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Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit einem ersten Zahnrad, das auf einer Welle angeordnet ist, und mit wenigstens einem zweiten Zahnrad, das mit dem ersten Zahnrad in kämmendem Eingriff steht, wobei zwischen den kämmenden Zahnrädern Öl oder dergleichen als Schmiermittel eingesetzt wird, und wobei eine Ölabführung vorgesehen ist, durch die zumindest ein Teil des Öls von den kämmenden Zahnrädern radial nach innen, in Richtung einer Mittelachse der Welle abgeführt wird.
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Aus der
DE 29 18 601 A1 ist ein Kraftfahrzeug-Wechselgetriebe bekannt, bei dem eine Eingangswelle ein erstes Zahnrad trägt, das mit einem zweiten Zahnrad auf einer Vorgelegewelle des Getriebes kämmt. Eine Ausgangswelle des Getriebes ist koaxial zur Eingangswelle angeordnet und stützt sich an einem der Eingangswelle zugewandten Ende über ein Pilotlager an der Eingangswelle ab. Das Pilotlager sitzt dabei in einem stirnseitig offenen Wellenhohlraum, der in radialer Richtung von dem ersten Zahnrad umschlossen ist. Das Pilotlager wird über eine radiale Bohrung, die hier die Ölabführung darstellt, mit Öl versorgt, die sich von einem axial mittleren Bereich einer Verzahnung des ersten Zahnrads radial nach innen zum Wellenhohlraum erstreckt. Somit kann Öl, das durch den kämmenden Eingriff der Zahnräder verdrängt wird, zum Pilotlager gelangen.
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Die
DE 29 18 601 A1 zeigt darüber hinaus ein als Losrad ausgeführtes, auf der Ausgangswelle angeordnetes Zahnrad, bei dem ebenfalls eine Bohrung von der Verzahnung radial nach innen geführt ist, um eine Ölversorgung für das Lager sicherzustellen, durch das das Losrad drehbar auf der Ausgangswelle gelagert ist. Auch hier wird durch den kämmenden Eingriff von Zahnrädern Öl über eine radiale Bohrung in Richtung einer Mittelachse der das Zahnrad tragenden Welle transportiert.
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Unter bestimmten Umständen besteht die Gefahr, dass zu wenig Öl durch die Ölbohrung von der Verzahnung des Zahnrads zum innen liegenden Lager gelangt, so dass ein verschleißfreier Lauf des Getriebes nicht mehr gewährleistet ist.
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In der
US 4 317 386 wird ebenfalls eine Vorrichtung zur Schmierung eines Lagers in einem Zahnradgetriebe beschrieben. Hierbei wird die Wälzbewegung zweier kämmender Zahnräder genutzt, um Öl in Nuten zu führen, die sich an einer zum Zahneingriff benachbarten Fläche befinden und Bohrungen besitzen, die zu einem Wälzlager führen und dessen Schmierung sicherstellen.
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Des Weiteren offenbart die
US 2 487 350 ein Fahrzeuggetriebe, bei dem die Zahneingriffsbewegung genutzt wird, um die Schmierung von Wälzlagern zu gewährleisten. Dabei wird durch die Wälzbewegung Öl in eine spiralförmige Aussparung, die in die Stirnfläche eines angrenzenden Zahnrades eingearbeitet ist, gedrückt und von dort durch Kanäle zu den zu schmierenden Lager geleitet.
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Die
US 4 327 598 offenbart ein Getriebe, bei dem ein Zahnrad Öl aus einem Ölsumpf gegen eine Führungsplatte fördert, von der aus das Öl in eine radial nach außen offene Ölabführung geleitet wird. Zusätztich wird in diese Ölabführung seitlich Öl durch einen kämmenden Eingriff des Zahnrads mit einem weiteren Zahnrad gedrückt.
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Die
DE 1 226 383 offenbart eine Druckschmiereinrichtung für Zahnradgetriebe. Dabei wird durch den Zahneingriff Öl in eine seitliche Abdeckung mit Öffnungen gepresst, an die sich Schmierförderleitungen mit Rückschlagventilen anschließen und worin das Öl zu den Schmierstellen geleitet wird. Hierzu sind separate Seitenscheiben auf beiden Seiten der Verzahnung vorgesehen, wobei eine Seitenscheibe dazu dient, den Druck zu erhöhen, während über die zweite Seitenscheibe das Öl abgeleitet wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfach herstellbares Getriebe mit miteinander kämmenden Zahnrädern bereitzustellen, bei denen Öl zwischen den kämmenden Zahnrädern in einfacher und effizienter Weise von der Verzahnung eines Zahnrads radial nach innen geführt wird.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele können den Unteransprüchen entnommen werden.
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Beim Getriebe gemäß Anspruch 1 sind an einer axialen Seitenfläche des ersten Zahnrads Dichtmittel vorgesehen, wobei die Ölabführung wenigstens einen radial nach außen geschlossenen Ölkanal umfasst, der in oder an der axialen Seitenfläche angeordnet ist und durch den Öl, das sich vor oder an den Dichtmitteln befindet, abgeführt werden kann.
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Die Erfindung nutzt den Umstand, dass Öl, das sich beim kämmenden Eingriff zwischen den Zahnrädern befindet, in Richtung der axialen Ränder der Verzahnung gedrückt wird und sich dort ansammelt, soweit dort geeignete Dichtmittel vorgesehen sind, die einen Abfluss des Öl verhindern oder zumindest erschweren. Dieses angesammelte Öl wird erfindungsgemäß durch einen radial nach außen geschlossenen Ölkanal vorzugsweise in Richtung Mittelachse der Welle abgeführt, auf der das erste Zahnrad angeordnet ist.
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Durch die Erfindung kann auf die vom mittleren Bereich der Verzahnung radial nach innen geführte Ölbohrung gemäß dem bekannten Stand der Technik verzichtet werden, da das Öl, das sich vor oder an den Dichtmitteln an dem axialen Rand des Zahnrads sammelt, in einer größeren Menge gegenüber der Menge anfällt, die durch eine von dem mittleren Bereich der Verzahnung abgehende Bohrung abgeführt werden kann.
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Erfindungsgemäß umfassen die Dichtmittel eine Dichtfläche, die der axialen Seitenfläche des ersten Zahnrads im Wesentlichen spaltfrei gegenüber steht. Im Idealfall liegen die axiale Seitenfläche und die Dichtfläche aneinander an, wobei aber auch bei einem genügend kleinen Spalt zwischen den sich gegenüber stehenden Flächen eine ausreichende Dichtwirkung einstellt.
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In einem Eingriffsbereich, in dem die Zahnräder miteinander kämmen, stehen sich eine axiale Seitenfläche des zweiten Zahnrads und die Dichtfläche sich im Wesentlichen spaltfrei gegenüber. Somit kommt es nicht nur zu einer Abdichtung zwischen dem ersten Zahnrad und der Dichtfläche, sondern auch zu einer Abdichtung zwischen dem zweiten Zahnrad und der Dichtfläche. Dies bedeutet, dass im Eingriffsbereich, also dort, wo die Zähne der Zahnräder ineinander eingreifen, ein Entweichen von Öl in axialer Richtung nicht möglich ist. Die Dichtfläche liegt vorzugsweise in einer Ebene, so dass die axialen Seitenflächen des ersten und zweiten Zahnrads – gleichgroße oder keine Spalte unterstellt, ebenfalls in einer Ebene liegen. Die Dichtfläche kann aber auch abgestuft sein, wobei die dann gegebenen Dichtflächenstufen in unterschiedlichen Ebenen liegen. Diese unterschiedlichen Ebenen können parallel oder nichtparallel sein.
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Vorzugsweise wird der Ölkanal durch eine Ölnut gebildet, die in die Dichtfläche eingebracht ist. Die Ölnut weist dabei einen Nutboden auf, der vorzugsweise 1 bis 2 mm von der Ebene der Dichtfläche beabstandet ist. Seitliche Nutwände, der Nutboden sowie die axiale Seitenfläche des ersten Zahnrads und im Eingriffsbereich die axiale Seitenfläche des zweiten Zahnrads bilden einen axial und radial nach außen geschlossenen Ölkanal aus, durch den Öl von dem Eingriffsbereich nur noch in Richtung der Mittelachse der Welle gelangen kann. Die axiale Seitenfläche eines Zahnrads umfasst auch die axiale Seitenfläche der Verzahnung des Zahnrads, also die axiale Seitenfläche der einzelnen Zähne.
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Alternativ kann die Ölnut auch in die axiale Seitenfläche des ersten Zahnrads und optional auch in der axialen Seitenfläche des zweiten Zahnrads (als Fortführung) eingebracht sein. In diesem Fall würde die Dichtfläche die oben offene Ölnut nach oben hin abdecken. Zudem ist es möglich, dass sowohl in der Dichtfläche als auch in der axialen Seitenfläche des ersten Zahnrads bzw. in den axialen Seitenflächen der Zahnräder jeweils eine Ölnut eingebracht ist, wobei sich die Ölnuten gegenüberstehen können und somit einen gemeinsamen Ölkanal ausbilden.
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Erfindungsgemäß ist die Ölnut radial nach außen geschlossen. Damit kann durch die radial nach außen geschlossene Ölnut ein Ölkanal an der Dichtfläche bereitgestellt werden, der radial nach außen und auch – soweit die Spalte zwischen axialer Seitenfläche und Dichtfläche hinreichend klein sind – in axialer Richtung geschlossen ist. Der Ölkanal steht dabei in Verbindung mit Zwischenräumen oder Zahnlücken zwischen den Zähnen der ineinander in Eingriff befindlichen Zahnräder, wobei sich in diesen Zwischenräumen Öl befindet, das durch das Eintauchen der Zähne des anderen Zahnrads beim kämmenden Eingriff in den Ölkanal gedrückt wird. Des Weiteren gelangt Öl in den Ölkanal, das sich zwischen den Zahnflanken in Eingriff befindlicher Zähne befindet und beim Eingriff unter Last verdrängt wird.
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Die Ölnut kann eine längliche Ausprägung mit einer geradlinigen Längsachse aufweisen, wobei diese Längsachse zur Mittelachse der Welle versetzt ist. Die Längsachse der Nut verläuft dabei senkrecht zur Mittelachse der Welle. Aufgrund ihrer versetzten Lage schneidet die Längsachse die Mittelachse der Welle jedoch nicht. Durch diese versetzte Lage kann es zu einem „Schaufeleffekt” kommen, durch den das Öl in Richtung Mittelachse der Welle transportiert wird. Auch kann die Ölnut eine gekrümmte oder gebogene Längsachse aufweisen. Zudem kann die Ölnut ringförmig sein und einen Nutbereich umfassen, der sich radial nach innen erstreckt.
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Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, mehrere Ölnuten, beispielsweise zwei Ölnuten, vorzusehen, die in Umfangsrichtung zueinander beabstandet sind (zum Beispiel bei 2 Ölnuten um 180° versetzt) und die jeweils zu der Mittelachse der Welle versetzt sind.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Dichtfläche durch eine Rückwand eines Steckkonus gebildet. Der Steckkonus ist dabei Teil einer Gangschaltkupplung innerhalb des Getriebes, die axial benachbart zum ersten Zahnrad angeordnet ist. Die Dichtfläche kann aber auch durch andere Bauteile (Lagerring eines Wälz- oder Gleitlagers, benachbartes Zahnrad, Scheibe, o. ä.) erfolgen, die auf der Welle neben dem ersten Zahnrad angeordnet sind. Dabei sind das erste Zahnrad und das axial benachbarte Bauteil zueinander drehfest angeordnet sein, so dass das erste Zahnrad und das benachbarte Bauteil jeweils mit der gleichen Drehzahl umlaufen.
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Der Ölkanal ist in Umfangsrichtung gesehen zwischen zwei benachbarten Zähnen der Verzahnung des ersten Zahnrads angeordnet. Dadurch wird sichergestellt, dass der Strömungsquerschnitt, durch den Öl vom Zwischenraum zwischen den benachbarten Zähnen in den Ölkanal gelangt, groß ist, damit möglichst viel Öl mit wenig Widerstand in Richtung Mittelachse der Welle gefördert wird.
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In der Nähe eines inneren Endes des Ölkanals kann sich eine Radialbohrung anschließen. Auch hier ist wieder das Ziel, dass der Weg des Öls von der Verzahnung über den Ölkanal in Richtung Mittelachse der Welle möglichst einfach und widerstandsfrei gehalten wird. Die Radialbohrung kann zu einem Wellenhohlraum führen, in dem ein Lager sitzt.
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Auch kann das innere Ende des Ölkanals mit einer axial verlaufenden oder schräg zur Mittelachse der Welle verlaufenden Ölbohrung in Verbindung stehen. Beispielsweise ist eine Bohrung durch einen Zahn des ersten Zahnrads möglich, die sich ausgehend von der axialen Seitenfläche des ersten Zahnrads erstreckt, wobei der Ölkanal eine Verbindung herstellt zwischen dieser Bohrung und den Zahnlücken des ersten Zahnrads, in denen sich vor den Dichtmitteln das Öl ansammelt.
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Die Verzahnungen der Zahnräder können Schrägverzahnungen sein, wobei die Dichtmittel an der axialen Seite der Verzahnungen angeordnet sind, zu der das Öl aufgrund der Schrägverzahnungen vornehmlich gedrückt wird. Dadurch fällt an der axialen Seitenfläche, an der die Dichtmittel angebracht sind, eine große Menge Öl an, die über den Ölkanal radial nach innen geführt wird. Die Schrägverzahnungen weisen dabei eine besondere Pumpwirkung auf.
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Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Teil eines erfindungsgemäßen Getriebes;
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2 einen Steckkonus des in 1 dargestellten Getriebes;
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3 eine erste Welle des Getriebes gemäß 1; und
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4 in perspektivischer Ansicht die in 1 dargestellten Bauteile.
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1 zeigt im Längsschnitt eine erste Welle 10 und eine zweite Welle 20 eines hier nicht weiter dargestellten Getriebes. Eine Mittelachse 11 der Welle 10 und eine Mittelachse 21 der zweiten Welle 20 verlaufen parallel zueinander. Auf der ersten Welle 10 ist ein erstes Zahnrad 30 angeordnet, das mit einem auf der zweiten Welle 20 sitzenden zweiten Zahnrad 40 kämmt.
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In dem Ausführungsbeispiel der 1 sind das erste Zahnrad 30 und die erste Welle 10 einstückig ausgebildet. Das erste Zahnrad 30 weist an einem Umfang 31 eine Verzahnung 32 auf. Die einzelnen Zähne 33 der Verzahnung 32 sind in 3 zu erkennen. Die Verzahnung 32 weist, wie 1 zu entnehmen ist, einen Fußkreisdurchmesser dF und einen Kopfkreisdurchmesser dK auf.
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Das erste Zahnrad 30 umschließt in radialer Richtung einen Wellenhohlraum 12, der zur Aufnahme eines hier nicht dargestellten Pilotlagers dient. Axial neben dem ersten Zahnrad 30 ist ein auf der ersten Welle 10 sitzender Kupplungsring oder Steckkonus 50 angeordnet, der Teil einer nicht dargestellten Gangschaltkupplung des Getriebes ist. Der Steckkonus ist über eine Innenverzahnung 51 drehfest mit einem Kupplungszahnrad 13 der ersten Welle 10 drehfest verbunden. Das Kupplungszahnrad 13 ist wie das erste Zahnrad 30 einstückig mit der ersten Welle 10 ausgebildet.
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Eine Rückseite 52 des Steckkonus 50 steht spaltfrei einer axialen Seitenfläche 34 des ersten Zahnrads 30 gegenüber und stellt eine Dichtfläche 52 dar. Eine weitere axiale Seitenfläche des ersten Zahnrads 30 ist in 1 mit 35 bezeichnet. Zwischen dem ersten Zahnrad 30 und dem Steckkonus 50 sind zwei Ölkanäle 60 vorgesehen, die jeweils durch eine Ölnut 61 gebildet werden. Die Ölnut 61, die anhand der 2 und 3 näher erläutert wird, ist in die Dichtfläche 52 des Steckkonus 50 eingearbeitet und erstreckt sich in radialer Richtung beginnend in Höhe der Verzahnung 32 nach innen bis zu einem Freistich 14 zwischen erstem Zahnrad 30 und Kupplungszahnrad 13. An den Freistich 14 schließen sich, weiter in radialer Richtung nach innen gesehen, zwei Radialbohrungen 15 an, die wie die beiden Ölnuten 61 um 180° in Umfangsrichtung versetzt sind.
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In radialer Richtung nach außen gesehen enden die beiden Ölnuten 61 im Bereich der Verzahnung 32, und zwar zwischen dem Fußkreisdurchmesser dF und dem Kopfkreisdurchmesser dK.
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2 zeigt den Steckkonus in einer Draufsicht senkrecht zur Darstellung der 1. Die Rückseite 52, die die Dichtfläche darstellt, erstreckt sich von der Innenverzahnung 51 bis zu einer Außenverzahnung 53. Die Ölnuten 61 weisen jeweils eine Längsachse 62 auf, die senkrecht zur Mittelachse 11 verlaufen, diese jedoch nicht schneiden. So ist zwischen den Längsachsen 62 und der Mittelachse 11 ein Versatz gegeben, der in 2 mit v gekennzeichnet ist.
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Während die Ölnut 61 radial nach innen, d. h. an der Innenverzahnung 51 offen ist, weist sie an der Außenverzahnung 53 des Steckkonus 50 ein geschlossenes Ende 63 auf.
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3 zeigt das erste Zahnrad 30 bzw. die erste Welle 10 in der Draufsicht, also auch hier wieder in einer zur 1 senkrechten Ansicht. Zusätzlich zeigt 3 die Lage der Ölnuten 61, wenn, wie in 1 dargestellt, der Steckkonus 50 auf der Welle 10 aufgeschoben wäre. Wie der 3 zu entnehmen ist, befindet sich das äußere geschlossene Ende 63 in etwa auf dem Kopfkreis mit dem Kopfkreisdurchmesser dK der Verzahnung 31. In Umfangsrichtung gesehen befinden sich die Ölnuten 61 jeweils Zwischen zwei benachbarten Zähnen 33a und 33b bzw. 33c und 33d. Den Ölnuten 61 schließen sich ohne Umfangsversatz jeweils die radialen Bohrungen 15 an. Somit kann Öl, welches sich zwischen beispielsweise den Zähnen 33a und 33b befindet, beim kämmenden Eingriff der Zahnräder 30, 40 ohne große Widerstände in die Ölnut 61 gelangen, von der aus das Öl dann auf kurzem Wege in die Ölbohrung 15 geführt wird.
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In einem Eingriffsbereich 70, der, wie in 1 zu entnehmen ist, sich zwischen den Mittelachsen 11, 21 der parallelen Wellen 10, 20 befindet, steht der Dichtfläche 52 nicht nur die axiale Seitenfläche 34 des ersten Zahnrads gegenüber, sondern auch eine axiale Seitenfläche 41 des zweiten Zahnrads 40 gegenüber, und zwar im Wesentlichen im Bereich einer Verzahnung 42 des zweiten Zahnrads 40. Beim kämmenden Eingriff der Zahnräder 30, 40 wird Öl zwischen den Verzahnungen 32, 42 der Zahnräder 30, 40 in Richtung der Dichtfläche 52 verdrängt, das aufgrund der Abdichtung durch die Dichtfläche 52 nicht radial nach außen entweichen kann. Somit wird das Öl in die Ölnuten 61 gedrückt, wodurch ein Öltransport in Richtung Wellenhohlraum 12 erfolgt
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4 zeigt die Bauteile der 1 in perspektivischer Ansicht. Die zweite Welle 20 sowie die Verzahnungen 32, 42 der Zahnräder 30, 40 sind jedoch nicht dargestellt. Lediglich der Verlauf eines Zahns 33 der Verzahnung 30 ist in 4 skizziert. Der Zahn 33 weist zur Mittelachse 11 einen Schrägungswinkel auf, d. h., bei der Verzahnung 32 handelt es sich um eine Schrägverzahnung. Entsprechend ist auch die Verzahnung 42 des zweiten Zahnrads 40 als Schrägverzahnung ausgebildet. Hier ist ebenfalls der Verlauf eines Zahnes 43 skizziert.
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Handelt es sich bei der ersten Welle 10 um eine Eingangswelle des Getriebes, mit der ein Drehmoment in einer mit einem Pfeil 16 gekennzeichneten Drehrichtung in das Getriebe eingeleitet wird, so sorgen die Schrägverzahnungen 32, 42 dafür, dass das zwischen den Verzahnungen 32, 42 befindliche Öl vornehmlich in Richtung des Steckkonus 50 gedrückt wird. Somit fällt an der Dichtfläche 52 viel Öl an, das dann über die Ölnuten 61 abgeführt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- erste Welle
- 11
- Mittelachse
- 12
- Wellenhohlraum
- 13
- Kupplungszahnrad
- 14
- Freistich
- 15
- Ölbohrung
- 16
- Drehrichtung
- 20
- zweite Welle
- 21
- Mittelachse
- 30
- erstes Zahnrad
- 31
- Umfang
- 32
- Verzahnung
- 33
- Zahn
- 34
- axiale Seitenfläche
- 35
- axiale Seitenfläche
- 40
- zweites Zahnrad
- 41
- axiale Seitenfläche
- 42
- Verzahnung
- 50
- Kupplungsring/Steckkonus
- 51
- Innenverzahnung
- 52
- Rückwand/Dichtfläche
- 53
- Außenverzahnung
- 60
- Ölkanal
- 61
- Ölnut
- 62
- Längsachse
- 63
- geschlossenes Ende
- 70
- Eingriffsbereich
