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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Wellgetriebe gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 7 näher definierten Art.
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Beispielsweise ist aus
DE 10 2013 216 183 A1 eine Verstelleinrichtung zur Verstellung einer Nockenwelle umfassend eine Antriebs- und eine Abtriebswelle, ein zwischen diesen geschaltetes Wellgetriebe mit einem Wellgenerator, einem elastisch verformbaren Element und einem Hohlrad bekannt, das mit der Abtriebswelle bewegungsgekoppelt ist. Nachteilig wirkt sich bei dieser Ausgestaltung der Umstand aus, dass zur axialen Sicherung des Wellgenerators ein Frontdeckel vorgesehen ist. Dies erfordert eine aufwendige Konstruktion, insbesondere sind zusätzliche Befestigungsmittel zur Befestigung des Frontdeckels vorgesehen, die zudem den Montageaufwand erhöhen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Wellgetriebe der vorgenannten Art hinsichtlich seines Aufbaues und seiner Montage zu vereinfachen und kostengünstig zu gestalten.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und alternativ durch die Merkmale des Patentanspruchs 7 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Vorgeschlagen wird ein Wellgetriebe mit einem Wellgenerator mit einem Innenring und einem Abtriebselement, das den Wellgenerator zumindest teilweise topfförmig umfasst und mit einer Welle zur Übertragung eines Drehmoments verbunden ist. Erfindungsgemäß ist zumindest ein koaxial zum Innenring angeordnetes Sicherungselement vorgesehen, das mit einer am Außendurchmesser nach radial außen abgesetzten ersten Stufe eine axiale Stirnseite des Innenrings zur axialen Sicherung zumindest teilweise umfasst. Dabei ist das Sicherungselement durch den Innenring axial hindurchgeführt und mit dem Abtriebselement verbunden. Auf diese Weise wird eine einfach aufgebaute und bauraumsparende axiale Sicherung des Wellgenerators am Innenring erreicht. Zur Montage kann das Sicherungselement am Innenring einfach hindurchgesteckt werden.
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Durch eine Verbindung mit dem Abtriebselement wird zugleich eine einfache Transport- bzw. Verliersicherung des Sicherungselements am Abtriebselement zur Vormontage ermöglicht. Das Sicherungselement kann form-, kraft- und/oder formschlüssig mit dem Abtriebselement verbunden sein.
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Das Sicherungselement ist in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung als gestufte Hülse ausgeführt. Diese ist vorzugsweise aus Blech gewichtssparend und besonders einfach durch Umformen hergestellt.
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Das Sicherungselement kann auf einfache Weise mit einer nach radial innen abgesetzten zweiten Stufe axial am Abtriebselement abgestützt werden.
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Es ist weiterhin von Vorteil, wenn das Sicherungselement mit dem Außendurchmesser eines axial zwischen den Stufen gelegenen mittleren Abschnitts am Innendurchmesser des Innenrings axial hindurchgeführt ist. Bevorzugt ist dabei am Außendurchmesser des mittleren Abschnitts zumindest ein Vorsprung vorgesehen, mit dem es die dem Abtriebselement zugewandte axiale Stirnseite des Innenrings geringfügig radial überdeckt und an dieser elastisch eingeschnappt ist. Auf diese Weise ist eine einfache beidseitige axiale Sicherung des Innenrings durch ein Sicherungselement möglich.
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Eine einfache Befestigung des Sicherungselements am Abtriebselement wird ermöglicht, wenn ersteres mit einem am abtriebsseitigen Ende ausgeführten Ringkragen in einen zentralen Nabenabschnitt des Abtriebselements axial eingreift und mit dem Außendurchmesser des Ringkragens am Innendurchmesser des Nabenabschnitts abgestützt ist. Das Sicherungselement kann dabei auf einfache Weise mit dem Ringkragen kraftschlüssig, insbesondere reibschlüssig, mit dem Nabenabschnitt verbunden sein.
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Zur Befestigung des Sicherungselements ist es alternativ oder ergänzend möglich, dieses an der zweiten Stufe mit dem Abtriebselement im Klemmverband einer Zentralschraube zur Befestigung an der Welle anzuordnen.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch ein Wellgetriebe mit einem Wellgenerator mit einem Innenring und einem Abtriebselement gelöst, wobei das Abtriebselement über eine axial durch den Innenring koaxial hindurchgeführte Zentralschraube mit einer Welle zur Übertragung eines Drehmoments verbunden ist. Erfindungsgemäß ist zumindest ein koaxial zum Innenring angeordnetes ringförmiges Sicherungselement vorgesehen ist, das mit der Zentralschraube verbunden ist. Da dieses radial außen den Innenring an zumindest einer axialen Stirnseite geringfügig zur axialen Sicherung überdeckt, wird eine einfach aufgebaute und bauraumsparende sowie einfach zu montierende axiale Sicherung des Wellgenerators an der Zentralschraube erreicht.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Sicherungselement durch einen Sicherungsring gebildet. Dieser ist vorzugsweise mit dem Innendurchmesser in einer Ringnut am Außendurchmesser des Schraubenkopfs der Zentralschraube befestigt und überlappt mit dem Außendurchmesser die axiale Stirnseite des Innenrings zur axialen Sicherung geringfügig radial. Dabei kann der Innenring auf diese Weise auch durch mehrere, insbesondere durch zwei Sicherungsringe an der Zentralschraube an seinen beiden axialen Stirnseiten gesichert sein.
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Es ist auch möglich, das Sicherungselement durch einen am Außendurchmesser eines Schraubenkopfs der Zentralschraube einteilig mit dieser ausgeführten ringförmigen Vorsprung auszubilden, der mit dem Außendurchmesser die axiale Stirnseite des Innenrings zur axialen Sicherung geringfügig radial überlappt.
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Das Abtriebselement ist in besonders vorteilhafter Weise als topfförmiges Abtriebshohlrad ausgeführt, das den Wellgenerator radial außen umfasst. Das Sicherungselement kann dabei bauraumsparend innerhalb des vom Abtriebshohlrad umfassten Bauraums angeordnet werden.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Abtriebselement mit der Welle als Abtriebswelle drehfest verbunden, die vorzugsweise durch eine Nockenwelle der Brennkraftmaschine oder durch eine mit dieser drehfest verbundene Welle bildet. Das Wellgetriebe dient dabei als Verstellgetriebe in einem elektrischen Nockenwellenversteller zur variablen Ventilsteuerung in einer Brennkraftmaschine.
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Das Abtriebselement kann auch in besonders vorteilhafter Weise topfförmig mit einem ringförmigen flexiblen Verzahnungsabschnitt mit einer Außenverzahnung ausgeführt sein, der am Innendurchmesser auf dem Wellgenerator abgestützt ist. Das Abtriebselement bildet hierbei einen sogenannten Verzahnungstopf des Wellgetriebes. Dabei ist das Sicherungselement zur Sicherung des Innenrings des Wellgenerators mit dem Verzahnungstopf verbunden.
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Das erfindungsgemäße Wellgetriebe kann auch in weiterhin besonders vorteilhafter Weise als Verstellgetriebe in einer Aktorik zur variablen Einstellung der Kompression in einer Brennkraftmaschine verwendet werden. Vorzugsweise ist dabei das Abtriebselement mit der als Verstellwelle, insbesondere als Exzenterwelle, ausgebildeten Welle zur Übertragung eines Verstellmoments verbunden. Denkbar ist auch, das erfindungsgemäße Wellgetriebe in der Robotertechnik oder in Werkzeugmaschinen zu verwenden.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
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- 1 ein erfindungsgemäßes Wellgetriebe in einer Brennkraftmaschine in einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 2 und 3 Einzelansichten eines erfindungsgemäßen Sicherungselements des Wellgetriebes,
- 4 ein erfindungsgemäßes Wellgetriebe in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
- 5 einen vergrößerten Ausschnitt aus 4,
- 6 eine Einzelansicht eines erfindungsgemäßen Sicherungselements des Wellgetriebes aus 4,
- 7 eine Einzelansicht eines erfindungsgemäßen Sicherungselements mit einer Zentralschraube des Wellgetriebes 4,
- 8 eine Einzelansicht eines erfindungsgemäßen Sicherungselements mit einer Zentralschraube in einem dritten Ausführungsbeispiel.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die in 1 beispielhaft dargestelltes Wellgetriebe 1 weist einen Wellgenerator 2 mit einem Innenring 3 und ein Abtriebselement 4 auf, das als Abtriebshohlrad ausgeführt ist und den Wellgenerator 2 radial außen umfasst. Das Abtriebselement 4 dient zur Übertragung eines Verstellmoments auf eine Welle 7. Es ist an einem abtriebsseitigen axialen Ende mit einem Befestigungsabschnitt 5 topfförmig nach radial innen eingezogen und mit der Welle 7 drehfest verbunden, die eine Abtriebswelle hier eine Nockenwelle der Brennkraftmaschine oder eine mit dieser drehfest verbundene Welle bildet. Der Befestigungsabschnitt 5 ist radial innen mit einem Nabenabschnitt 6 ausgeführt. Eine Zentralschraube 8 ist durch den Innenring 3 und den Nabenabschnitt 6 koaxial hindurchgeführt. Die Zentralschraube 8 befestigt das Abtriebselement 4 mit dem Befestigungsabschnitt 5 an der Welle 7 in einem axialen Klemmverband zur Übertragung des Drehmoments. Antriebsseitig ist der Innenring 3 über eine angedeutete Kupplung 23 mit einem elektrischen Antrieb, insbesondere einem Elektromotor mit einer Motorwelle, zur Übertragung eines Verstellmoments verbunden. Auf diese Weise bildet das Wellgetriebe 1 ein Verstellgetriebe eines elektrischen Nockenwellenverstellers zur variablen Ventilsteuerung in einer Brennkraftmaschine.
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Zur axialen Sicherung des Wellgenerators 2 ist ein koaxial zum Innenring 3 angeordnetes Sicherungselement 9 vorgesehen, das mit einer am Außendurchmesser nach radial außen abgesetzten ersten Stufe 10 die antriebsseitige axiale Stirnseite des Innenrings 3 zur axialen Sicherung zumindest teilweise umfasst und durch diesen axial hindurchgeführt und mit dem Abtriebselement 4 verbunden ist. Das Sicherungselement 9 ist als zweifach topfförmig gestufte zylindrische Hülse ausgeführt, die aus Blech, insbesondere gehärtet, hergestellt ist (2 und 3). Die Hülse 9 bildet dabei an der antriebsseitigen ersten Stufe 10 einen am Außendurchmesser mit einem freien Ende radial abstehenden Ringkragen, der mit seiner axialen Innenseite stirnseitig am Innenring 3 ringförmig plan anliegt (1). Mit einer nach radial innen ringförmig abgesetzten abtriebsseitigen zweiten Stufe 11 ist die Hülse 9 axial am Befestigungsabschnitt 5 des Abtriebselements 4 abgestützt. Die zweite Stufe 11 bildet eine ringförmige Anlagefläche 12, mit der die Hülse 9 plan am Befestigungsabschnitt 5 anliegt. Mit einem axial zwischen den Stufen 10, 11 gelegenen mittleren Abschnitt ist die Hülse 9 mit dem Außendurchmesser am Innendurchmesser des Innenrings 3 axial zur Abtriebsseite hindurchgeführt. Die Hülse 9 ist besonders einfach durch axiales Einstecken mit dem Außendurchmesser am Innendurchmesser des Innenrings 3 montierbar. Dabei ist sie mit der zweiten Stufe 11 im Klemmverband der Zentralschraube 8 angeordnet und liegt plan an einer am Schraubenkopf der Zentralschraube 8 gebildeten Klemmfläche axial an. Auf diese Weise ist der Wellgenerator 1 am Innenring 3 durch die Hülse 9 am Abtriebselement 4 gesichert und auf diese Weise in seinem axialen Spiel begrenzt.
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In einer Variante der Erfindung ist am Außendurchmesser des zwischen den Stufen 10, 11 gelegenen und durch den Innenring 3 hindurchgeführten mittleren Bereichs der Hülse 9 zumindest ein nicht dargestellter Vorsprung vorgesehen. Dieser ist derart angeordnet, dass er die abtriebsseitige axiale Stirnseite des Innenrings 3 ausgehend vom Innendurchmessers desselben geringfügig radial überdeckt und am Innenring 3 elastisch eingeschnappt ist. Auf diese Weise ist der Innenring 3 mit dem Wellgenerator 2 durch ein Sicherungselement bzw. eine Hülse 9 beidseitig axial sicherbar.
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Das abtriebsseitige Ende der Hülse 9 wird durch einen sich unmittelbar an die zweite Stufe 11 anschließenden axial vorstehenden zylindrischen Ringkragen 13 gebildet, mit dem die Hülse 8 mit dem Außendurchmesser am Innendurchmesser des Nabenabschnitts 6 eingesteckt ist (1 bis 3. Hierbei kann der Ringkragen 13 reibschlüssig, insbesondere durch Einpressen, mit dem Nabenabschnitt 6 verbunden sein, wodurch die Hülse 9 auf einfache Weise zur Vormontage und zur Transport- und Verliersicherung am Abtriebselement 4 befestigt werden kann. Denkbar ist auch eine form- oder form- und kraftschlüssige oder stoffschlüssige Verbindung zwischen Hülse 9 und Abtriebselement 4.
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4 bis 8 zeigen zwei weitere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Wellgetriebes 1, bei dem der Innenring 3 antriebsseitig durch ein koaxial angeordnetes ringförmiges Sicherungselement 14, 15 an der Zentralschraube 8 axial gesichert ist. Hierzu ist das Sicherungselement 14, 15 radial innen am Außendurchmesser des Schraubenkopfs der Zentralschraube 8 befestigt. Radial außen erstreckt es sich so weit, dass der Innenring 3 an seiner antriebsseitigen axialen Stirnseite zur axialen Sicherung geringfügig, beispielsweise einige Millimeter, überdeckt wird.
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In einem Ausführungsbeispiel gemäß 4 bis 7 wird das Sicherungselement 14 durch einen Sicherungsring gebildet, der mit dem Innendurchmesser in einer Ringnut 16 am Außendurchmesser des Schraubenkopfs der Zentralschraube 8 befestigt ist (4 und 5). Der Sicherungsring 14 ist koaxial zum Innenring 3 an dessen antriebsseitiger Stirnseite angeordnet ist. Der Außendurchmesser des Sicherungsrings 14 ist hierbei geringfügig größer als der Innendurchmesser des Innenrings 3 ausgeführt, derart, dass der Sicherungsring 14 radial außen die antriebsseitige Stirnseite des Innenrings 3 geringfügig radial überlappt und plan an dieser anliegt, wodurch der Innenring 3 antriebsseitig am Sicherungsring 14 axial gesichert ist. 6 zeigt den Sicherungsring 14 in einer Einzelansicht als sogenannten Außen-Sicherungsring mit nach außen weisenden Enden 17, der an der Ringnut 16 am Außendurchmesser des Schraubenkopfs der Zentralschraube 8 zur Montage einfach elastisch aufklipsbar ist (7).
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In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel gemäß 8 wird das Sicherungselement 15 durch einen einteilig mit der Zentralschraube 8 ausgeführten ringförmigen Vorsprung am Außendurchmesser des Schraubenkopfs derselben gebildet. Dieser überlappt radial außen die antriebsseitige Stirnseite des Innenrings 3 geringfügig und liegt plan an dieser axial an, wodurch der Innenring 3 antriebsseitig am Vorsprung 15 axial gesichert ist.
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Das Wellgetriebe 1 ist radial außen von einem Antriebsrad 18 eines elektrischen Nockenwellenverstellers umfasst, das hier als Kettenrad mit einer einteilig mit diesem ausgeführten Verzahnung am Außendurchmesser ausgebildet ist. An der Verzahnung greift ein nicht dargestellter Kettentrieb an, über den das Antriebsrad 18 von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine antreibbar ist. Denkbar ist auch, das Antriebsrad 18 als Riemenrad auszuführen, das über einen, insbesondere trockenlaufenden Riementrieb von der Kurbelwelle antreibbar ist. Das Antriebsrad 18 ist mit dem Innendurchmesser auf dem Außendurchmesser des Abtriebselements 4 über ein Gleitlager abgestützt. Abtriebsseitig ist der Wellgenerator 2 axial am Befestigungsabschnitt 5 des Abtriebshohlrads 4 axial gesichert. Das Abtriebselement 4 greift mit einer Innenverzahnung 19 in eine Außenverzahnung eines flexiblen Zahnrings 20, einen sogenannten Flexring, des Wellgetriebes 1 ein. Der flexible Zahnring 20 ist mit einem Befestigungskragen über axiale Schraubenverbindungen 21 am Antriebsrad 18 befestigt. Im Klemmverband der Schraubenverbindungen 21 ist zugleich ein koaxial angeordneter Ring angeordnet, an dem das Abtriebselement 4 antriebsseitig axial abgestützt ist.
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Der flexible Zahnring 20 ist mit dem Innendurchmesser auf dem Außendurchmesser des flexiblen Außenrings 22 des Wellgenerators 2 angeordnet. Der Innenring 3 des Wellgenerators 2 weist am Außenumfang eine leicht unrund oval, insbesondere elliptische, Form auf, auf dem über in einem Käfig geführte Wälzkörper, hier Kugeln, der flexible Außenring 22 wälzgelagert ist, der wiederum den flexiblen Zahnring 20 trägt. Dieser und der Wellgenerator 2 sind Teil des hochübersetzenden Wellgetriebes 1.
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Der Innenring 3 ist über die durch zwei Kupplungsstifte angedeutet Kupplung 23 mit dem nicht dargestellten elektrischen Stellantrieb zur Übertragung des Verstellmoments verbunden. Die Kupplung 23 ist vorzugsweise als sogenannte Oldham-Kupplung ausgebildet, die einen Achsversatzausgleich ermöglicht.
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Ein vom elektrischen Stellantrieb über die Kupplung 23 übertragene Verstellmoment wird durch den mit dem Antriebsrad 18 drehfest verbundenen Zahnring 20 am Antriebsrad 18 abgestützt. Zugleich wird der Zahnring 20 durch die leicht unrunde ovale, insbesondere elliptische Form des Innenrings 3 in die Innenverzahnung 19 des Abtriebselements 4 gedrückt. Bei einer Umdrehung des Innenrings 3 des Wellgenerators 2 wird eine Drehwinkelverstellung des Abtriebshohlrads 4 gegenüber dem Antriebsrad 18 und damit eine entsprechende Verstellung der Welle 7 bzw. der Nockenwelle gegenüber diesem und der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine erreicht.
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Auf diese Weise ist durch den elektrischen Stellantrieb über die Kupplung 23 ein Verstellmoment in das Wellgetriebe 1 einleitbar und getriebeausgangsseitig über das Abtriebselement 4 auf die Nockenwelle zum Verstellen der relativen Phasenlage dieser gegenüber dem Antriebsrad 18 bzw. der Kurbelwelle übertragbar, wodurch die Steuerzeiten eines oder mehrerer Gaswechselventile der Brennkraftmaschine variabel einstellbar sind. Das Wellgetriebe 1 bildet auf diese Weise ein Verstellgetriebe eines elektrischen Nockenwellenverstellers. Dabei sind das Antriebsrad 18, die Kupplung 23, das Wellgetriebe 1 mit der Welle 7 koaxial zu einer Mittelachse 24 angeordnet, die zugleich eine Drehachse bildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wellgetriebe
- 2
- Wellgenerator
- 3
- Innenring
- 4
- Abtriebselement
- 5
- Befestigungsabschnitt
- 6
- Nabenabschnitt
- 7
- Welle
- 8
- Zentralschraube
- 9
- Sicherungselement, Hülse
- 10
- Stufe
- 11
- Stufe
- 12
- Anlagefläche
- 13
- Ringkragen
- 14
- Sicherungselement, Sicherungsring
- 15
- Sicherungselement, Vorsprung
- 16
- Ringnut
- 17
- Ende
- 18
- Antriebsrad
- 19
- Innenverzahnung
- 20
- Zahnring
- 21
- Schraubenverbindung
- 22
- Außenring
- 23
- Kupplung
- 24
- Mittelachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013216183 A1 [0002]
