspw. auch ausschließlich in radialer Richtung.
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Demzufolge ist jeder Sperrstift 4 seitens einer ersten Ausnehmung 5 in Umfangsrichtung abgestützt. Die erste Ausnehmung 5 ist in einer axialen Stirnseite 10 des Hohlrades 2 eingebracht (3). Die erste Ausnehmung 5 ist als ein zylindrisches Loch ausgeführt. Bevorzugt ist die erste Ausnehmung 5 als eine Bohrung, nämlich eine Sacklochbohrung, wie in 4 besonders gut erkennbar, umgesetzt.
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Der Sperrstift 4 ist als ein zylindrischer Stift ausgeführt. Der Sperrstift 4 weist somit im Wesentlichen über seine gesamte Länge einen gleichbleibenden Außendurchmesser auf. Lediglich die Enden des Sperrstiftes 4 sind abgerundet oder abgefast. Der Sperrstift 4 ist derart mit seinem Außendurchmesser auf einen Innendurchmesser der ersten Ausnehmung 5 abgestimmt, dass er mit einem Pressverbund 7 in der ersten Ausnehmung 5 gehalten / aufgenommen ist. Somit ist der Sperrstift 4 mit einem ersten Längsbereich 11 in der ersten Ausnehmung 5 aufgenommen. Mit einem an diesen ersten Längsbereich 11 anschließenden zweiten Längsbereich ist der Sperrstift 4 in der zweiten Ausnehmung 6 aufgenommen.
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In der zweiten Ausnehmung 6 ist der Sperrstift 4 spielbehaftet angeordnet. Die zweite Ausnehmung 6 ist mit einem Innendurchmesser daher größer ausgebildet als der Außendurchmesser des Sperrstiftes 4. Insbesondere weist der Sperrstift 4 in axialer Richtung sowie in radialer Richtung Spiel relativ zu dem Gehäuse 3 auf. Auch in Umfangsrichtung weist der Sperrstift 4 bevorzugt ein gewisses Spiel auf. Die zweite Ausnehmung 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel wiederum als ein zylindrisches Loch ausgeführt, nämlich als eine Bohrung in Form einer Sacklochbohrung ausgeführt. Prinzipiell ist es hinsichtlich der Ausnehmungen 5 und 6 jedoch auch möglich, diese anderweitig herzustellen, bspw. als Nut oder urformtechnisch beim Urformen des Gehäuses 3 oder des Hohlrades 2 bereits auszubilden.
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In diesem Zusammenhang sei auch auf 5 verwiesen, die ein zweites Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich lediglich hinsichtlich der zweiten Ausnehmung 6 von dem ersten Ausführungsbeispiel. Die zweite Ausnehmung 6 ist in dem zweiten Ausführungsbeispiel unmittelbar in einem Urformvorgang, nämlich einem Gießvorgang, des Gehäuses 3 in das Gehäuse 3 mit eingebracht, sodass eine spanende Bearbeitung zur Ausbildung der zweiten Ausnehmung 6 vermieden ist. Die zweite Ausnehmung 6 ist in radialer Richtung nach innen geöffnet, wobei im Vergleich zur 4 des ersten Ausführungsbeispiels zu erkennen ist, dass hierdurch insbesondere Material am Gehäuse 3 eingespart werden kann. Alternativ ist es auch möglich, die zweite Ausnehmung 6 als eine Nut vorzusehen. Der Sperrstift 4 ist an sich wiederum in radialer Richtung relativ zu dem Gehäuse 3, d.h. insbesondere in radialer Richtung nach außen, axial sowie in Umfangsrichtung mit Spiel in dem Gehäuse 3 aufgenommen.
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Zurückkommend auf das erste Ausführungsbeispiel, ist in 1 und 4 auch erkennbar, dass das Hohlrad 2 in dem Aufnahmeraum 9 mit einem radialen Spiel in dem Gehäuse 3 angeordnet ist. Somit ist bewusst ein radialer Spalt 13 zwischen dem Gehäuse 3 und dem Hohlrad 2 vorhanden.
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In axialer Richtung ist das Hohlrad 2 relativ zu dem Gehäuse 3 mittels eines Sicherungsringes 14 gesichert. Dieser Sicherungsring 14 ist in Form eines elastischen Vorspannelementes ausgebildet und stützt sich in axialer Richtung auf einer der Stirnseite 10 axial abgewandten Seite an dem Hohlrad 2 ab. Der Sicherungsring 14 ist in einer in Umfangsrichtung verlaufenden Haltenut 15 eingerastet. Mit seiner Stirnseite 10 liegt das Hohlrad 2 wiederum an einem radialen Absatz 16 des Gehäuses 3 unmittelbar an. Somit ist das Hohlrad 2 in axialer Richtung zwischen dem Absatz 16 und dem Sicherungsring 14 sicher axial gehalten.
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Hinsichtlich der Materialien ist es bevorzugt, das Gehäuse 3 aus einem Leichtmetall, wie hier einer Aluminiumlegierung herzustellen. Als Fertigungsverfahren für das Gehäuse 3 bietet sich somit ein Gießverfahren, besonders bevorzugt ein Spritzgießverfahren, an. Das Hohlrad 2 ist bevorzugt aus einem Stahlwerkstoff / einer Stahllegierung hergestellt. Auch die Sperrstifte 4 sind bevorzugt aus einem Stahlwerkstoff hergestellt.
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In anderen Worten ausgedrückt, werden die Bauteile - Gehäuse 3 und Hohlrad 2 - durch Zylinderstifte 4 miteinander verbunden. Hierfür werden Stifte 4 in eines der Bauteile 2 stirnseitig eingepresst. Im zweiten Bauteil 3 sind gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel Bohrungen 6 eingebracht. In diesen Bohrungen 6 greifen die Stifte 4, welche im ersten Bauteil 2 verpresst sind, ein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Planetengetriebe
- 2
- Hohlrad
- 3
- Gehäuse
- 4
- Sperrstift
- 5
- erste Ausnehmung
- 6
- zweite Ausnehmung
- 7
- Pressverbund
- 8
- Innenverzahnung
- 9
- Aufnahmeraum
- 10
- Stirnseite
- 11
- erster Längsbereich
- 12
- zweiter Längsbereich
- 13
- Spalt
- 14
- Sicherungsring
- 15
- Haltenut
- 16
- Absatz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013224499 A1 [0002]
