DE2210701A1

DE2210701A1 - Zahnschaltwerk mit zylinderverriegelung

Info

Publication number: DE2210701A1
Application number: DE2210701A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Fehrenbacher
Original assignee: Kieninger and Obergfell GmbH and Co
Current assignee: Kieninger and Obergfell GmbH and Co
Priority date: 1972-03-06
Filing date: 1972-03-06
Publication date: 1973-09-13
Also published as: CH315973A4; US3813952A; IT981138B; CH599582B5; FR2175475A5; GB1429673A

Description

Fabrik für technische

Laufwerke und Apparate

St. Georgen/Schwarzwald 9 9 1 Π7Π

Patentanmeldung

Zahnschaltwerk mit Zylinderverriegelung

Die Erfindung hat ein Zahnschaltwerk mit Zylinderverriegelung zum Gegenstand mit einem, ein mit diesem in einer ersten Ebene angeordnetes zweites Zahnrad antreibenden Zahnsegment und einem mit diesem beweglichen, in einer zweiten Ebene angeordneten Zylindersegment, das mit einem, mit dem angetriebenen Zahnrad umlaufenden Formteil zusammenwirkt, wobei das angetriebene Zahnrad vom antreibenden Zahnsegment bei einem jeden Umlauf des letzteren um einen bestimmten Winkelschritt weitergedreht und dann durch das in das Formteil einlaufende Zylindersegment fixiert wird.

Zweck der Erfindung ist es, ein mechanisches Schaltwerk, insbesondere für Zwecke der Feinmechanik und Zeitmeßtechnik zu schaffen, welches ohne Hebel oder sonstige Kadraturteile arbeitet, preiswert herstellbar ist, aus wenigen Einzelteilen besteht, günstige Übertragungsverhältnisse bietet, leicht eingebaut werden kann und verschleißarm arbeitet, sowie nur wenig Platz beansprucht.

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Es soll ein Zahnschaltwerk geschaffen werden, welches insbesondere dazu dient, bei in Laufwerken erfolgenden intermittierenden Bewegungsübertragungen, die ihrem Betrag nach durch äußere Einflüsse unerwünschte Änderungen erfahren, eine Stabilisierung der jeweiligan Fortstellbewegung zu erreichen.

In dem Handbuch "Bauelemente der Feinmechanik¹¹, von 0. Richter und R„ v, Voss, VEB Verlag Technik Berlin, 1954, Seiten 415 und 416, insbesondere Bild 1519» ist ein Zahnschaltwerk mit Zylinderverriegelung beschrieben und dargestellt. Bei dem Zahnschaltwerk nach Bild I5I9 dieser Veröffentlichung kämmt ein Zahnsegment mit einem verhältnismäßig großen Teilkreisradius mit einem angetriebenen Rad verhältnismäßig kleinen Teilkreisdurchmessers. Der Eingriff stellt eine Untersetzung dar, so daß bei jedem Durchlauf des Zahnsegmentes das angetriebene Zahnrad um mehr als eine Umdrehung weitergestellt wird. Zur formschlüssigen Fixierung der erreichten Schrittposition ist dem angetriebenen Rad ein Formteil verhältnismäßig großen Durchmessers zugeordnet, welches längs seines Umfanges mehrere kreisbogenförmige Ausnehmungen aufweist, in welche ein dem antreibenden Zahnsegment zugeordnetes Zylindersegment bei gelöstem Eingriffsverhältnis zwischen den beiden Verzahnungen zur Feststellung des getriebenen Rades einlaufen kann.

Diese bekannte Anordnung eines einleitend definierten Zahnschaltwerkes mit Zylinderverriegelung befriedigt jedoch aus verschiedenen Gründen nicht.

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Zunächst stört der verhältnismäßig große Platzbedarf der Anordnung, der einmal durch das verhältnismäßig große dem angetriebenen Had zugeordnete Formteil und ferner durch den verhältnismäßig großen Teilkreisradius des antreibenden Zahnsegmentes bedingt ist. Hinzu kommt, daß durch die vorveröffentlichte Anordnung eine Weiterstellung des angetriebenen Hades um nur eine volle Umdrehung oder gar nur um Bruchteile einer solchen,, verhältnismäßig schwierig zu verwirklichen ist und außerdem die formschlüssige Fixierung zwischen Zylindersegment des treibenden und Formteil des getriebenen stark von den jeweiligen Toleranzen der Teile abhängig ist.

Es sind zwar, wie aus den Bildern 152o — 1522 der Seite 416 des angezogenen Werkes hervorgeht, Zahnschaltwerke mit Zylinderverriegelung bekannt, bei welchen das angetriebene Had um nur Bruchteile einer Umdrehung desselben weiterstellbar ist. Es handelt sich hierbei um ,sogenannte Malteser-Kreuzgetriebe, welche jedoch den Nachteil aufweisen, daß die Bewegungsübertragung zwischen antreibendem und getriebenem Had nicht linear verläuft, sondern nach einer durch die Form der miteinander in Eingriff stehenden Teile gegebenen Funktion erfolgt. Hierdurch ist jedoch keine gleichmäßige Übertragung de:· Drehmomentes möglich, so daß Stöße und Schläge innerhalb des Getriebes auftreten, die Funktionsunsicherheiten und hohen Verschleiß zur Folge haben«,

1)(·γ !-irfindung liegt deshalb die Aufgabenstellung zugrunde, die lj{;I.<tjinl,'i !Einrichtung einus Vielzahnschaltwerkes mit Zylinderverj i i'i'a I IUi₁". der einleitend definierten Art solchermaßen weiterzubilden, (];i Ij.;i ,»lin.s I,i "en itaiiinbcdinuuniren eine-Untersetzung djjs Antriebes

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und Schrittschaltbetätigungen von Bruchteilen einer vollen Umdrehung des getriebenen Rades möglich werden. Das der Fixierung dienende Formteil soll eine solche Ausgestaltung erfahren, daß auftretende Toleranzen von geringerem Einfluß auf die Stabilität der Fixierung sind.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß das Formteil durch die Peripherie des Zylindersegmentes tangierende Zahnprofile eines Zahnrades gebildet ist.

Eine mögliche Ausfiihrungsform der Erfindung besteht darin, daß die die Peripherie des Zylindersegmentes tangierenden Zahnprofile Zahnflanken von Zähnen des getriebenen Rades sind.

Hierbei wird zweckmäßig eine solche Anordnung der Erfindung gewählt, daß das Verzahnungssegment des antreibenden Rades und das' mit diesem verbundene Zylindersegment ineinander unmittelbar benachbarten Ebenen angeordnet und die das Zylindersegment peripher tangierenden Zahnflanken durch verlängerte, in die Ebene desselben hineinragende Zähne des angetriebenen Rades gebildet sind.

_ Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die

««j zwischen den beiden das Zylindersegment peripher tangierenden

O Zähne des getriebenen Rades, vor der Eingriffsmittellinie, im Eingriffsbereich liegenden η -Zähne verringerte Zahntiefe aufweisen, und daß den Zähnen des Zahnsegmentes η-Zähne entgegengesetzt verringerter Zahntiefe vorgeordnet sind, welche die n-Ziihn« des getriebenen Hades ohne Flankenberiihrung unterwandern und erst, mit einem hinter der Eingriffsmittellinie liegenden /ahn zur Planken-

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berührung gelangen*

Bei der Anordnung des bekannten Zahnschaltwerkes mit Zylinderverriegelung nach der einleitend beschriebenen Art erfolgt die Eingriffskupplung beim Einwandern des Zahnsegmentes in die Verzahnung des getriebenen Hades vor der Eingriffsmittellinie, was nachteilig ist, denn die hier auftretende einkaufende Reibung kann zu Ungleichmäßigkeiten in der Kraftübertragung und zu erhöhtem Verschleiß führen. Durch die vorstehend vorgeschlagene, entgegengesetzte Verringerung der Zahntiefe können einer oder mehrere der einlaufenden Zähne die im Eingriffsbereich vor der Eingriffsmittellinie liegenden Zähne bzw. Zahnflanken des getriebenen Rades ohne Eingriff sberührung passieren und gelangen erst mit den Flanken eines oder mehrerer Zähne, welche hinter der Eingriffsmittelliiiie liegen, in Eingriff.

Eine weitere zweckmäßige Ausbildung der Erfindung kann darin bestehen, daß die Endflanken des Zylindersegmentes mit den Zahninnenflanken der beiden äußeren Schaltzähne deckungsgleich und verlängerte Zahnprofile derselben sind.

Schließlich ist es vorteilhaft, die Anordnung nach der Erfindung so auszubilden, daß die Teile des getriebenen und des treibenden Rades jeweils ganzteilig aus Kunststoff im Kunststoffspritzverfahren hergestellt sind. Dadurch wird eine preiswerte, gleichmaßige Herstellung der Teile gewährleistet, wobei gleichzeitig durch die Wahl eines geeigneten Kunststoffes Geräuscharmut im Betrieb und hohe Verschleißfestigkeit zu erreichen sind.

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Die Erfindung ermöglicht die Anordnung eines Zahnschaltwerkes mit Zylinderverriegelung in der Getriebekette von Laufwerken, Uhrwerken, Meßwerken etc₀ als normales Radpaar, ohne daß besondere Übersetzungsfolgen zurDewältigung ungünstiger Abmessungen des Zahnschaltwerkes zu beachten wären. Das Zahnschaltwerk besteht nur aus zwei Teilen, irgendwelche Hast- oder Hebeleinrichtungen entfallen vollständig» Anfang und Ende der Fortschaltung des getriebenen Rades ist genau definiert und der Bewegungseinsatz und das Bewegungsende treten momentan ein„ Während der Fortschaltbewegung erfolgt eine gleichmäßige Bewegungsübertragung vom treibenden auf das getriebene Rad„ Das Fortschaltverhältnis ist durch die Wahl entsprechender Zähnezahlen bei der Neukonstruktion eines solchen Getriebes variierbar,, Durch die Verwendung von Kunststoffteilen ist das Getriebe preiswert und mit gleichbleibenden Abmessungen herstellbar_a Durch die gleichmäßige Kraftübertragung und die Herstellung der Teile aus Kunststoff ist die Funktion auch bei höheren Drehzahlen bzw_o Fortschaltgeschwindigkeiten sichergestellt und verschleißarm. Toleranzen in den Abmessungen der beiden Getriebeteile beeinträchtigen die Fixierung des angetriebenen Rades in der Ruhepause und die Funktionstüchtigkeit der Anordnung nur unwesentlich»

In den beigegebenen Zeichnungen ist die Erfindung im einzelnen dargestellt, es zeigen:

Figur 1 ein Zahnschaltwerk mit Zylinderverriegelung nach der Erfindung in der Ruhestellung des angetriebenen Zahnrades.

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ein Zahnschaltwerk mit 'Zylinderverriegelung nach der Erfindung, kurz vor Beginn einer Weiterschaltung des angetriebenen Zahnrades.

Figur 3 ein Zahnschaltwerk mit Zylinderverriegelung nach der Erfindung im Augenblick der beginnenden Weiterschaltung des angetriebenen Zahnrades.

Figur 3 ein Zahnschaltwerk mit Zylinderverriegelung nach der Erfindung, kurz nach erfolgter Weiterschaltung des angetriebenen Zahnrades.

A s dar Figur 1 geht hervor, daß das Zahnschaltwerk mit Zylinderverriegelung nach der Erfindung aus einem antreibenden Getriebeteil 1 und einem angetriebenen Getriebeteil 2 aufgebaut ist. Das antreibende Getriebeteil 1 besteht aus dem Zahnsegment 3 und dein Zylindersegment h, während das angetriebene Getriebeteil 2 durch ein Zahnrad mit tiefen Zähnen (i), mittleren Zähnen (il) und kurzen Zähnen (Hl) gebildet ist« Beide Getriebeteile 1 und 2 sind um ihreMittelpunktachsen Ml und M2 verdrehbar. Die Lagerung beider Teile 1 und 2 innerhalb des sie tragenden Werkgestelles erfolgt durch Wellen mit Za ρ ΙΌ Ji oder durch Bolzen, welche in die Bohrungen 5 und 6 der beiden Ge triebe teil e eingebracht sind.

Das Zahm·ί'ίίΐίΐ»η ι ~ und da.s Zylindersegment h des antreibenden Getriebeteil r?£ 1 sind in zvei verschiedenen Ebenen angeordnet.

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In den Darstellungen der Figuren 1 bis 4 ist das Zahnsegment 3 als hinter dem Zylindersegment 4 angebracht gezeigt. Die Schaltzähne 7 des Zahnsegmentes 3, die von mittlerer Länge sind (il), kämmen während der Fortschaltbewegung mit den tiefen (i), mittleren (il) und kurzen (ill) Zähnen des Getriebeteiles 2, Die Bezeichnungen tief, mittel und kurz beziehen sich hierbei auf die Abmessungen der Zähne der beiden Getriebeteile in Richtung senkrecht zur Zeichenebene. Die mittleren Zähne (il) des Getriebeteiles 2 bewegen sich in der gleichen Ebene, wie die Zähne 7 (il) des Zahnsegmentes 3» während die tiefen Zähne (i) des Getriebeteiles 2 auch noch in die Ebene des Zylindersegmentes 4 reichen, mit diesem abschließen oder dieses sogar überragen. Die Flanken 8* dieser tiefen (i) Zähne 8, liegen in den Punkten A tangierend an der Peripherie des Zylindersegmentes 4 an. Zwischen den beiden peripherietangierenden tiefen (i) Zähnen 8 des Getriebeteiles 2 sind zwei gestrichelt gezeichnete Zähne 9 und Io angeordnet, die vom Zylindersegment 3 verdeckt sind. Der Zahn 9 ist ^von mittlerer Länge (il), während der Zahn Io kurz (ill) ist. Entsprechend der Anzahl der auf und/oder vor der Eingriffsniittellinie EM im Eingriffsbereich der Zähne 7 des Zahnsegmentes 3 liegenden η-Zähne (lo) des Getriebeteiles 2 sind den Schaltzähnen 7 des Zahnsegmentes 3,die von mittlerer Länge (il) sind, die gleiche Anzahl (n) Zähne 11 kurzer Länge (ill) vorgesetzt, welche gegenüber der Ebene des oder der Zähne Io versetzt angeordnet· sind, so daß dieZähne Io und 11 einander ohne Flankenberührung übereinander passieren können. Diese Position der beiden Getriebeteile 1 und 2 zueinander ist in Figur 2 dargestellt.

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Die Zähne 9 ^und lo, die kurz (ill) sind, passieren einander ohne Flankenberührung in verschiedenen Ebenen, Hierbei ist es im wesentlichen von der Werkzeuggestaltung abhängig, welcher der einander passierenden Zähne Io und 11 hinter oder vor dem anderen angeordnet ist.

Bei der Weiterbewegung des Getriebeteiles 1 gelangen schließlich der erste Schaltzahn 7 des Zahnsegnientes 3 ^u*id der diesem vorgesetzte Zahn 11 - beide etwa gleichzeitig - mit Planken des Zahnes (Zahn 11) und des Zahnes Io (Zahn 7) in Beriihrnng. Nun erst beginnen der eigentliche Eingriff und die Übertragung der Portschaltbewegung auf das Getriebeteil 2. Durch die Zuordnung des Zahnes Io und dessen 'Höhenversatz gegenüber dem Zahn Io erfolgt bei Beginn der Bewegungsübertragung ein Eingriff der Zähne 9 ^UI*d 11 erst hinter der Eingriffsmittellinie EM, wodurch die einleitenden Abwälzbedingungen begünstigt werden. Diese beginnende Fortschaltposition der beiden Getriebeteile 1 und 2 ist in der Figur 3 dargestellt,,

Durch die Zuordnung von zueinander höhenversetzten kurzen (ill) Zähnen 11, Io auf den Getriebeteilen 1 und 2, werden stoßende Heibungseffekte bei Beginn der Abwälzbewegung auf Grund von auftretender eingehender Reibung des Eingriffes vermieden,, Eine momentan beginnende kontinuierliche Fortschaltung des angetriebenen Getriebeteiles 2 durch das antreibende Getriebeteil 1 ist so gewährleistet.

- Io -

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- Io -

Die den entsprechend der Anzahl der auf der Eingriffsiaittellinie RM und/oder zwischen Ringriffsmittellinie RM und linkem peripherietangierendem Zahn 8 im Eingriffsbereich liegenden Zähnen Io auf dem Zahnsegment 3 vorgeordneten, höhenversetzten, kurzen (ill) Zähnen 11 beeinflussen also das Schaltverhältnis zwischen Getriebeteil 1 und Getriebeteil 2 nicht, sondern diese dienen nur zur Verbesserung der einleitenden Ueibungsverhältnisse zu Beginn der Fortschaltung des angetriebenen Getriebeteiles2_t

Es ist eine solche Anordnung der Erfindung denkbar, daß von den beiden peripherietangierenden Zähnen B des Getriebeteiles 2 eine ungerade Anzahl von Zähnen (9» lo) eingeschlossen wird. In diesem Falle würde ein Zahn mittig zur Eingriffsmittellinie EM stehen.

Da der Überdeckungsgrad größer als 1 ist, wird ein jeder Zahn des angetriebenen Getriebeteiles 2 durch die Zähne 7 des Zahnsegmentes 3 um einen mehr als einer Teilung entsprechenden Winkelbetrag fortgestellt.

Die Endflanken 12, 13 des Zylindersegmentes 4 sind in die Innenflanken der Zahnprofile des ersten und des letzten Schaltzahnes 7 des Zahnsegmentes 3 einbezogen und darüber hinaus noch bis zur Peripherie des Zylindersegmentes 4 als Evolvente weitergeführt. Die bei der Fortstellbewegung des Getriebeteiles 2 schließlich aus dessen Verzahnung auslaufende Anfangflanke 13 des Zylindersegmentes 4, welche in einem Teilverlauf gleich ist der Innenflanke des letzten Schaltzahnes 7, führt den während der nächsten Ruhestellung des Getriebeteiles 2 das Zylindersegment 4 rechts im Punkt a

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tangierenden tiefen (i) Zahn 8 längs der Eingriffslinie El - E2 und darüber hinaus noch weiter, bis er die rechte im Punkte a peripher tangierende Position einnimmt. Diese Auslaufposition zeigt die Figur 4 der zeichnerischen Unterlagen.

Diese Fortstellung entspricht aber einer Weiterdrehung um 5 Zähne, wohingegen das Zahnsegment 3 nur 4 Schaltzähne 7 aufweist. Da das angetriebene Getriebeteil 2o Zähne besitzt, bei einer jeden vollen Umdrehung des antreibenden Hades 1 jeweils 5 Zähne verstellt werden, liegt also eine effektive Übersetzung 1 : 4 vor.

Der Radkörper des Getriebeteiles 2 weist im wesentlichen eine den tiefen Zähnen (i) entsprechende Stärke auf. Lediglich im Bereich zwischen den peripherietangierenden Zähnen 8 ist eine das Zylindersegment 4 aufnehmende Lücke vorgesehen, welche die Stärke des Radktirpers auf die Stärke der mittleren (il) Zähne reduziert. Die Stärke der kurzen (ill) Zähne entspricht etwas weniger als der Hälfte der Stärke der mittleren Zähne (il).

Die in den Figuren 1-4 dargestellte Ausführungsform der Erfindung sleJll ein zweckmäßiges Ausführungsbeispiel dar. Das Zahnsegment 3 vuriügt über 4 Schaltzähne 7 und einen kurzen (ill) vorgesetzten Zahn lic Dem angetriebenen Getriebeteil 2 sind 2o Zähne zugeordnet, die in vier Gruppen zu je einem tiefen (i) Zahn 8, einem mittleren (Ji) Zahn 9, einem kurzen (ill) Zahn Io und zwei weiteren tiefen (l) Zühmiii längs des Umfanges angeordnet sind.

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Das Zylindersegment 4 weist einen, die einander zugewandten Zahnflanken der den kurzen (ill) und den mittleren (il) Zahn 9» 1° flankierenden tiefen (il) Zähne 8 tangierenden 'Durchmesser auf.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

( I₉J Zahnschaltwerk mit Zylinderverriegelung mit einem, ein mit diesem in einer ersten Ebene angeordnetes zweites Zahnrad antreibenden Zahnsegment und einem mit diesem beweglichen, in einer zweiten Ebene angeordneten Zylindersegment, das mit einem, mit dem angetriebenen Zahnrad umlaufenden Formteil zusammenwirkt, wobei das angetriebene Zahnrad vom antreibenden Zahnsegment bei einem jeden Umlauf des letzteren um einen bestimmten Winkelschritt weiterdrehbar und dann durch das Formteil einlaufende Zylindersegment fixierbar ist,
dadurch gekennzeichnet,

dali das Formteil durch die Peripherie (4¹) des Zylindersegmentes (4) tangierende Zahnprofile (8¹) eines Zahnrades (2) gebildet ist.
2. Zahnschaltwerk mit Zylinderverriegelung, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die die Peripherie (4¹) des Zylindersegmentes (4) tangierenden Zahnprofile (ö) Zahnflanken (8¹) von Zähnen (δ) des getriebenen Bades (2) sind.

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3, Zahnschaltwerk mit Zylinderverriegelung, nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß das Zahnsegment (3) des antreibenden Rades (l) und das mit diesem verbundene Zylindersegment (4) in einander, unmittelbar benachbarten Ebenen angeordnet und die das Zylindersegment ('1) peripher tangierenden Zahnflanken (8') durch verlängerte, in die Ebene desselben hineinragende Zähne (8) des angetriebenen llades (2) gebildet sind»
4, Zahnschaltwerk mit Zylinderverriegelung, nach Anspruch 1-3» dadurch gekennzeichnet,

daß die zwischen den beiden das Zylindersegment (4) peripher tangierenden Zähnen (8) des getriebenen Rades (2), vor der Eingriffsmittellinie (EM) im Eingriffsbereich liegenden η-Zähne (lo) verringerte Zahntiefe (ill) aufweisen und daß den Zähnen (7) des Zahnsegmentes (3) η-Zähne (ll) entgegengesetzt verringerter Zahntiefe (ill) vorgeordnet sind, welche d ie η-Zähne (lo) des getriebenen Rades (2) ohne Flankenberiihrung passieren und erst mit einem hinter der Eingriffsmittellinie (EM) liegenden Zahn (9) zur Flankenberührung gelangen.
5, Zahnschaltwerk mit Zylinderverriegelung, nach Anspruch % — 4_r, dadurch gekennzeichnet,

daß die Endlfanken (12, 13) des Zylindersegmentes (4.) mit den Zahninnenflanken der beiden äußeren Schftltzähne (i?) deckungsgleich und verlängerte Zahnprofile derselben, sind.

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6„ Zahnschaltwerk mit Zylinderverriegelung, nach Anspruch 1—5» dadurch gekennzeichnet,

daß die Teile des getriebenen (2) und des treibenden Bades (l) jeweils ganzteilig aus Kunststoff im Kunststoffspritzverfahren hergestellt sind,
7. Zahnschaltwerk mit Zylinderverriegelung, nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet,

daß das Zahnsegment (3) vier Schaltzähne (7) und einen kurzen (ill) vorgesetzten Zahn (ll) aufweist, daß das angetriebene Ilad (2) 2o Zähne aufweist, die in vier Gruppen zu je einem tiefen (i) Zahn (δ),einem mittleren (ll) Zahn (9)? einem kurzen (ill) Zahn (lo) und zwei weiteren, tiefen (i) Zähnen längs des Umfanges dieses Rades (2) angeordnet sind,

und daß das Zylindersegment (4) einen die Zahnflanken der den kurzen (ill) und den mittleren (ll) flankierenden tiefen (i) Zähne (8) tangierenden Durchmesser aufweist.

St. Georgen, d_e 29<,o2.1972 TB-Ku/tfie/286

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