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Die
Erfindung betrifft eine Mehrgangnabe für ein Fahrrad, bestehend aus
einer Nabenachse und einer Nabenhülse, die ein Hohlrad mit einem
Getriebemechanismus umschließt,
welcher antriebsseitig und bremsseitig eine Mehrzahl von Klinken
zum Schalten von Gangstufen aufweist, die bremsseitig insbesondere
das Hohlrad mit einem Klinkenträger drehfest
verbinden können,
wobei eine Schalteinrichtung zum Wechsel der entsprechenden Gangstufen gegen
mindestens eine Antriebsklinke mit einer nach innen gerichteten
Anformung geschoben wird und diese im Fahrbetrieb unter Last ausheben
kann, wenn sich die Schalteinrichtung, die durch die Vorspannkraft
einer Schaltfeder an einem Schaltelement gehalten wird, unter die
Anformung der Antriebsklinke schiebt, wobei die Schalteinrichtung
aus der Schalthülse,
dem Schaltring und einer Lagerhülse besteht.
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Mit
der
DE 29 37 126 ist
ein Steuermechanismus zum Steuern des Abhebens und Absenkens einer
umlaufenden Mitnehmerklinke in einer Fahrrad-Schaltnabe bekannt
geworden, die ein Klinkensteuerglied mit einer Mitnehmerklinke in
Eingriff bringt, wobei das Klinkensteuerglied einen Klinken-Aufnahmeabschnitt
mit einer vertieften Fläche zur
Aufnahme der Mitnehmerklinke aufweist, an die sich in Umfangsrichtung
beidseitig Steuerbereiche anschließen, die im Fahrbetrieb für das Ausheben und
Absenken sorgen, wenn eine Relativdrehung zwischen den Antriebsklinken
und dem Klinkensteuerglied besteht. Um die Mitnehmerklinke zuverlässig auszuheben,
wird das Klinkensteuerglied gegen die Antriebsklinke geschoben,
wodurch die Antriebsklinke in die vertiefte Fläche eingreift und die Antriebsklinke
aushebt, sofern der Schaltvorgang erfolgreich ist. Ab einer bestimmten
Höhe des
Antriebsmomentes beim Antrieb wirken auf die Antriebsklinke zwischen
einer Verzahnung und ihrer Lagerstelle derart hohe Reibungskräfte, dass
der Schaltvorgang nicht erfolgreich abgeschlossen werden kann. Vielmehr wird
das Klinkensteuerglied hör-
und fühlbar
zurückgestoßen, wodurch
Reibung und Verschleiß entsteht.
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Auf ähnliche
Weise wirkt ein unter Last schaltbarer Klinkenfreilauf gemäß der
DE 196 17 733 A1 ,
bestehend aus einer am Antreiber gelagerten Klinke, einem anzutreibenden
Schaltring mit einer Verzahnung sowie aus einer Schaltbuchse mit
einer umlaufenden Rundung und mit Aussparungen, die den nach radial
innen weisenden Anformungen der Klinken zugewandt sind. Bei geringem
Antriebsmoment ist die Rundung in der Lage, die Klinken auszuheben
und den Weg für
die Schaltbuchse unter die Anformungen frei zu machen. Herrscht
aber ein größeres Antriebsmoment,
so umfassen die Aussparungen die Anformungen der Klinken und bewirken
bei Fortsetzung des Antriebs eine erzwungene Lösung des Verbundes zwischen
Klinken und Verzahnung mit allen Risiken der Schaltgeräusche und
des Verschleißes.
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Diese
und die vorgenannte Konstruktion gemäß der
DE 29 37 126 verlangen vom Fahrer
eines entsprechend ausgerüsteten
Fahrrades ein Gefühl beim
Betätigen
der Pedale, mit welchem Antriebsmoment er einen Gangwechsel gerade
noch vornehmen kann, ohne Geräusche
oder unzulässig
hohen Verschleiß zu
verursachen. Außerdem
ist die Ursache für
eine nicht optimal abstimmbare Schaltfeder die Tatsache, dass das
Nachführen
der Schalteinrichtung eine andere Federrate verlangt, als der Aushebevorgang
selbst, für
den höhere
Schiebekräfte
zugelassen werden könnten.
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Klinkensteuerungen
sind bei Mehrgangnaben normalerweise so ausgelegt, dass ein Schaltelement
die drehfeste Schalteinrichtung im Innern der Mehrgangnabe axial
gegen die Kraft einer Schaltfeder in der Richtung verschiebt, in
der die ausgehobenen Klinken wieder freigegeben werden, wodurch sich
bei der Betätigung
des Schaltelementes für
den Fahrer außer
der Überwindung
der Federkraft keine fühlbaren
Widerstände
ergeben. Beim Gangwechsel in der entgegengesetzten Richtung führt eben
diese vorgespannte Schaltfeder die Schalteinrichtung dem Schaltelement
nach und legt diese immer an sie an. Der letztgenannte Schaltvorgang
ist es, der für
den Fahrer zwar keine spürbaren
Widerstände
bei der Bedienung ver ursacht, der aber bei hohen eingeleiteten Antriebsmomenten
nicht unbedingt erfolgreich abgeschlossen werden muss.
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Die
vorliegende Mehrgangnabe weist eine Nabenachse und eine darauf gelagerte
Nabenhülse auf,
innerhalb derer ein Getriebemechanismus angeordnet ist, der neben
einer Vielzahl von Getriebeelementen ein Hohlrad, ein inneres Hohlrad
und einen Klinkenträger
aufweist, auf dem eine erste Antriebsklinke und eine zweite Antriebsklinke
schwenkbar gelagert sind und den Klinkenträger entweder mit dem Hohlrad
oder dem inneren Hohlrad drehfest in Antriebsrichtung verbinden
können,
wobei zwischen den Antriebsklinken und den Hohlrädern eine Fensterhülse angeordnet
sein kann, um eventuell in der gleichen Spur angeordnete Bremsklinken
beim Antrieb und Antriebsklinken beim Bremsen auszuschalten.
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Das
innere Hohlrad ist im Hohlrad mit wenig Spiel angeordnet und wird
ebenso wie der Getriebemechanismus von den Getriebeelementen zur
Nabenachse zentriert. Zwischen dem Hohlrad und der Nabenhülse ist
ein ringförmiges
Dämpfungsglied
aus gleitfähigem
Kunststoffmaterial angeordnet, das Unterschiede zwischen der exakt
auf der Nabenachse zentrierten Nabenhülse und dem Getriebemechanismus
ausgleicht und dadurch Geräusche
dämpft.
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Die
Schaltfeder ist zwischen einer ersten Scheibe und dem Schaltring
vorgespannt, wobei die erste Scheibe an einer drehfest auf der Nabenachse angeordneten
Anschlagscheibe anliegt, welche von einer auf die Nabenachse aufgeschraubten
Mutter axial positioniert ist. Die Drehfestigkeit der Anschlagscheibe
wird durch eine nach innen ragende Nase erreicht, welche in eine
auf der Nabenachse angeordnete Längsnut
eingreift. Ebenso sind der Schaltring und die Lagerhülse jeweils
durch Nasen auf der Nabenachse gegen Drehung gesichert.
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Der
Klinkenträger
weist einen zur Bremsseite hin verlängerten Rohrtortsatz auf, der
am Außendurchmesser
ein Profil aufweist, das über
Bremsrollen und einen Bremsmantel mit einer Bremshülse in der
Nabenachse in Verbindung gebracht werden kann. Im Innern des Rohrfortsatzes
ist ein Bund angeordnet, an dem die zweite Scheibe anliegt, wenn die
Mutter auf die Nabenachse aufgeschraubt wird. Das Gewinde für die Mutter
ist schwergängig,
so dass sie in jeder gewünschten
Position stehen bleibt. Die erste Scheibe wird durch das Aufschrauben
der Mutter gegen die Schaltfeder und schließlich gegen den Bund geschoben,
wodurch der Getriebemechanismus und schließlich die Mehrgangnabe auf
das erforderliche axiale Mindestspiel stufenlos eingestellt werden
kann. Die erste Scheibe ist nicht gegen Drehung gesichert, wodurch
offen ist, ob die erste Scheibe beim Antrieb mitdreht oder stehen
bleibt.
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Zur
Steuerung der Antriebsklinken auf dem Klinkenträger wird also eine Schalteinrichtung
vorgeschlagen, die aus einer Schalthülse, einer Lagerhülse und
einem Schaltring besteht. Die Schalthülse umschließt die Lagerhülse und
den Schaltring und weist an ihrer den Anformungen der Klinke zugewandten
Stirnseite in bekannter Weise Taschen mit Schrägen auf, die mit den Anformungen
der Klinken im Fahrbetrieb einen gewissen Formschluss eingehen,
wobei die Anformungen auf den Schrägen erzwungenermaßen auflaufen
und einen Gangwechsel entsprechend den vorerwähnten Konstruktionen herbeiführen. Um
zu verhindern, dass beim Schalten bei hohen Antriebsmomenten die
ganze Schalteinrichtung in den Anformungen zwar einrastet aber zurückgestoßen wird
und an den Taschen und Schrägen
der Schalthülse
Schaden nimmt, ist zwischen der Schalthülse und dem Schaltring eine
Art Überlastkupplung eingebaut,
die aus einer Stufe mit einer Steuerkurve an der Schalthülse besteht,
wobei die Steuerkurve mit Mitnehmern am Schaltring derart zusammenwirkt,
dass beim Überschreiten
eines bestimmten Antriebsmomentes der Schaltring abgewiesen und
gegen die Kraft der Schaltfeder ausgespurt wird. Die Schalthülse verliert
dann ihre Drehfestigkeit gegenüber
der Nabenachse und wird von den Antriebsklinken eine Winkelstrecke
weit mitgenommen, bis das Antriebsdrehmoment soweit abgesunken ist,
dass die Mitnahme zwischen dem Schaltring und der Schalthülse wieder
zu Stande kommt. Das im ausgespurten Zustand erfolgende Überspringen
der Mitnehmer wird vom Fahrer wegen der geringen Masse des Schaltrings
kaum wahrgenommen und stellt eine deutliche Verbesserung gegenüber dem
Ratschen herkömmlicher
Schalteinrichtungen unter den gleichen Bedingungen dar.
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Während die
Steuerkurve mindestens ein Steigfeld – aus Gleichgewichtsgründen vorzugsweise
zwei oder drei Steigfelder – mit
einem Winkel gegenüber
einer durch die Mittelachse der Schalthülse verlaufend gedachten Ebene
aufweist, sind an zwei oder drei Mitnehmern des Schaltrings je eine
Schaltfläche
angeordnet, die ebendiesen Winkel aufweist, wodurch sich bei hohem
Antriebsdrehmoment außen an
der Schalthülse
entsprechen den Verhältnissen an
einer schiefen Ebene eine axiale Kraftkomponente ergibt, die den
drehfesten aber axial verschiebbaren Schaltring ausspuren will.
Kommt dies zu Stande, so verdreht sich die Schalthülse wie
bereits erwähnt relativ
zum Schaltring, bis die Schaltfeder den Eingriff der Mitnehmer des
Schaltrings in die Steuerkurve der Schalthülse schafft. Jetzt verdreht
sich die Schalthülse
relativ zu den Antriebsklinken und hebt diese aus. Die Steuerkurve
und insbesondere das Steigfeld können
aus fertigungstechnischen Gründen
eine Neigung zur inneren zylindrischen Fläche aufweisen, die zu dieser
einen stumpfen Winkel bildet und schmiertechnisch vorteilhaft ist
sowie gleichzeitig die spanlose Herstellung der Komponenten begünstigt. Aus
Gründen
einer flächigen
Berührung
der Steigfelder mit den Schaltflächen
ist es zweckmäßig, auch die
Schaltflächen
mit der Neigung auszustatten, die die Steigfelder aufweisen.
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Bei
Anordnung von zwei sich gegenüber
liegenden Steigfeldern schließt
sich bei der Steuerkurve an das jeweilige Steigfeld ein oberer Bereich, dann
ein flach abfallender Bereich und schließlich ein unterer Bereich an,
so dass ersichtlich ist, dass sich der Mitnehmer, dessen Schaltfläche sich
von dem Steigfeld gelöst
hat, erst auf dem oberen Bereich befindet, bis er am abfallenden
Bereich zum unteren Bereich abgleitet und erneut gegen ein Steigfeld stößt, das
wiederum abweist, wobei der Prozess solange fortgeführt wird,
bis das Antriebsmoment nachgelassen hat und der Mitnehmer die Schalthülse wieder
drehfest macht und den Schaltvorgang durch Ausheben der Antriebsklinken
einleitet.
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Die
Schalteinrichtung kann nacheinander auch mehrere Gangwechsel vollziehen,
wenn die Schalthülse
von der Feder gegen die Anformung einer zweiten Klinke weiter geschoben
wird und die erste Klinke im ausgehobenen Zustand hält, indem die
Anformung der ersten Klinke auf dem zylindrischen Außendurchmesser
der Schalthülse
verbleibt.
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Wie
bereits erwähnt,
ist die Vorspannung der Schaltfeder nicht optimal gleichermaßen auf
die Nachführung
der Schalteinrichtung zum Schaltelement und andererseits auf die
Anpresskraft des Schaltrings gegen die Schalthülse zur Begrenzung des Antriebsmomentes
auszulegen, so dass vorgeschlagen wird, eine erste Feder nur auf
die Anpressung des Schaltrings an die Schalthülse auszulegen. Dies ist dadurch
zu erreichen, dass eine zweite Scheibe mit der Schalthülse derart
verbunden wird, dass sich die erste Feder daran abstützen und
den Schaltring mit immer der gleichen An presskraft gegen die Schalthülse pressen
kann, wodurch sich der Verbund zwischen der Schalthülse und
dem Schaltring ab einem bestimmten Antriebsmoment vorübergehend
löst. Um
die Nachführung
der Schalteinrichtung exakt auf die erforderliche Kraft beim Einspuren der
Antriebsklinken in die Taschen und Schrägen der Schalthülse abzustimmen,
wird eine zweite Feder mit der erforderlichen Federrate zwischen
der ersten Scheibe und der zweiten Scheibe angeordnet.
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Die
vorliegende Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, für eine Mehrgangnabe,
bei der die Gangstufen durch das Ein- und Ausschalten einer Mehrzahl
von Antriebsklinken gewechselt werden, eine Schalteinrichtung insbesondere
zum Ausheben der entsprechenden Antriebsklinken zu entwickeln, so
dass der Gangwechsel im Fahrbetrieb unter Last geräuscharm,
für den
Fahrer gefühlsmäßig kaum wahrnehmbar
und ohne nennenswerten Verschleiß an den Berührungsstellen
zwischen den Antriebsklinken und der Aushebeeinrichtung erfolgen
kann.
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Die
Lösung
der Aufgabe ist jeweils in den kennzeichnenden Teilen des Hauptanspruches
1 und des nebengeordneten Anspruches 9 beschrieben. Ausgestaltungen
sind den Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Anhand
mehrerer Zeichnungen ist eine Mehrgangnabe mit einer Rücktritt-Bremseinrichtung und
einer Schalteinrichtung mit Antriebsklinken erläutert. Es zeigen
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1 eine
Mehrgangnabe mit einer Nabenhülse,
einem Hohlrad mit einem inneren Hohlrad und einen Klinkenträger mit
zwei durch eine Schalteinrichtung ausgehobenen Antriebsklinken im
Teilschnitt;
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2 die
Anordnung der Schalteinrichtung, bestehend aus einer angefederten
Schalthülse,
einem Schaltring und einer Lagerhülse in Explosivdarstellung;
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3 die
Schalthülse
mit einer Steuerkurve, die mindestens ein Steigfeld aufweist, in
perspektivischer Darstellung;
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4 den
Schaltring mit mindestens einem Mitnehmer, an dessen Flanke eine
Schaltfläche
angeordnet ist;
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5 die
angefederte Schalteinrichtung mit einer zusätzlichen Anfederung des Schaltringes.
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Aus
der 1 geht eine Mehrgangnabe hervor, die aus einer
Nabenachse 1, einer Nabenhülse 2, einem in dieser
Nabenhülse 2 durch
ein Dämpfungsglied 16 abgestütztes Hohlrad 4,
das ein inneres Hohlrad 5 umschließt sowie aus einem Getriebemechanismus
im Innern der Nabenhülse 2 besteht. Der
Getriebemechanismus weist bremsseitig einen Klinkenträger 6 auf,
auf dem eine erste Antriebsklinke 7 und eine zweite Antriebsklinke 8 schwenkbar
gelagert sind. Der Klinkenträger 6 weist
einen Rohrfortsatz 34 auf, der über Klemmrollen 10 und
einen Bremsmantel 11 mit einer Bremshülse 12 an der Nabenhülse 1 zusammen
wirkt.
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Die
erste Antriebsklinke 7 greift in eine Verzahnung des Hohlrades 4 und
die zweite Antriebsklinke 8 in eine Verzahnung des inneren
Hohlrades 5 ein, wenn die Durchbrüche einer Fensterhülse 13 dies
erlauben. Die erste Antriebsklinke 7 weist eine nach radial
innen gerichtete erste Anformung 26 und die zweite Antriebsklinke 8 weist
eine nach radial innen gerichtete zweite Anformung 27 auf,
die derart angeordnet sind, dass eine Schalthülse 14 einer Schalteinrichtung 3 diese
nacheinander anheben und den Formschluss mit dem Hohlrad 4 und
dem inneren Hohlrad 5 auflösen kann. Die Schalthülse 14 wird
durch die Kraft einer Schaltfeder 28 axial an die Anformungen 26 und 27 der
Antriebsklinken 7 und 8 herangeschoben, wobei
die Schalthülse 14 an
den Stellen der Berührung
mit diesen Anformungen 26 und 27 Taschen 24 mit
Schrägen 25 aufweist,
die die Anformungen 26 und 27 umschließen und
anheben können,
wodurch der Eingriff der Antriebsklinken 7 und 8 in
den Verzahnungen des Hohlrades 4 und des inneren Hohlrades 5 gelöst wird.
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Die
Schalteinrichtung 3 besteht gemäß der 2 aus der
Schalthülse 14 mit
den Taschen 24 und Schrägen 25,
einer Lagerhülse 15 mit
einer nach radial innen weisenden Nase 33 und einem Schaltring 21,
der sowohl die nach radial innen weisende Nase 33 und mindestens
einen Mitnehmer 22 aufweist. Die Schaltfeder 28 schiebt
den Schaltring 21 gegen die Schalthülse 14 und gibt diese
axiale Federkraft an die Lagerhülse 15 weiter,
die ihrerseits an ein von außen
bedienbares Schaltelement 9 anschlägt.
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Die
Schaltfeder 28 stützt
sich an einer ersten Scheibe 29 ab, die sich wiederum an
eine Anschlagscheibe 30 anlehnt, deren Position von einer
Mutter 31 bestimmt wird, die auf ein Gewinde auf der Nabenachse 1 aufgeschraubt
wird. Dieses Gewinde ist schwergängig
und macht daher die Position der ersten Scheibe 29 einstellbar.
Der Außendurchmesser der
ersten Scheibe 29 liegt an einem Bund 32 im Rohrfortsatz 34 an,
was eine Einstellung der Mehrgangnabe durch Kompensation aller axialen
Spiele erlaubt. Die Nasen 33 an der Lagerhülse 15,
dem Schaltring 21 und der Anschlagscheibe 30 münden in eine
axial verlaufende Nut in der Nabenachse 1 und machen die
vorerwähnten
Teile relativ zur Nabenachse 1 drehfest.
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Aus 3 ist
ersichtlich, dass am inneren Durchmesser der Schalthülse 14 eine
Stufe mit einer Steuerkurve 17 angeordnet ist, die mindestens
ein Steigfeld 18 mit einem Winkel 19 in Umfangsrichtung aufweist.
Bei Anordnung von zwei sich gegenüberliegenden Steigfeldern 18 schließt sich
bei der Steuerkurve 17 an das jeweilige Steigfeld 18 ein
oberer Bereich, dann ein flach abfallender Bereich und schließlich ein
unterer Bereich zur Führung
eines Mitnehmers 22 an, wobei die Steuerkurve 17 aus
Fertigungsgründen
eine Neigung 20 aufweisen kann.
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Aus
der 4 geht der Mitnehmer 22 am Schaltring 21 hervor,
dessen Schaltfläche 23 unter
einem Winkel 19 und gegebenenfalls mit einer Neigung 20 entsprechend
den Verhältnissen
an der Steuerkurve angeordnet ist.
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Die 5 zeigt
schließlich,
wie eine erste Feder 35 zwischen dem Schaltring 21 und
einer zweiten Scheibe 37 unter Vorspannung angeordnet ist, wobei
die zweite Scheibe 37 einteilig mit der Schalthülse 14 verbunden
ist. Eine zweite Feder 36 stützt sich an der ersten Scheibe 29 gegen
die Nabenachse 1 ab und führt die Schalteinrichtung 3 dem
Schaltelement 9 nach.
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Der
Vorteil der Schalteinrichtung 3 liegt in der geringen Masse
des ausspurenden Schaltrings 21 und darin, dass der einmal
eingegangene Verbund zwischen den Antriebsklinken 7, 8 und
der Schalthülse 14 sofort
zu Stande kommt und nicht mehr gelöst zu werden braucht.
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- 1
- Nabenachse
- 2
- Nabenhülse
- 3
- Schalteinrichtung
- 4
- Hohlrad
- 5
- inneres
Hohlrad
- 6
- Klinkenträger
- 7
- erste
Antriebsklinke
- 8
- zweite
Antriebsklinke
- 9
- Schaltelement
- 10
- Klemmrollen
- 11
- Bremsmantel
- 12
- Bremshülse
- 13
- Fensterhülse
- 14
- Schalthülse
- 15
- Lagerhülse
- 16
- Dämpfungsglied
- 17
- Steuerkurve
- 18
- Steigfeld
- 19
- Winkel
- 20
- Neigung
- 21
- Schaltring
- 22
- Mitnehmer
- 23
- Schaltfläche
- 24
- Tasche
- 25
- Schräge
- 26
- erste
Anformung
- 27
- zweite
Anformung
- 28
- Schaltfeder
- 29
- erste
Scheibe
- 30
- Anschlagscheibe
- 31
- Mutter
- 32
- Bund
- 33
- Nase
- 34
- Rohrfortsatz
- 35
- erste
Feder
- 36
- zweite
Feder
- 37
- zweite
Scheibe