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Die Erfindung betrifft ein Tretlagergetriebe für ein Fahrrad mit wenigstens einem Gang, umfassend eine Tretkurbelwelle sowie umfassend ein Umlaufgetriebe, das mehrere Zahnräder, darunter ein Sonnenrad, ein Hohlrad und wenigstens ein Planetenrad aufweist, sowie umfassend eine Stegwelle mit wenigstens einer Umlaufachse für das Planetenrad, mit der Maßgabe, dass das Tretlagergetriebe für ein modifiziertes vergrößertes Tretlagergehäuse hergerichtet ist.
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Insbesondere betrifft die Erfindung ein Tretlagergetriebe für ein Fahrrad, das vorzugsweise rein durch Muskelkraft betrieben ist. Eine etwaige Motorunterstützung für das Fahrrad wird bevorzugt abseits des Tretlagergetriebes übertragen.
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Bekannt sind zwei unterschiedliche Bauformen für ein Tretlagergetriebe, welches ein Umlaufgetriebe umfasst. Eine Bauform ist mit einem Standard-Tretlagergehäuse kombinierbar. Das Umlaufgetriebe findet bei dieser Bauform seitlich neben dem Standard-Tretlagergehäuse Platz. Diese Bauform ist nachrüstbar an einem gewöhnlichen Fahrradrahmen. Ein Beispiel stellt das Tretlagergetriebe gemäß
CH 674 495 A5 dar.
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Gattungsgemäß ist eine zweite Bauform eines Tretlagergetriebes, die mehr Raum beansprucht. Sie ist für ein modifiziertes vergrößertes Tretlagergehäuse ausgelegt. Diese Bauform umfasst den Raum der sonst für ein Standard-Tretlagergehäuse vorgesehen ist, um größere Getriebekomponenten anzuordnen, wobei ein Umlaufgetriebe umfasst sein kann. Aus der
DE 10 2008 064 514 A1 ist ein Tretlagergetriebe für ein derartiges modifiziertes Tretlagergehäuse bekannt. Mit diesem Stand der Technik ist bezweckt eine große Anzahl schaltbarer Gänge bereitzustellen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein konstruktiv sehr vereinfachtes Tretlagergetriebe vorzuschlagen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Zahnräder des Umlaufgetriebes eine Verzahnung aufweisen, die so groß dimensioniert ist, dass wenigstens eines der Zahnräder aus einem geeigneten Kunststoff herstellbar ist.
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Das vorgeschlagene Tretlagergetriebe bietet einen Gang, der vorzugsweise ein Schnellgang sein kann. Auf diese Weise ist das Tretlagergetriebe sehr vereinfacht. Es verzichtet auf eine große Anzahl schaltbarer Gänge. Die Maßnahme, wenigstens eines der Zahnräder aus einem geeigneten Kunststoff auszuführen, erlaubt es darüber hinaus, dass vorgeschlagene Tretlagergetriebe für einen Trockenlauf auszulegen und Schmiermittel frei zu betreiben. Des Weiteren nimmt es einen Trend auf, zunehmend Kunststoff im Fahrradbau anzuwenden. Im Trend liegt es, auch recycelten oder recycelfähigen Kunststoff für manche Fahrradteile einzusetzen. Die vorliegende Erfindung trägt dazu bei, für Komponenten des Tretlagergetriebes einen geeigneten Kunststoff zu verwenden.
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Die Zahnräder weisen zweckmäßig ein gerade Verzahnung auf, d. h. die Zähne sind parallel zu einer Mittelachse des Zahnrades angeordnet. Die Mittelachsen aller Zahnräder des Umlaufgetriebes sind parallel zueinander, so dass die Zahnräder des Umlaufgetriebes gegeneiner wälzen (Wälzgetriebe). Die Wälzbewegung ist jedoch nicht die einzige Bewegung, wenn die Zähne miteinander kämmen. Die Zähne kommen an einem initialen Eingriffspunkt miteinander in Kontakt. Bei fortgesetzter Rotation der Zahnräder und kämmendem Kontakt wandert die Kontaktstelle weiter und es kommt anteilig eine Gleitbewegung zwischen den Zahnflanken zustande. Somit wälzen und gleiten die Zahnflanken gegeneinander, was als Wälzgleiten bezeichnet wird.
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Für die Anwendung als Zahnrad des Tretlagergetriebes, insbesondere für die Zähne, kommt deswegen ein Kunststoff in Frage, der gute Gleiteigenschaften aufweist, ein sogenannter Gleitwerkstoff oder Gleitkunststoff.
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Als Gleitwerkstoff für wälzgleitende Zahnräder bewährt sich ein Polymerkunststoff, der tribologisch optimiert ist, d. h. gute Reibungs- und/oder Schmierungseigenschaften aufweist und dies einher mit einem geringen Verschleiß an den Zahnflanken. Ein solcher Polymerkunststoff wird als Tribopolymer bezeichnet. Ein Gleitwerkstoff dieser Art ist vorzugsweise im Spritzgussverfahren verarbeitbar.
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Das Tribopolymer kann thermoplastisches Tribopolymer sein, wie Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyacetal (POM), Polycarbonat (PC), Polyamid (PA, PA6, PA12, PA46, PA66), Polyvinylchlorid (PVC) und Polytetrafluorethen (PTFE), Polyketon (PK), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS). Das Tribopolymer kann außerdem ein duroplastisches Tribopolymer sein, z. B. Phenolharz. Wenn eine gute Beständigkeit gegen hohe Temperaturen erforderlich ist, dann kommen weitere Basispolymere als Gleitwerkstoff in Frage, wie Polyetherketon (PEK), Polyetheretherketon (PEEK), Polysulfon (PSU), Polyphenylsulfon (PPSU), Polyphenylensulfid (PPS).
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Zwecks Verminderung der Reibung kann der Gleitwerkstoff, wie das Tribopolymer, ein Schmiermittel enthalten. Als Schmiermittel kommt ein feinteiliges Feststoffschmiermittel in Frage, wie Molybdändisulfid oder Graphit. Der Gleitwerkstoff kann ferner wenigstens einen Füllstoff enthalten. Der Füllstoff kann feinteilig, faserförmig unregelmäßig vorgesehen sein oder der Füllstoff liegt in einer bevorzugten Richtung ausgerichtet faserförmig vor oder der Füllstoff ist als textiles Gewebe zugefügt. Außerdem kann der Füllstoff aus Kunststoff bestehen. Bezweckt ist mit diesen optionalen Maßnahmen eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Gleitwerkstoffs.
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Der auf diese Weise tribologisch optimierte Gleitwerkstoff, wie das Tribopolymer, ist bevorzugt ein sogenanntes Compound, das bevorzugt ein Basispolymer enthält, beispielsweise ein Thermoplast, insbesondere Polyamid (PA) z.B. PA6, PA12, PA46, PA66, Polyacetal/Polyoxymethylen (POM), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polycarbonat (PC), Polyvinylchlorid (PVC) oder Polytetrafluorethylen (PTFE), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyketon (PK), thermoplastisches Polyurethan (TPU), thermoplastisches Elastomer (TPE) .
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Des Weiteren enthält das Compound bevorzugt Partikel, die als Feststoffschmiermittel wirken, beispielsweise Molybdändisulfid und/oder Graphit. Des Weiteren enthält das Compound bevorzugt einen oder mehrere Füllstoffe, beispielsweise Verstärkungsfasern und/oder Verstärkungspartikel.
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Zweckmäßig ist daher für das Zahnrad ein Kunststoff ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Kunststoffen: Polyamid (PA, PA6, PA12, PA46, PA66), Polyacetal/Polyoxymethylen (POM, POM-C, POM-H), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polycarbonat (PC), Polyvinylchlorid (PVC), Polytetrafluorethylen (PTFE), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyketon (PK), Polyetherketon (PEK), Polyetheretherketon (PEEK), Polysulfon (PSU), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyphthalamid (PPA), Polyphenylensulfid (PPS), Polyphenylsulfon (PPSU), thermoplastisches Polyurethan (TPU), thermoplastisches Elastomer (TPE).
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Die Tretkurbelwelle kann aus Metall hergestellt sein, wie Stahl oder Aluminium. Alternativ kann die Tretkurbelwelle ganz oder teilweise aus einem Kunststoff hergestellt sein. Jedes oben in Bezug auf die Zahnräder genannte Basispolymer kommt als Werkstoff für die Tretkurbelwelle in Frage. Der entsprechende Werkstoff kann jegliche oben erwähnten Füllstoffe enthalten, insbesondere Verstärkungsfasern, die unregelmäßig vorgesehen sind oder in einer bevorzugten Richtung ausgerichtet oder als textiles Gewebe zugefügt.
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Je nach Auslegung des Übersetzungsverhältnisses kann das Sonnenrad dasjenige Zahnrad des vorgeschlagenen Umlaufgetriebes sein, welches der höchsten Beanspruchung unterliegt, in der Regel ist das dann der Fall, wenn es dasjenige Zahnrad mit der geringsten Anzahl Zähne ist. Zwar kann ein einzelnes Planetenrad eine noch geringere Anzahl Zähne aufweisen, jedoch sind zumeist mehrere Planetenräder vorgesehen.
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Bevorzugt sind drei Planetenräder und besonders bevorzugt vier Planetenräder aus dem ausgewählten Kunststoff vorgesehen. Daher sind in der Summe mehr Planetenzähne vorhanden als Sonnenradzähne. Ggf. kann das Sonnenrad aus Metall ausgeführt sein, beispielsweise einer geeigneten Aluminiumlegierung.
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Der Erfinder hat herausgefunden, dass außerdem nützlich ist, wenn das Sonnenrad des Umlaufgetriebes feststehend angeordnet ist. Die feststehende Anordnung des Sonnenrades erzwingt dann einen Zwangslauf der Stegwelle und des Hohlrades.
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Zweckmäßig ist auf dem feststehenden Sonnenrad ein Lagerelement für das Hohlrad und/oder ein Lagerelement für die Stegwelle angeordnet. Besonders das Lagerelement für das Hohlrad sollte auf dem Sonnenrad einen festen Sitz haben. Das Lagerelement für die Stegwelle könnte anstelle des Sonnenrades im Prinzip auch auf der drehenden Tretlagerwelle angeordnet sein, wobei aber auch für die Stegwelle ein Sitz auf dem Sonnenrad vorteilhaft erscheint, weil dieses feststehend ist. Die Lagerelemente auf dem feststehenden Sonnenrad anzuordnen reduziert deren Belastung und verbessert ihre Haltbarkeit und Lebensdauer.
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Das Lagerelement für das Hohlrad und/oder das Lagerelement für die Stegwelle kann als Wälzlager ausgeführt sein.
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Das Wälzlager weist zweckmäßig einen Innenring und einen Außenring auf, die jeweils wenigstens eine Rille umfassen, in der Wälzkörper angeordnet sind. Vorteilhaft ist zumindest der Innenring und/oder der Außenring aus Kunststoff hergestellt, vorzugsweise einem Kunststoff, auf dem die Wälzkörper schmierfrei abwälzen können. Das so vorgesehene Wälzlager ist leicht und wartungsarm.
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Des Weiteren hat der Erfinder gefunden, dass es vorteilhaft ist, das Umlaufgetriebe so herzurichten, dass mittels der Stegwelle der Antrieb bereitgestellt ist und mittels des Hohlrades der Abtrieb bereitgestellt ist.
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Das feststehende Sonnenrad erzwingt dabei eine Drehbewegung der übrigen Zahnräder. Die Planetenräder rotieren um ihre eigenen Achsen (Umlaufachsen) und außerdem um das Sonnenrad.
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Auf diese Weise übertragen die Planetenräder eine Drehbewegung in das Hohlrad.
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Zweckmäßig ist die Tretkurbelwelle direkt oder indirekt mit der Stegwelle verbunden. Die Kraft und Bewegung einer Tretkurbel kann so in die Stegwelle übertragen werden und die Stegwelle dreht synchron mit der Tretkurbelwelle.
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Nutzbringend ist von der angetriebenen Stegwelle auf das abgetriebene Hohlrad eine Übersetzung ins Schnelle vorgesehen, wodurch der eine Gang des vorgeschlagenen Tretlagergetriebes als Schnellgang bereitgestellt ist.
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Für ein Alltagsfahrrad mit 28"-Rädern, das keine Gangschaltung hat und eine Kette als Primärantrieb aufweist, ist beispielsweise ein Ritzel mit 19 Zähnen am Hinterrad üblich. Dieses Ritzel kombiniert mit einem 46 Zähne Kettenblatt an der Tretkurbel ergibt für diesen Primärantrieb eine Übersetzung ins Schnelle mit einem Übersetzungsverhältnis von ca. 1 : 2,4. Bei einer vollen Umdrehung der Tretkurbel wird dann eine Strecke (Entfaltung) von ca. 5,1 m zurückgelegt. Diese Entfaltung wird als angenehm empfunden für ein Fahrrad ohne Gangschaltung.
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Ein zweckmäßiges Übersetzungsverhältnis für einen Schnellgang hat eine größere Entfaltung. Die größere Entfaltung kann mit einer Zweigang-Nabenschaltung erzielt werden. Ein Übersetzungsverhältnis für Schnellgang, der als bequem empfunden wird, hat beispielsweise die Zweigang-Nabenschaltung „Duomatic“ der Fa. von Sturmey Archer. Deren Übersetzungsverhältnis für den Schnellgang beträgt 1 : 1,37. Mit dem oben erwähnten Übersetzungsverhältnis von ca. 1 : 2,4 des Primärantriebs (Zähne-Kombination 19/46 und 28"-Rad) ergibt sich eine Entfaltung von ca. 6,9 m.
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Für den Schnellgang des vorgeschlagenen Tretlagergetriebes ist bevorzugt ein Übersetzungsverhältnis im Bereich von 1 : 1,37 bis 1 : 1,40 vorgesehen.
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Dem Hohlrad des vorgeschlagenen Tretlagergetriebes ist zweckmäßig ein Übertragungsmittel zugeordnet, das zur Bewegungs- und Kraftübertragung hin zu einem Laufrad hergerichtet ist.
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Einfacherweise ist das Übertragungsmittel dafür hergerichtet, mit einem Zugmittel zusammenzuwirken. Das Zugmittel kann im Prinzip reibschlüssig oder kraftschlüssig wirken. Als zweckmäßig wird ein formschlüssiges Zugmittel angesehen, wie eine Fahrradkette oder einen Zahnriemen. Vorzugsweise ist deswegen das Übertragungsmittel hergerichtet für ein formschlüssiges Zugmittel und vorzugsweise für ein Zugmittel in Form eines Zahnriemens.
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Des Weiteren kann eine Freilaufeinrichtung vorgesehen sein, die eine Bewegungs- und Kraftübertragung in einer Drehrichtung ermöglicht und in der entgegengesetzten Drehrichtung verwehrt.
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Der Einsatzbereich des Tretlagergetriebes kann deutlich verbessert werden, wenn ein zweiter Gang vorgesehen ist, vorzugsweise ein Direktgang, wobei dann eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, mittels der zwischen dem Schnellgang und dem Direktgang umschaltbar ist.
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Vorteilhaft umfasst die Schalteinrichtung ein Kupplungselement, das zwischen zwei Schaltstellungen schaltbar ist und mit der Tretkurbelwelle als antreibender Komponente zusammenwirkt. Zu diesem Zweck ist das Kupplungselement in einer Direktgang-Schaltstellung unmittelbar mit dem Hohlrad koppelbar oder für eine Schnellgang-Schaltstellung mit der Stegwelle koppelbar.
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Einfacherweise ist das Kupplungselement von der Tretkurbelwelle antreibbar und relativ zur Tretkurbelwelle axial verschiebbar angeordnet. Auf diese Weise sind durch axiale Verschiebung die zwei Schaltstellungen bereitzustellen.
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Um die Drehbewegung der Tretkurbelwelle aufnehmen und weiterleiten zu können, weist das Kupplungselement mehrere Kupplungsverzahnungen auf.
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Vorteilhaft ist das Hohlrad mit einer Schaltverzahnung versehen, die mit einer Kupplungsverzahnung zusammenwirkt, wobei die Kupplungsverzahnung des Kupplungselements in einer Direktgang-Schaltstellung des Kupplungselements ermöglicht, die Drehbewegung unmittelbar von der Tretkurbelwelle in die Schaltverzahnung des Hohlrads zu übertragen.
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Darüber hinaus ist zweckmäßig auch die Stegwelle mit einer Schaltverzahnung versehen, die mit einer komplementären Kupplungsverzahnung zusammenwirkt. So ist mittels der Kupplungsverzahnung in der Schnellgang-Schaltstellung des Kupplungselements die Drehbewegung in die Schaltverzahnung der Stegwelle übertragbar.
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Einfacherweise umfasst die Schalteinrichtung ein Betätigungsmittel für das Kupplungselement, wobei das Betätigungsmittel dafür hergerichtet ist die axiale Verschiebbarkeit des Kupplungselements relativ zur Tretkurbelwelle bereitzustellen.
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Zweckmäßig ist das Kupplungselement als Kupplungsring ausgestaltet, welcher eine zylindrische Außenfläche und wenigstens eine hohlzylindrische Innenfläche für die Kupplungsverzahnungen aufweist.
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Für die Verzahnung der Zahnräder des Umlaufgetriebes ist zweckmäßig die Zahnform einer Evolventen-Verzahnung vorgesehen.
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Der Zahnmodul der Zahnräder des Umlaufgetriebes liegt im Bereich von 1,5 bis 4 mm, bevorzugt im Bereich von 1,5 bis 2,5 mm und besonders bevorzugt ist ein Zahnmodul von 2 mm vorgesehen.
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Es kann ein Zahnmodul-Breitenverhältnis im Bereich von 10 bis 20 vorgesehen sein, bevorzugt 12 bis 17 und besonders bevorzugt ist ein Zahnmodul-Breitenverhältnis von 15 vorgesehen.
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Nachstehend ist die Erfindung in einer Zeichnung beispielhaft veranschaulicht und anhand mehrerer Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Tretlagergetriebes mit Tretkurbeln und Pedalen,
- 2 eine Seitenansicht des Tretlagergetriebes gemäß 1,
- 3 ein Vollschnitt gemäß Schnittverlauf III - III, wie in 2 vermerkt,
- 4 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Tretlagergetriebes als Halbschnitt,
- 5 ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Tretlagergetriebes als Halbschnitt.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Tretlagergetriebe 1 für ein Fahrrad. Es ist hergerichtet für ein Fahrrad, das über ein modifiziertes vergrößertes Tretlagergehäuse verfügt oder dessen Fahrradrahmen zumindest Raum für ein vergrößertes Tretlagergehäuse bietet. Das Tretlagergetriebe 1 ist als Umlaufgetriebe 2 mit Sonnenrad 3, vier Planetenrädern 4 und 5 und einem Hohlrad 6 ausgebildet und umfasst eine Stegwelle 7 mit Umlaufachsen 8 und 9 für die Planetenräder 4 und 5. Die Zahnräder weisen einen Zahnmodul von 2 mm auf. Das Zahnmodul-Breitenverhältnis beträgt 15. Im Vergleich zum gattungsgemäßen Stand der Technik ist sein Aufbau sehr vereinfacht. So verzichtet es darauf, eine große Anzahl schaltbarer Gänge bereitzustellen. Stattdessen weist es nur einen einzigen Gang auf, der im vorliegenden Beispiel als Schnellgang ausgelegt ist. Das Hohlrad 6 ist dafür hergerichtet, mit einem formschlüssigen Zugmittel zusammenzuwirken, mittels dessen die Antriebsbewegung an ein angetriebenes Fahrrad-Laufrad übertragbar ist. Das Hohlrad 6 ist zu diesem Zweck mit einem Zahnring 10 versehen, mit dem ein Zahnriemen eines Primärantriebs antreibbar ist, um die Bewegung an das angetriebene Laufrad zu übertragen. Der Zahnring ist im vorliegenden Beispiel auf einer Freilaufeinrichtung 11 angeordnet, damit eine Antriebsbewegung nur in der gewünschten Drehrichtung übertragbar ist.
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Nach 1 umfasst das Tretlagergetriebe 1 eine Tretkurbelwelle 12. An deren Kurbelenden 13 und 14 sind Tretkurbeln 15 und 16 angeordnet, die ihrerseits Pedale 17 und 18 tragen.
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2 zeigt eine Seitenansicht des Tretlagergetriebes 1 gemäß 1, wobei der Zahnring und die Freilaufeinrichtung in dieser Darstellung weggelassen ist. Das Tretlagergetriebe weist nach 2 einen im Wesentlichen runden Querschnitt auf. Eine Schnittverlauf-Linie III-III ist vermerkt, welche auf die Schnittdarstellung der folgenden 3 hindeutet.
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3 zeigt einen Vollschnitt entlang des erwähnten Schnittverlaufs III-III durch das Tretlagergetriebe 1. Zu erkennen sind die freien Kurbelenden 13 und 14 der Tretkurbelwelle 12 und daran angeordnete Tretkurbeln 15 und 16. Jedes der Kurbelenden 13 und 14 ist hergerichtet, um eine formschlüssige Verbindung mit einer Tretkurbel 15 beziehungsweise 16 bereitzustellen. Im vorliegenden Beispiel sind die Kurbelenden als Kurbelvierkante 13a und 14a ausgestaltet. An dem Kurbelvierkant 14a ist die Tretkurbel 16 und daran ausschnittsweise das Pedal 18 zu sehen, während der Kurbelvierkant 13a ohne befestigte Tretkurbel dargestellt ist. Alternativ können die freien Kurbelenden mit einem Vielzahn-Profil versehen sein, etwa ein Kerbzahn-Profil oder ein Keilzahn-Profil.
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Von den freien Kurbelenden 13 und 14 zur Mitte der Tretkurbelwelle 12 sind beidseits weitere Wellenabschnitte vorgesehen. Darunter ein Wellenabschnitt 12a und 12 b, der einen Lagersitz bildet, welcher mit einem Wellenlager 19 und 20 zusammenwirkt. Die Wellenlager 19 beziehungsweise 20 sind hier als Wälzlager ausgeführt. Das Wälzlager weist zweckmäßig einen Innenring und einen Außenring auf, die je eine Rille umfassen, in der Wälzkörper (nicht dargestellt) angeordnet sind. Der Innenring und der Außenring sind aus einem Hochleistungskunststoff hergestellt, auf dem die Wälzkörper schmierfrei abwälzen können. Das Wälzlager ist leicht und wartungsarm. Die Wellenlager 19 und 20 sitzen jeweils in einem seitlichen Gehäuseelement 21 beziehungsweise 22. Die Gehäuseelemente sind nur schematisch angedeutet und im Beispiel als Bestandteil des Tretlagergetriebes 1 ausgelegt. Als Bestandteil des Tretlagergetriebes 1 weist wenigstens ein seitliches Gehäuseelement 21 und/oder 22 ein Mittel auf, das eine Drehmomentabstützung an einem Fahrradrahmen ermöglicht. Im Prinzip könnte das Tretlagergetriebe auf Gehäuseelemente verzichtet, wenn stattdessen Bereiche eines Tretlagergehäuse eines Fahrradrahmens als seitliche Gehäuseelemente für das Tretlagergetriebe dienen können.
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Des Weiteren sind in 3 Zahnräder des Umlaufgetriebes 2 dargestellt, als da wären das Sonnenrad 3, die Planetenräder 4 und 5 sowie das Hohlrad 6. An einer Außenseite des Hohlrades 6 ist die Freilaufeinrichtung 11 und der Zahnring 12 für den Zahnriemen des Primärantriebs angeordnet.
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Erfindungsgemäß ist das Sonnenrad 3 permanent feststehend angeordnet. Zu diesem Zweck ist es mit wenigstens einem Stiftelement 23 relativ zum Gehäuseelement 21 fixiert.
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Die Planetenräder 4 und 5 sitzen auf den Umlaufachsen 8 beziehungswiese 9, welche Teil der Stegwelle 7 sind. Die Stegwelle 7 ist ihrerseits drehfest mit der Tretkurbelwelle 12 verbunden. Die Verbindung der Stegwelle 7 mit der Tretkurbelwelle 12 kann formschlüssig oder reibschlüssig ausgestaltet sein. Im vorliegenden Beispiel ist sie reibschlüssig mittels einer Spannhülse 24 und stellt eine direkte Übertragung der Drehbewegung von der Tretkurbelwelle 12 in die Stegwelle 7 bereitstellt.
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Das Hohlrad 6 ist im vorliegenden Beispiel mittels zweier Lagerelemente 25 und 26 drehbar gelagert, die als Wälzlager, wie das Wälzlager 25a mit Innenring 25b und Außenring 25c ausgebildet sind. Das Lagerelement 25 sitzt mit seinem Innenring 25b auf dem feststehenden Sonnenrad 3. Das andere Lagerelement 26 sitzt mit seinem Innenring 26b auf der Stegwelle 7. Die Außenringe 25c und 26c beider Wälzlager sitzen jeweils im Hohlrad 6. Die Innenringe 25b und 26b sowie die Außenringe 25c und 26c beider Wälzlager weisen je eine Rille auf, in der Wälzkörper (nicht dargestellt) angeordnet sind. Die Innenringe und Außenringe sind aus einem Hochleistungskunststoff hergestellt, auf dem die Wälzkörper schmierfrei abwälzen können. Das Wälzlager ist leicht und wartungsarm.
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Die Planetenräder 4 und 5 sind aus Kunststoff. Sie weisen eine hohlzylindrische Gleitlagerfläche auf, mit der sie unmittelbar auf der entsprechenden Umlaufachsen 8 beziehungswiese 9 der Stegwelle 7 drehbar gelagert sind.
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Wegen des feststehenden Sonnenrades 3 ergibt sich für dieses Umlaufgetriebe 2 eine Zwangsübersetzung. Das feststehende Sonnenrad 3 erzwingt eine Drehbewegung der übrigen Zahnräder. Die Stegwelle 7 dreht sich und die Planetenräder 4 und 5 rotieren dabei um das Sonnenrad 3 und übertragen dadurch eine Drehbewegung in das Hohlrad 6.
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Das Umlaufgetriebe 2 ist dafür hergerichtet, eine Übersetzung ins Schnelle bereitzustellen, wodurch der eine Gang des vorgeschlagenen Tretlagergetriebes 1 ein Schnellgang ist. Das Übersetzungsverhältnis beträgt im vorliegenden Beispiel 1 : 1,37.
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Wenn ein Fahrrad mit 28"-Rädern mit dem vorgeschlagenen Tretlagergetriebe 1 ausgestattet ist und dieses Fahrrad einen Primärantrieb mit Übersetzungsverhältnis 1 : 2,4 aufweist, dann ergibt sich eine Entfaltung von ca. 6,9 m für den Schnellgang.
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4 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Tretlagergetriebes 1, dargestellt als Halbschnitt. Dieses Beispiel des Tretlagergetriebes 1 weist zwei Gänge auf. Wie das erste Ausführungsbeispiel ist das Zweigang-Tretlagergetriebe mit einem Schnellgang versehen. Identische Merkmale sind nachfolgend mit den Bezugszeichen versehen, wie im vorhergehenden Beispiel. Zusätzlich weist dieses Beispiel des Tretlagergetriebes 1 einen zweiten Gang auf, der als Direktgang ausgelegt ist. Wie das erste Ausführungsbeispiel ist es mit einem Umlaufgetriebe 2 versehen. Es hat identische Zahnräder, d. h. ein Sonnenrad 3, vier Planetenräder, wovon die Planetenräder 4 und 5 sichtbar sind, sowie ein Hohlrad 6 und eine Stegwelle 7. Außerdem sind alle vier Planetenräder, wie 4 und 5 in identischer Weise mittels Umlaufachsen 8 und 9 gelagert, die zu der Stegwelle 7 gehören. Die Stegwelle 7 ist mit einem Stützring 7a versehen, der die Umlaufachsen lagert. Im Vergleich zum gattungsgemä-ßen Stand der Technik ist der Aufbau wiederum sehr vereinfacht. Auch dieses Beispiel verzichtet darauf eine große Anzahl schaltbarer Gänge bereitzustellen. Es sind lediglich zwei Gänge vorgesehen. Als Gang zum Anfahren dient der Direktgang. Der Schnellgang ist mit dem gleichen Übersetzungsverhältnis ausgelegt, wie im ersten Ausführungsbeispiel, d. h. 1 : 1,37. Für den Direktgang wird die Drehbewegung der Tretkurbelwelle 12 unmittelbar in das Hohlrad 6 übertragen, das den Zahnring 10 für den Zahnriemen des Primärantriebs trägt.
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Das Zweigang-Tretlagergetriebe weist eine Schalteinrichtung 27 auf, die ein Kupplungselement 28 umfasst, welches sich in eine Direktgang-Schaltstellung und in eine Schnellgang-Schaltstellung bewegen lässt. Das Kupplungselement 28 ist ringförmig gestaltet als Kupplungsring 29, der innerhalb des Hohlrades 3 angeordnet und axial verschiebbar ist.
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Der Kupplungsring 29 ist mit der Tretkurbelwelle 12 permanent in Kontakt und zwar so, dass eine formschlüssige Übertragung der Drehbewegung der Tretkurbelwelle 12 in den Kupplungsring 29 permanent gewährleitet ist. Gemäß 4 ist dafür ein Verzahnungspaar vorgesehen. Zu dem Verzahnungspaar gehört eine Außenverzahnung 30 der Tretkurbelwelle 12 und eine komplementäre Innenverzahnung 31 des Kupplungsrings 29. Dieses Verzahnungspaar ermöglicht eine axiale Verschiebbarkeit, wobei die Außenverzahnung 30 und die Innenverzahnung 31 permanent in kämmendem Eingriff bleiben.
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Durch die axiale Verschiebbarkeit kann der Kupplungsring 29 entweder mit dem Hohlrad 6 gekoppelt werden (Direktgang-Schaltstellung) oder wenn in entgegengesetzter Richtung verschoben kann eine Kopplung mit der Stegwelle 7 hergestellt werden (Schnellgang-Schaltstellung).
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Für die Kopplung des Kupplungsrings 29 mit dem Hohlrad 6 oder mit der Stegwelle 7 sind ebenfalls Verzahnungen vorgesehen und zwar weist das Hohlrad 6 eine Schaltverzahnung 32 auf, die nach innen gerichtet ist und weist die Stegwelle 7 eine nach außen gerichtete Schaltverzahnung 33 auf. Der Kupplungsring 29 weist dazu passende Verzahnungen auf, nämlich eine komplementäre nach außen gerichtete Kupplungsverzahnung 34 für die Schaltverzahnung 32 des Hohlrades 3 sowie eine nach innen gerichtete Kupplungsverzahnung 35 für die Schaltverzahnung 33 der Stegwelle 7. Die Drehbewegung der Tretkurbelwelle 12 wird bei diesem Beispiel mittels des Kupplungsrings 29 indirekt in die Stegwelle 7 übertragen.
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An der Hohlwelle 6 sind die Zahnflanken der Zähne der Schaltverzahnung 32 jeweils mit einer Fase 32a versehen. Die Fasen 32a sind dem Kupplungsring 29 zugewandt. Ebenso sind die Zahnflanken der Zähne der Außenverzahnung 34 des Kupplungsrings 29 mit Fasen 34a versehen, die mit den Fasen 32a der Schaltverzahnung 32 zusammenwirken. Die Fasen 32a/34a vereinfachen den Kupplungsvorgang. Mittels der Fasen 32a/34a fällt es leichter, die Schaltverzahnung 32 und die Außenverzahnung 34 miteinander in Eingriff zu bringen.
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In 4 ist der Kupplungsring 29 in einer neutralen Schaltstellung N dargestellt, in der die Tretkurbelwelle 12 weder in das Hohlrad 6 noch in die Stegwelle 7 eine Drehbewegung übertragen kann.
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An der Stegwelle 7 sind die Zahnflanken der Zähne der Schaltverzahnung 33 jeweils mit einer Fase 33a versehen. Die Fasen 33a sind dem Kupplungsring 29 zugewandt. Ebenso sind die Zahnflanken der Zähne der Innenverzahnung 35 des Kupplungsrings 29 mit Fasen 35a versehen, die mit den Fasen 33a der Schaltverzahnung 33 zusammenwirken. Die Fasen 33a/35a vereinfachen den Kupplungsvorgang. Mittels der Fasen 33a/35a fällt es leichter, die Schaltverzahnung 33 und die Innenverzahnung 35 miteinander in Eingriff zu bringen.
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Außerdem sind weitere Elemente der Schalteinrichtung 27 schematisch dargestellt. Mit diesen Elementen kann die axiale Verschiebung des Kupplungsrings 29 bereitgestellt werden. Dazu gehört ein Bolzenelement 36, das in axialer Richtung beweglich ist und auf den Kupplungsring 29 wirkt. Das Bolzenelement 36 ist über zwei Stiftelemente 37 und 38 betätigbar, die ihrerseits parallel zur Tretkurbelwelle 12 axial beweglich sind. Ein oberes Stiftelement 37 wirkt mittels eines Wippenelements 39 mit dem Bolzenelement 36 zusammen. Beide Stiftelemente 37 und 38 sind so hergerichtet, dass sie durch Druck betätigbar sind. So lässt sich mittels des Bolzenelements 36 Druck auf den Kupplungsring 29 ausüben, um ihn aus der gezeigten neutralen Stellung in die Direktgang-Schaltstellung oder in die Schnellgang-Schaltstellung zu bewegen. Damit der Kupplungsring 29 in die Direktgang-Schaltstellung bewegt wird, muss das obere Stiftelement 37 gedrückt werden. Um den Kupplungsring 29 in die Schnellgang-Schaltstellung zu bewegen, wird das untere Stiftelement 38 gedrückt.
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Des Weiteren ist in 4 gezeigt, wie weit sich das Sonnenrad in axialer Richtung erstreckt, nämlich bis zur Stegwelle 7.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist für das Hohlrad 6 nur ein Lagerelement 25 sowie für die Stegwelle 7 ein Lagerelement 40 vorgesehen. Das Lagerelement 25 ist als Wälzlager 25a mit Innenring 25b und Außenring 25c und das Lagerelement 40 als Wälzlager 40a mit Innenring 40b und Außenring 40c ausgebildet. Das Wälzlager für das Hohlrad 6 sitzt mit seinem Innenring 25b auf dem feststehenden Sonnenrad 3 und ebenso sitzt das Wälzlager 40a für die Stegwelle 7 mit seinem Innenring 40b auf dem feststehenden Sonnenrad 3. Alternativ könnte das Sonnenrad in einem Maße kürzer ausgebildet sein, damit der Innenring 40b des Wälzlagers 40a für die Stegwelle 7 unmittelbar auf der Tretkurbelwelle 12 sitzen kann. Die hier gezeigte Anordnung dieses Wälzlagers 40a mit Sitz auf dem Sonnenrad 3 ist jedoch bevorzugt. Die Innenringe 25b und 40b sowie die Außenringe 25c und 40c beider Wälzlager weisen je eine Rille auf, in der Wälzkörper (nicht dargestellt) angeordnet sind. Auch in diesem Beispiel sind die Innenringe und Außenringe aus einem Hochleistungskunststoff hergestellt, auf dem die Wälzkörper schmierfrei abwälzen können, so dass das Wälzlager leicht und wartungsarm ist.
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Zwischen dem Sonnenrad 3 und der Tretkurbelwelle 12 sind Gleitlagerhülsen 41 und 42 gezeigt, die eine Option darstellen. Die Gleitlagerhülsen sind zweckmäßig aus einem iglidur® Gleitwerkstoff hergestellt.
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5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Zweigang-Tretlagergetriebes, das mit einem Umlaufgetriebe 2 versehen ist. Dessen Zahnräder entsprechen identisch denjenigen des Beispiels 4, worauf Bezug genommen wird. Das Beispiel der 5 unterscheidet von 4 in der Ausgestaltung der Schalteinrichtung 27. Die Schalteinrichtung umfasst ebenfalls einen Kupplungsring 29 und es ist eine Betätigungseinrichtung 43 vorgesehen, um den Kupplungsring 29 axial in eine Direktgang-Schaltstellung oder in die Schnellgang-Schaltstellung zu verschieben. Im Unterscheid zu 4 umfasst die Betätigungseinrichtung B einen zentral angeordneten Schaltbolzen 44, der in einer koaxialen Öffnung 45 der Tretkurbelwelle 12 angeordnet ist. Die koaxiale Öffnung 45 durchdringt die Tretkurbelwelle 12 auf gesamter Länge. In der koaxialen Öffnung 45 ist der Schaltbolzen 44 axial bewegbar gelagert. Der Kupplungsring 29 weist wenigstens zwei Mitnehmerelemente auf, die für seine axiale Verschiebbarkeit vorgesehen sind. Ein Mitnehmerelement 46 ist in der Schnittdarstellung der 5 erkennbar. Es erstreckt sich nach innen in Richtung der Tretkurbelwelle 12. In der Tretkurbelwelle 12 ist radial eine Durchgangsöffnung 47 für das Mitnehmerelemente 46 des Kupplungsrings 29 angeordnet. Das Mitnehmerelement 46 durchtritt diese Durchgangsöffnung 47 und reicht bis an den Schaltbolzen 44. Der Schaltbolzen 44 weist eine Mitnehmerkontur 48 auf, die formschlüssig zusammenwirkt mit dem Mitnehmerelemente 46 des Kupplungsrings 29. Auf diese Weise kann mittels einer axialen Bewegung des Schaltbolzens 44 eine axiale Bewegung in den Kupplungsring 29 übertragen werden, um ihn in die Direktgang-Schaltstellung oder in die Schnellgang-Schaltstellung zu bewegen. Darüber hinaus weist der Kupplungsring 29 ein geeignetes Mittel 49 auf, mit dem ein Drehmoment von der Tretkurbelwelle 12 in den Kupplungsring 29 übertragen werden kann. In 5 ist dafür gestrichelt eine Passfederverbindung 50 angedeutet. Dafür ist eine Passfeder 51 in einer Passfedernut 52 der Tretkurbelwelle 12 befestigt. Die Passfedernut 52 ist in Umfangsrichtung abseits der Durchgangsöffnung 47 für das Mitnehmerelement 46 angeordnet. Der Kupplungsring 29 weist eine Nut 53 für die Passfeder 51 auf. Die Nut 53 gewährleistet eine axiale Verschiebbarkeit des Kupplungsrings 29. Die Übertragung eines Drehmoments von der Tretkurbelwelle 12 in den Kupplungsring 29 ist permanent möglich.
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In 5 ist außerdem eine neutrale Stellung N des Kupplungsrings 29 gezeigt, in der die Tretkurbelwelle 12 keine Drehbewegung übertragen kann, weder in das Hohlrad 6, noch in die Stegwelle 7. Aus der neutralen Stellung ist der Kupplungsring 29 wahlweise in Richtung der Direktgang-Schaltstellung oder in Richtung der Schnellgang-Schaltstellung verschiebbar.
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Alternativ kann für die Beispiele der 4 und 5 auch auf eine neutrale Stellung des Kupplungsrings 29 verzichtet werden, so dass nur eine unmittelbare Umschaltung zwischen den Schaltstellungen für Direktgang und Schnellgang möglich ist. In diesem Fall wird in axialer Richtung weniger Platz für die Verschiebbarkeit des Kupplungsrings 29 benötigt, wodurch das Tretlagergetriebe etwas weniger Bauraum benötigt. Es kann kompakter gebaut sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Tretlagergetriebe
- 2
- Umlaufgetriebe
- 3
- Sonnenrad
- 4
- Planetenrad
- 5
- Planetenrad
- 6
- Hohlrad
- 7
- Stegwelle (Planetenträger)
- 7a
- Stützring
- 8
- Umlaufachse
- 9
- Umlaufachse
- 10
- Zahnring
- 11
- Freilaufeinrichtung
- 12
- Tretkurbelwelle
- 12a
- Wellenabschnitt
- 12b
- Wellenabschnitt
- 13
- Kurbelenden
- 13a
- Kurbelvierkant
- 14
- Kurbelenden
- 15
- Tretkurbel
- 16
- Tretkurbel
- 17
- Pedal
- 18
- Pedal
- 19
- Wellenlager
- 20
- Wellenlager
- 21
- Gehäuseelement
- 22
- Gehäuseelement
- 23
- Stiftelement
- 24
- Spannhülse
- 25
- Lagerelement
- 25a
- Wälzlager
- 25b
- Innenring
- 25c
- Außenring
- 26
- Lagerelement
- 26a
- Wälzlager
- 26b
- Innenring
- 26c
- Außenring
- 27
- Schalteinrichtung
- 28
- Kupplungselement
- 29
- Kupplungsring
- 30
- Außenverzahnung (Tretkurbelwelle)
- 31
- Innenverzahnung (Kupplungsring)
- 32
- Schaltverzahnung (Hohlrad)
- 32a
- Fase
- 33
- Schaltverzahnung (Stegwelle)
- 33a
- Fase
- 34
- Außenverzahnung (Kupplungsring)
- 34a
- Fase
- 35
- Innenverzahnung (Kupplungsring)
- 35a
- Fase
- 36
- Bolzenelement
- 37
- oberes Stiftelement
- 38
- unteres Stiftelement
- 39
- Wippelement
- 40
- Lagerelement
- 40a
- Wälzlager
- 40b
- Wälzlager
- 40c
- Wälzlager
- 41
- Gleitlagerhülse
- 42
- Gleitlagerhülse
- 43
- Betätigungseinrichtung
- 44
- Schaltbolzen
- 45
- koaxiale Öffnung
- 46
- Mitnehmerelement
- 47
- Durchgangsöffnung
- 48
- Mitnehmerkontur
- 49
- Mittel
- 50
- Passfederverbindung
- 51
- Passfeder
- 52
- Passfedernut
- 53
- Nut
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CH 674495 A5 [0003]
- DE 102008064514 A1 [0004]
