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Die vorliegende Erfindung ist auf eine Antriebswellenanordnung für ein Kraftfahrzeug gerichtet.
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In Kraftfahrzeugen dienen Antriebswellenanordnungen insbesondere zur Übertragung von Drehmomenten von einer Antriebseinheit auf ein Rad. Es sind Antriebswellenanordnungen für front- und heckgetriebene Kraftfahrzeuge als auch für allradangetriebene Kraftfahrzeuge bekannt. Für den Ausgleich von Bewegungen des Rades gegenüber den mit der Karosserie eines Kraftfahrzeuges verbundenen Komponenten weisen die Antriebswellenanordnungen Gleichlaufdrehgelenke und Verbindungswellen auf. Die Verbindungswellen erstrecken sich quer zur Längsachse eines Kraftfahrzeugs und im Wesentlichen parallel zur Vorder- und/ oder Hinterachse eines Kraftfahrzeugs. Insbesondere weist jedes angetriebene Rad eine eigene Antriebswellenanordnung auf.
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Als Antriebseinheiten werden regelmäßig Verbrennungskraftmaschinen, elektrische Antriebe oder Brennstoffzellenantriebe eingesetzt. Teilweise werden auch sogenannte hybride Antriebe eingesetzt, also Kombinationen der oben genannten Antriebseinheiten. Üblicherweise erstrecken sich die Antriebswellenanordnungen ausgehend von einem Getriebe oder von einem Differential in Richtung jeweils eines Rades. Das Getriebe bzw. das Differential ist über ein differential-/ getriebeseitiges Gleichlaufdrehgelenk mit der Verbindungswelle verbunden. Diese Verbindungswelle ist über ein radseitiges Gleichlaufdrehgelenk mit dem Rad verbunden. Durch diese Anordnung der Gleichlaufdrehgelenke können Drehmomente auch bei einer Verschwenkung des Rades gegenüber dem Differential/ Getriebe übertragen werden. Auch Verschiebungen in axialer Richtung der Verbindungswelle können ausgeglichen werden.
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Es ist bekannt, dass die Gleichlaufdrehgelenke so in Antriebswellenanordnungen angeordnet werden, dass die Verbindungswelle mit den jeweiligen Gelenkinnenteilen der Gleichlaufdrehgelenke verbunden ist. Das Gelenkaußenteil des radseitigen Gleichlaufdrehgelenks ist dabei mit einer zweiten Anschlusswelle verbunden und überträgt Drehmomente auf das Rad. Eine erste Anschlusswelle ist mit dem Gelenkaußenteil eines getriebe-/ differentialseitigen Gleichlaufdrehgelenkes verbunden und überträgt die Drehmomente der ersten Anschlusswelle auf die Verbindungswelle. Eine solche bekannte Seitenwellenanordnung ist in 2 dargestellt. Diese Anordnung wird seit langem und bis heute aus den folgenden Gründen so gewählt: die Gelenkaußenteile sind zusammen mit den jeweiligen Anschlusswellen zumeist jeweils einstückig ausgebildet, so dass zwei, mehrere Funktionen integrierende Bauteile hier bereitgestellt werden. Diese Integralbauteile weisen verschiedene Funktionen und Funktionsflächen auf. Zum einen dienen sie der Übertragung von Drehmomenten vom Differential/ Getriebe auf die Verbindungswelle und von der Verbindungswelle auf das Rad des Kraftfahrzeugs. Weiterhin werden durch diese Integralbauteile Anschläge, für das Radlager oder für das Getriebe bzw. Differentialgehäuse, sowie Spritzschutzvorrichtungen gebildet. Insbesondere werden hier Gelenkaußenteile mit (hin zum Rad bzw. zum Differential/ Getriebe) geschlossenen Stirnseiten genutzt, so dass die Gleichlaufdrehgelenke hin zum Rad und hin zum Differential besonders wirksam gegen Beschädigungen z. B. durch Steinschlag oder ähnliches geschützt sind. Diese seit Jahrzehnten bekannte und unverändert angewandte Anordnung von Gelenkaußenteilen und Gelenkinnenteilen in Antriebswellenanordnungen wird praktisch von allen Herstellern und für alle aktuellen Typen von Kraftfahrzeugen so verbaut.
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Die vorliegende Erfindung befasst sich mit der Großserienproduktion und der möglichst endkundenunabhängigen Konfiguration solcher Antriebswellenanordnungen.
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Gerade im Bereich der Großserienfertigung solcher Verbindungswellen und Antriebswellenanordnungen für unterschiedliche Kraftfahrzeuge sind die Anforderungen an alle Komponenten hinsichtlich Gewicht, Kosten, Belastbarkeit, Drehmomentübertragung, etc. gestiegen. Gleichzeitig muss eine sichere und einfache Montierbarkeit sowie eine hohe Dauerfestigkeit der einzelnen Bauteile im Einsatz gewährleistet werden.
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Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik geschilderten Probleme wenigstens teilweise zu lösen. Es soll insbesondere eine großserientaugliche, gewichtsreduzierte und weitgehend endkundenunabhängige Antriebswellenanordnung bereitgestellt werden.
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Dies wird erreicht mit einer Antriebswellenanordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie ein besonders vorteilhaftes Montageverfahren sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
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Die erfindungsgemäße Antriebswellenanordnung für ein Kraftfahrzeug umfasst zumindest:
- – eine erste (getriebe-/ differentialseitige) Anschlusswelle,
- – eine Verbindungswelle mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende,
- – ein erstes (getriebe-/ differentialseitiges) Gleichlaufdrehgelenk mit einem ersten Gelenkaußenteil und einem ersten Gelenkinnenteil sowie Drehmoment übertragenden Rollkörpern dazwischen,
- – ein zweites (radseitiges) Gleichlaufdrehgelenk mit einem zweiten Gelenkaußenteil und einem zweiten Gelenkinnenteil sowie Drehmoment übertragenden Rollkörpern dazwischen,
- – eine zweite (radseitige) Anschlusswelle,
wobei ausgehend von der ersten, mit einem Getriebe oder einem Differential verbundenen Anschlusswelle ein Drehmoment über das am ersten Ende der Verbindungswelle angeordnete erste Gleichlaufdrehgelenk, über die Verbindungswelle und das am zweiten Ende angeordnete zweite Gleichlaufdrehgelenk auf die zweite Anschlusswelle und auf ein mit der zweiten Anschlusswelle verbundenes Rad des Kraftfahrzeuges übertragbar ist, wobei das erste Gelenkaußenteil mit dem ersten Ende und das zweite Gelenkaußenteil mit dem zweitem Ende der Verbindungswelle verbunden sind.
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Die vorliegende Erfindung weicht somit erstmals von der seit Jahrzehnten üblichen Anordnung ab und schlägt insbesondere eine umgekehrte Anordnung der am Rad bzw. hin zum Differential bzw. Getriebe angeordneten Gleichlaufdrehgelenke vor.
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Die Antriebswellenanordnung verbindet insbesondere ein Getriebe oder ein Differential mit einem Rad, wobei ein Drehmoment ausgehend von dem Differential bzw. von dem Getriebe über die Verbindungswelle auf das Rad übertragen wird. Die Antriebswellenanordnung erstreckt sich also ausgehend von einer Längsachse des Kraftfahrzeugs seitlich nach außen hin zu einem Rad. Auf der Differential-/ Getriebeseite weist die Antriebswellenanordnung ein erstes Gleichlaufdrehgelenk auf, das ein erstes Gelenkaußenteil und ein erstes Gelenkinnenteil umfasst. Dabei ist nun das erste Gelenkaußenteil mit der Verbindungswelle verbunden. Das erste Gelenkinnenteil ist gegenüber dem ersten Gelenkaußenteil zumindest verschwenkbar innerhalb des ersten Gelenkaußenteils angeordnet und mit der ersten Anschlusswelle verbunden, so dass ein Drehmoment über die erste Anschlusswelle auf das erste Gelenkinnenteil und über im ersten Gelenk angeordnete Rollkörper auf das erste Gelenkaußenteil übertragbar ist.
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Auf der Radseite weist die Antriebswellenanordnung ein zweites Gleichlaufdrehgelenk auf, das ein zweites Gelenkaußenteil und ein zweites Gelenkinnenteil umfasst. Dabei ist nun das zweite Gelenkaußenteil mit der Verbindungswelle verbunden. Das zweite Gelenkinnenteil ist gegenüber dem zweiten Gelenkaußenteil zumindest verschwenkbar innerhalb des zweiten Gelenkaußenteils angeordnet und mit der zweiten Anschlusswelle verbunden. Ein Drehmoment ist damit von der Verbindungswelle auf das zweite Gelenkaußenteil und über im zweiten Gelenk angeordnete Rollkörper auf das zweite Gelenkinnenteil und über die zweite Anschlusswelle auf das Rad übertragbar.
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Das jeweilige Gelenkinnenteil ist insbesondere unabhängig von der Anschlusswelle herstellbar. „Unabhängig voneinander herstellbar“ heißt hier, dass die Anschlusswelle und das Gelenkinnenteil als Einzelteile unabhängig voneinander gefertigt und erst bei Zusammenbau der Antriebswellenanordnung bzw. bei Zusammenbau des Gleichlaufdrehgelenks miteinander verbunden werden. Die Anschlusswelle übernimmt daher zumindest ein Teil der Funktionen, die bei der Antriebswellenanordnung aus dem Stand der Technik bisher das Gelenkaußenteil übernommen hat. Insbesondere wird nun auf der zweiten Anschlusswelle ein Radlageranschlag (Adapterelement) bereitgestellt, so dass das Rad des Kraftfahrzeuges auf dem Radlager angeordnet und mit der zweiten Anschlusswelle verbunden werden kann. Weiterhin wird auf der zweiten Anschlusswelle insbesondere ein Spritzschutz angeordnet, der eine Beschädigung eines nun zum Rad hin orientierten Faltenbalges des Gleichlaufdrehgelenks sowie des Radlagers durch Steine oder Schmutzpartikel verhindert. Analog wird auf der ersten (getriebe-/ differentialseitigen) Anschlusswelle ein Anschlag bzw. ein Adapterelement angeordnet, so dass eine Verschiebung der ersten Anschlusswelle in der axialen Richtung gegenüber dem Differential bzw. dem Getriebe vermieden werden kann.
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Gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten Antriebswellenanordnung weist die erfindungsgemäße Antriebswellenanordnung den Vorteil auf, dass die bisher die endkundenspezifischen Anschlussmaße aufweisenden radseitigen und getriebe- bzw. differentialseitigen Gelenkaußenteile (Integralbauteil) nun durch die erste bzw. zweite Anschlusswelle ersetzt werden. Das Gelenkaußenteil war bislang ein komplex herzustellendes, glockenförmiges Bauteil, in dem technisch aufwändig Führungsbahnen für die Rollkörper (z. B. Kugeln bei Kugelgelenken oder ringförmige Rollkörper bei Tripodegelenken) des Gleichlaufdrehgelenks innen eingebracht werden mussten. In Abhängigkeit von den Kraftfahrzeugspezifikationen mussten diese Gelenkaußenteile bisher angepasst hergestellt werden. Durch die Umkehr der Anordnung des Gleichlaufdrehgelenks in der erfindungsgemäßen Antriebswellenanordnung kann nun insbesondere ausschließlich eine Anpassung der separat und leicht von außen bearbeitbaren Anschlusswelle erfolgen. Hierbei handelt es sich jedoch insbesondere um ein Drehteil, das heißt, das Bauteil kann durch eine spanabhebende Bearbeitung auf einer Drehmaschine kostengünstig hergestellt werden. Die komplexen Bauteile Gelenkinnenteil und Gelenkaußenteil können nun endkundenunabhängig in größerer Stückzahl für den jeweiligen Lastfall hergestellt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Verbindungswelle mit zumindest einem Gelenkaußenteil über eine Außenumfangsfläche des Gelenkaußenteils drehfest verbunden. Dies gilt insbesondere für den Fall, dass die Seitenwelle nach Art einer Hohlwelle ausgebildet ist. Eine solche Verbindung ist insbesondere so ausgeführt, dass die Bauteile Gelenkaußenteil und Verbindungswelle einander in einer axialen Richtung überschneiden und über einen (ringförmigen, umlaufenden) Umfangsbereich aneinander anliegen. Dieser Umfangsbereich dient beispielsweise zur Ausbildung einer kraftschlüssigen, stoffschlüssigen und/oder formschlüssigen Verbindung.
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Gleichwohl ist hier auch eine (zumindest abschnittsweise) massive Seitenwelle einsetzbar, die z. B. im Stumpfstoß über eine Stirnseite oder über eine Innenumfangsfläche an das Gelenkaußenteil angebunden werden kann. Als Verfahren zur stoffschlüssigen Verbindung sind insbesondere Reibschweißen oder Laserschweißen einzusetzen.
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Bei einer formschlüssigen Verbindung ist einer der Verbindungspartner einem anderen im Weg. Kraftschlüssige Verbindungen setzen eine Normalkraft auf die miteinander zu verbindenden Flächen voraus. Ihre gegenseitige Verschiebung ist verhindert, solange die durch die Haftreibung bewirkte Gegen-Kraft nicht überschritten wird. Stoffschlüssige Verbindungen werden alle Verbindungen genannt, bei denen die Verbindungspartner durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten werden. Sie sind gleichzeitig nicht lösbare Verbindungen, die sich nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel trennen lassen.
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Insbesondere ist die Verbindungswelle eine Hohlwelle. Die Hohlwelle weist eine gegenüber einem Außendurchmesser (überall gleich) dünne Außenwand auf, so dass der Querschnitt der Hohlwelle überwiegend durch den von der Außenwand begrenzten Hohlraum gebildet ist. Insbesondere kann die Wandstärke auch veränderlich ausgeführt sein, so dass unabhängig vom Außendurchmesser die Verbindungswelle eine annähernd gleiche Festigkeit bzw. ein annähernd gleiches torsionales Widerstandsmoment aufweist. Insbesondere weist die Verbindungswelle in einem Bereich mit einem großen Außendurchmesser dann eine kleinere Wandstärke auf als in einem Bereich mit einem kleineren Außendurchmesser. Die Hohlwelle ist zumindest abschnittsweise nach Art eines Zylinders ausgeführt und kann mit mindestens einer Aufweitung und/oder mindestens einer Verengung ausgeführt sein, wobei insbesondere die Wanddicke gleich bleibt. Weiterhin kann die Verbindungswelle an ihren Verbindungsstellen hin zu den Gelenkaußenteilen mit einer größeren Wandstärke versehen sein oder ein größeres torsionales Widerstandsmoment aufweisen, um einem Festigkeitsabfall durch Kerbwirkung an den Verbindungstellen entgegenzuwirken.
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Insbesondere weist die Verbindungswelle einen (geringsten) Außendurchmesser von mindestens 40 mm [Millimeter], bevorzugt mindestens 50 mm, und eine Wanddicke von maximal 3,5 mm [Millimeter], insbesondere maximal 2,5 mm, auf.
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Insbesondere ist die Verbindung zwischen Verbindungswelle und zumindest einem Gelenkaußenteil auf einem Durchmesser der Oberfläche (Innen- oder Außenumfangsfläche) des Gelenkaußenteils angeordnet, der hier als Weite bezeichnet ist. Diese Weite ist insbesondere größer als ein (größter) Innendurchmesser einer Aufnahme des ersten Gelenkinnenteils. Insbesondere wird hier auf den geringsten Durchmesser der Weite der Verbindung Bezug genommen. Über die Verbindung ist ein Drehmoment zwischen Verbindungswelle und Gelenkaußenteil übertragbar.
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Diese Anbindung der Verbindungswelle zumindest an das eine Gelenkaußenteil hat zur Folge, dass die drehmomentübertragende Verbindung zwischen Verbindungswelle und Gleichlaufdrehgelenk nun auf den größeren Durchmessern des Gelenkaußenteils und nicht (wie bei den bisher üblichen Ausgestaltungen) über den kleineren Durchmesser der Aufnahme eines Gelenkinnenteils erfolgt. Für eine derartige Verbindung über einen großen Durchmesser sind insbesondere dünnwandige Hohlwellen geeignet, so dass sich hier ein überraschend großes Gewichtseinsparpotential ergibt.
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Insbesondere wird vorgeschlagen, dass die Weite mindestens 10 %, bevorzugt mindestens 20 %, größer als ein größter Innendurchmesser einer Aufnahme des ersten Gelenkinnenteils ist. Insbesondere bezeichnet Aufnahme die Bohrung eines Gelenkinnenteils zur Aufnahme einer Welle (hier z.B. die Aufnahme für die erste bzw. zweite Anschlusswelle). Der hier angeführte größte Innendurchmesser der Aufnahme bezieht sich auf den Bereich der Aufnahme, der die Verbindung mit der Welle bewirkt.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Verbindungswelle einen kleinsten und einen größten Außendurchmesser aufweist, dass die Seitenwelle also insbesondere hin zu den Gelenkaußenteilen aufgeweitet ausgeführt ist. Insbesondere sollte der größte Außendurchmesser mindestens 20 %, bevorzugt mindestens 30 % größer sein als der kleinste Außendurchmesser.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist zumindest ein Gelenkaußenteil einen separaten Deckel auf, der das Gelenkaußenteil gegenüber der (hohlen) Verbindungswelle abdichtet.
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Der Deckel dichtet insbesondere die offene Stirnseite des Gelenkaußenteils insbesondere gegen einen Hohlraum der als Hohlwelle ausgebildeten Verbindungswelle ab, so dass der im Gleichlaufdrehgelenk befindliche Schmierstoff geschützt ist und/oder ein Austritt aus dem Gleichlaufdrehgelenk vermieden wird. Der Deckel ist insbesondere ein Blechbauteil. Der Deckel ist insbesondere ein separates Bauteil, das erst beim Zusammenbau der Antriebswellenanordnung bzw. beim Zusammenbau des Gleichlaufdrehgelenks z.B. mit dem Gelenkaußenteil verbunden wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Verbindungswelle aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt oder weist mindestens zu 70 Gew.-% Aluminium auf.
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Insbesondere wird für die Verbindungswelle der Werkstoff Stahl nicht verwendet. Insbesondere werden als Werkstoff für die Verbindungswelle Leichtbaumaterialien vorgeschlagen, die ein deutlich geringeres spezifisches Gewicht als Stahl aufweisen (insbesondere um mindestens 20 % weniger). Als Werkstoff wird insbesondere Titan vorgeschlagen, insbesondere mit einem Legierungsanteil von mindestens 70 Gew.-%.
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Die Herstellung einer Verbindungswelle aus einem Faserverbundwerkstoff ist dabei besonders vorteilhaft. Durch die Anordnung der Gleichlaufdrehgelenke in der Art, dass nun die Gelenkaußenteile mit der Verbindungswelle verbunden sind, wird es ermöglicht, dass die Verbindungswelle als Hohlwelle mit einem geringstem Außendurchmesser von mindestens 40 mm eingesetzt werden kann. Die Verbindungswelle kann mit diesem Außendurchmesser unmittelbar an das Gelenkaußenteil angebunden werden. Bevorzugt wird die Verbindungswelle direkt auf zumindest ein Gelenkaußenteil auflaminiert, wobei insbesondere die Außenumfangsfläche des Gelenkaußenteils als Verbindungsfläche hin zur Verbindungswelle genutzt wird. Insbesondere sind auf der Außenumfangsfläche des Gelenkaußenteils Strukturen vorgesehen, die eine in Umfangsrichtung und/oder in axialer Richtung formschlüssige Verbindung zwischen dem Faserverbundwerkstoff der Hohlwelle und dem Gelenkaußenteil bewirken. Durch die nun auch im Bereich der Verbindung zwischen Verbindungswelle und Gelenkaußenteil möglichen großen Außendurchmesser der Verbindungswelle (größer als 40 mm) können auch besonders dünnwandige Verbindungswellen (z. B. mit Wandstärken zwischen 0,5 und 2,0 mm, insbesondere weniger als 1,5 mm) zur Übertragung von Drehmomenten eingesetzt werden. Derartige Verbindungen lassen sich jedoch auch an einer Innenumfangsfläche des Gelenkaußenteils realisieren.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist zumindest ein Gleichlaufdrehgelenk ein Kugel-Gleichlaufdrehgelenk oder ein Tripodegelenk. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass für das erste und das zweite Gleichlaufdrehgelenk gleiche Gelenktypen eingesetzt werden, bevorzugt aber unterschiedliche. Derartige Gelenke sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden daher hier nicht näher beschrieben. Insbesondere sind als Kugel-Gleichlaufdrehgelenk nahezu alle Gelenktypen einbaubar, insbesondere auch Verschiebegelenke oder Festgelenke, auch Gelenke ohne Käfige für die Rollkörper. Als Gelenktypen sind zu nennen: Festgelenke der Bauart Rzeppa (AC, UF), Gegenbahngelenke, Festgelenke der Bauart Countertrack (SX); Verschiebegelenke in Tripodebauweise, Kugelverschiebegelenke der Bauarten VL, DO, SC.
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Insbesondere wird vorgeschlagen, dass zumindest eine der Anschlusswellen über eine Kerbverzahnung mit dem jeweiligen Gelenkinnenteil drehfest verbunden ist, wobei eine Position dieser Anschlusswelle relativ zu diesem Gelenkinnenteil in einer axialen Richtung durch einen Sicherungsring fixiert ist. Insbesondere wird die Anschlusswelle also in der Aufnahme (Bohrung) des Gelenkinnenteils angeordnet.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Gleichlaufdrehgelenk hin zur jeweiligen Anschlusswelle durch einen Faltenbalg abgedichtet ist, wobei ein großer Abdichtungsdurchmesser des Faltenbalges zumindest mittelbar auf dem jeweiligen Gelenkaußenteil und ein kleiner Abdichtungsdurchmesser des Faltenbalges auf der Anschlusswelle befestigt ist.
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Dabei weist der Faltenbalg bevorzugt ein Verhältnis von axialer Länge zu großem Abdichtungsdurchmesser auf (axiale Länge / Abdichtungsdurchmesser), das höchstens 0,85 beträgt. Üblicherweise liegt das Verhältnis für in diesem Anwendungsgebiet eingesetzte Faltenbälge bei höheren Werten.
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Es werden hier also erstmals sehr „kurze“ Faltenbälge eingesetzt, so dass der Abstand zwischen Gelenkmitte und einer Anlagefläche am Radlager (oder am differential-/ getriebeseitigem Anschlag) gering gehalten werden kann. Damit verursachen auch größere Einfederungen/ Relativbewegungen des Rades gegenüber dem Differential/ Getriebe jetzt nur noch geringere Beugewinkel der Gleichlaufdrehgelenke.
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Insbesondere wird vorgeschlagen, dass zumindest eine Anschlusswelle als Hohlwelle ausgeführt ist. Die obigen Ausführungen zur hohlen Verbindungswelle im Hinblick auf die Werkstoffauswahl sind auch hier gültig.
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Gemäß einer Weiterbildung weist zumindest eine Anschlusswelle mindestens ein Adapterelement auf, das eine axiale Fixierung der Verbindungswelle relativ zum Rad, zu einem Getriebe oder zu einem Differential bewirkt. Insbesondere wird nun auf der zweiten Anschlusswelle ein Radlageranschlag (Adapterelement) bereitgestellt, so dass das Rad des Kraftfahrzeuges auf dem Radlager angeordnet und mit der zweiten Anschlusswelle verbunden werden kann. Analog wird auf der ersten (getriebe-/ differentialseitigen) Anschlusswelle ein Anschlag bzw. ein Adapterelement angeordnet, so dass eine Verschiebung der ersten Anschlusswelle in der axialen Richtung gegenüber dem Differential bzw. dem Getriebe vermieden werden kann.
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Insbesondere wird vorgeschlagen, dass zumindest auf einer Anschlusswelle mindestens ein Deckelelement angeordnet ist, das eine axiale Dichtfläche mit einer Gegenfläche an einem Differentialgehäuse oder an einer Radlagereinheit bildet. Insbesondere ist das mindestens eine Deckelelement aus Kunststoff hergestellt ist.
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Weiterhin wird auf der zweiten Anschlusswelle insbesondere ein Spritzschutz angeordnet. Dadurch wird verhindert, dass ein nun zum Rad hin orientierter Faltenbalg des Gleichlaufdrehgelenks oder das Radlager durch Steine oder Schmutzpartikel geschädigt wird.
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Es wird weiterhin ein Verfahren zum Einbau einer erfindungsgemäßen Antriebswellenanordnung vorgeschlagen, wobei zumindest das erste und das zweite Gleichlaufdrehgelenk, die Verbindungswelle, jeweils ein Faltenbalg an jedem Gleichlaufdrehgelenk und ein Schmierstoff in den Gleichlaufdrehgelenken miteinander zu einer Baugruppe verbunden werden und diese Baugruppe erst nachfolgend in einem Kraftfahrzeug montiert wird.
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Außerdem wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, aufweisend eine Antriebseinheit, ein Getriebe und mindestens ein Differential, sowie zumindest eine erfindungsgemäße Antriebswellenanordnung, wobei ein Drehmoment ausgehend von der Antriebseinheit über das Getriebe, oder zusätzlich über das mindestens eine Differential, auf die erste Anschlusswelle, und von der ersten Anschlusswelle über das erste Gelenkinnenteil auf das erste Gelenkaußenteil und die Verbindungswelle, und weiter über das zweite Gelenkaußenteil auf das zweite Gelenkinnenteil und die zweite Anschlusswelle, und von der zweiten Anschlusswelle auf ein Rad des Kraftfahrzeugs übertragbar ist.
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Die hier vorgeschlagene Antriebswellenanordnung ermöglicht es, dass komplex herzustellende Gelenkaußenteile nun (weitgehend) ohne endkundenspezifische Abmaße (hin zur Radseite und/ oder Getriebe-/ Differentialseite) als Großserienbauteil in erhöhter Stückzahl hergestellt werden können. Dadurch können Produktionskosten in erheblichem Maß eingespart werden. Die kundenspezifischen Anbindungsmaße werden nun durch die Anschlusswellen bereitgestellt, die wesentlich einfacher (z. B. als Drehteil) und kostengünstiger hergestellt werden können.
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Mit anderen Worten ist die Antriebswellenanordnung nun kostengünstiger und mit geringerer Komplexität herstellbar ist, wobei die Anbindung an endkundenspezifische Anschluss-Bauteile durch einfach herzustellende Drehteile sichergestellt wird. Weiterhin kann überraschend das Gesamtgewicht der Antriebswellenanordnung deutlich reduziert werden. Dies wird dadurch erreicht, dass die Verbindungswelle nun als Hohlwelle, mit größerem Außendurchmesser und entsprechend geringerer Wanddicke, hergestellt werden kann. Die Anbindung der Verbindungswelle an die Gelenkaußenteile kann nun an einer für die Hohlwelle technisch günstigeren (größeren) Weite der Gelenkaußenteile erfolgen. Dieser Durchmesser der Verbindung zwischen Gelenkaußenteil und Verbindungswelle erlaubt es insbesondere, dass hier keine Aufdickung der Hohlwelle notwendig ist, so dass Material an der Verbindungswelle im Bereich der Verbindung eingespart werden kann. Weiterhin können gewichtsreduzierte Konstruktionen für das Gelenkaußenteil umgesetzt werden. Insbesondere kann ein Gelenkaußenteil mit beidseitig offenen Stirnseiten eingesetzt werden, wobei nun die eine Stirnseite durch einen (dünnwandigen) Deckel verschließbar ist, z. B. hin zur Verbindungswelle. Die andere Stirnseite wird weiterhin durch einen Faltenbalg abgedichtet. Die sonst aus dem Stand der Technik bekannten einseitig geschlossenen ausgeführten Gelenkaußenteile wiesen regelmäßig eine besonders starke Wanddicke im Bereich der geschlossenen Stirnseite auf, da hier die drehmomentübertragende Anbindung an die einstückig mit dem Gelenkaußenteil ausgeführte Anschlusswelle vorlag.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Gegenstände. Es zeigen:
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1: ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebswellenanordnung,
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2: eine aus dem Stand der Technik bekannte Antriebswellenanordnung,
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3: eine Antriebswellenanordnung,
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4: eine weitere Antriebswellenanordnung,
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5: eine weitere Ausführungsart einer Antriebswellenanordnung,
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6: ein Detail einer Antriebswellenanordnung.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 2 mit einer Antriebseinheit 43 und einem mit der Antriebseinheit 43 verbundenem Getriebe 35 bzw. Differential 34. An das Getriebe 35 bzw. an das Differential 34 angebunden sind zwei Antriebswellenanordnungen 1, die sich ausgehend von einer in die Figurenebene hinein erstreckenden Längsachse 50 jeweils seitlich nach außen erstrecken, so dass Drehmomente von der Antriebseinheit 43 über das Getriebe 35, bzw. über das Differential 34 und die Antriebswellenanordnungen 1 auf die Räder 15 übertragbar sind. Die Räder 15 des Kraftfahrzeugs 2 stehen hier auf einem Untergrund 47. Die Antriebswellenanordnung 1 links von dem Getriebe 35 in der 1 ist über ein an dem (getriebeseitigen) ersten Ende 4 der Verbindungswelle 3 angeordnetes erstes Gleichlaufdrehgelenk 6 mit erstem Gelenkaußenteil 7, erstem Gelenkinnenteil 8 und dazwischen angeordneten Rollkörpern 9 über eine erste Anschlusswelle 13 mit dem Getriebe 35 bzw. mit dem Differential 34 verbunden. Ausgehend von dem ersten Gleichlaufdrehgelenk 6 erstreckt sich die Verbindungswelle 3 hin zu einem (radseitigen) zweiten Ende 5, an dem ein zweites Gleichlaufdrehgelenk 10 angeordnet ist. Das zweite Gleichlaufdrehgelenk 10 weist ein zweites Gelenkaußenteil 11 auf, das mit dem zweiten Ende 5 der Verbindungswelle 3 verbunden ist. Ein Drehmoment wird ausgehend von der Verbindungswelle 3 über das zweite Ende 5 auf das zweite Gelenkaußenteil 11 des zweiten Gleichlaufdrehgelenks 10 übertragen. Von dem zweiten Gelenkaußenteil 11 wird das Drehmoment über Rollkörper 9 auf das zweite Gelenkinnenteil 12 und von dort auf die zweite Anschlusswelle 14 übertragen. Die zweite Anschlusswelle 14 ist über eine Radlagereinheit 40 mit dem Rad 15 verbunden. Die Radlagereinheit 40 und das Rad 15 stützen sich gegen einen Radlageranschlag 46 ab, der auf der zweiten Anschlusswelle 14 angeordnet ist. Die Radlagereinheit 40 stützt sich über eine Karosserieanbindung 45 an der Karosserie 44 des Kraftfahrzeugs 2 ab.
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Rechts von dem Getriebe 35 in 1 ist eine weitere (weitgehend identisch aufgebaute) Antriebswellenanordnung 1 angeordnet. Diese erstreckt sich zwischen einem (zumindest teilweise im Getriebe 35 angeordnetem) Differential 34 und einem anderen Rad 15 des Kraftfahrzeugs 2. Ein Drehmoment wird ausgehend von der Antriebseinheit 43 über das Getriebe 35 auf ein Differential 34 übertragen und von dort auf die Antriebswellenanordnung 1.
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1 zeigt eine angetriebene Vorder- bzw. Hinterachse eines Kraftfahrzeugs 2. Das Differential 34 ist nicht zwingend im Bereich des Getriebes 35 angeordnet. Weiterhin ist das Getriebe 35 ist nicht zwingend im Bereich der Antriebswellenanordnung 1 angeordnet. Getriebe 35 und Antriebseinheit 43 können z.B. auch im vorderen Teil eines Kraftfahrzeuges 2 angeordnet sein, wobei Drehmomente über eine Längswellenanordnung (auch) auf das Differential 34 der Hinterachse übertragen werden. Die erfindungsgemäße(n) Antriebswellenanordnung(en) 1 ist (sind) dann (auch) an der Hinterachse angeordnet.
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2 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Antriebswellenanordnung 1. Links im Bild ist das (radseitige) zweite Ende 5 der Verbindungswelle 3 mit einem zweiten Gelenkinnenteil 12 eines zweiten Gleichlaufdrehgelenks 10 verbunden. Drehmomente werden ausgehend von einem ersten Gleichlaufdrehgelenk 6 über das erste Gelenkaußenteil 7, über Rollkörper 9 und erstes Gelenkinnenteil 8 auf das (getriebe-/ differentialseitige) erste Ende 4 der Verbindungswelle 3 übertragen. Über die Verbindungswelle 3 werden Drehmomente über das zweite Ende 5 auf das zweite Gelenkinnenteil 12 und über die Rollkörper 9 auf das zweite Gelenkaußenteil 11 übertragen. Mit dem zweiten Gelenkaußenteil 11 einstückig verbunden ist eine zweite Anschlusswelle 14, ausgeführt zur Anbindung an ein Rad 15 (hier nicht gezeigt). Das zweite Gelenkaußenteil 11 weist hier weiterhin einen Radlageranschlag 46 und eine Aufnahmefläche für einen Spritzschutz 48 auf. Weiterhin ist erkennbar, dass das zweite Gleichlaufdrehgelenk 10 hin zur Verbindungswelle 3 einen Faltenbalg 29 aufweist, der die Verbindungswelle 3 und das zweite Gelenkaußenteil 11 miteinander verbindet und so das zweite Gleichlaufdrehgelenk 10 abdichtet. Durch den Faltenbalg 29 wird das im zweiten Gleichlaufdrehgelenk 10 enthaltene Schmierfett 41 zurückgehalten und ein Eintrag von Schmutz von außen in das zweite Gleichlaufdrehgelenk 10 verhindert.
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3 zeigt eine Antriebswellenanordnung 1, wobei ein Drehmoment ausgehend von der ersten Anschlusswelle 13 und dem (getriebe-/ differentialseitigen) ersten Gleichlaufdrehgelenk 6 über ein erstes Gelenkaußenteil 7 auf ein erstes Ende 4 einer Verbindungswelle 3 übertragen wird. Die Verbindungswelle 3 überträgt das Drehmoment über das zweite Ende 5 auf ein (radseitiges) zweites Gelenkaußenteil 11 eines zweiten Gleichlaufdrehgelenks 10. Ausgehend von dem zweiten Gelenkaußenteil 11 wird das Drehmoment über Rollkörper 9 auf das zweite Gelenkinnenteil 12 übertragen und von dort auf die unabhängig von dem zweiten Gelenkinnenteil 12 hergestellte zweite Anschlusswelle 14. Die zweite Anschlusswelle 14 weist einen Radlageranschlag 46 als Adapterelement 33 und eine Aufnahme für einen Spritzschutz 48 auf. Der Spritzschutz 48 bildet als Deckelelement 36 eine axiale Dichtfläche 37 mit einer Gegenfläche 38 an einer Radlagereinheit 40. Auch an der ersten Anschlusswelle 13 ist ein Spritzschutz 48 angeordnet, der hier ebenfalls eine axiale Dichtfläche 37 mit einer (nicht dargestellten) Gegenfläche 38 an einem Differentialgehäuse 39 bzw. an einem Getriebe 35 bildet.
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Ein Faltenbalg 29 verbindet das erste Gelenkaußenteil 7 und die erste Anschlusswelle 13 und dichtet so das erste Gleichlaufdrehgelenk 6 nach außen ab. Ein großer Abdichtungsdurchmesser 30 des Faltenbalges 29 ist auf dem ersten Gelenkaußenteil 7 auf dessen Außenumfangsfläche 17 angeordnet. Der kleine Abdichtungsdurchmesser 31 ist auf der ersten Anschlusswelle 13 befestigt. Der Faltenbalg 29 erstreckt sich in der axialen Richtung 27 über eine axiale Länge 32.
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Die Verbindungswelle 3 ist an dem zweiten Ende 5 und an dem ersten Ende 4 mit den jeweils geschlossen ausgeführten Stirnseiten 53 der Gelenkaußenteile 7, 11 verbunden. Die Anschlusswellen 13, 14 sind jeweils über Kerbverzahnungen 25 mit den Gelenkinnenteilen 8, 12 drehfest verbunden. Die Position 26 der Anschlusswellen 13, 14 relativ zu dem jeweiligen Gelenkinnenteil 8, 12 in einer axialen Richtung 27 wird durch Sicherungsringe 28 fixiert.
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Die Antriebswellenanordnung 1, mit zumindest erstem und zweitem Gleichlaufdrehgelenk 6, 14, Verbindungswelle 3, Faltenbälgen 29, Schmierstoffen 41, und Anschlusswellen 13, 14 und ggf erforderlichen Sicherungsringen 28 bildet eine Baugruppe 42, die insbesondere unabhängig von einem Zusammenbauort eines Kraftfahrzeuges 2 erzeugt werden kann. Diese Baugruppe 42 kann entsprechend als vormontierte Einheit in einem Kraftfahrzeug 2 verbaut werden.
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4 zeigt eine weitere Antriebswellenanordnung 1. Zwischen dem ersten Gleichlaufdrehgelenk 6 und dem zweite Gleichlaufdrehgelenk 10 ist hier die Verbindungswelle 3 als Hohlwelle 16 ausgeführt. Die Hohlwelle 16 kann mit den einseitig geschlossen ausgeführten Gelenkaußenteilen 7, 11 z. B. durch Reibschweißen oder Laserschweißen, oder auch durch andere Schweißverfahren verbunden werden.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsart einer Antriebswellenanordnung 1. Auch hier sind erstes Gelenkaußenteil 7 und zweites Gelenkaußenteil 11 über eine als Hohlwelle 16 ausgeführte Verbindungswelle 3 miteinander verbunden. Die an beiden Stirnseiten 53 offen ausgeführten Gelenkaußenteile 7, 11 werden hier hin zur Verbindungswelle 3 jeweils durch Deckel 24 abgedichtet. Durch eine derartige Ausführung der Gelenkaußenteile 7, 11 mit davon unabhängig hergestelltem Deckeln 24 können deutlich gewichtsreduzierte Gelenkaußenteile 7, 11 bereitgestellt werden.
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Hier erfolgt die Anbindung der Verbindungswelle 3 an das zweite Gelenkaußenteil 11 nicht über eine geschlossen ausgeführte Stirnseite 53 sondern über eine Verbindung 20 auf einem größeren Durchmesser des zweiten Gelenkaußenteils 11. Die Verbindung 20 ist hier auf einer Weite 21 an einer Innenumfangsfläche 51 des zweiten Gelenkaußenteils 11 angeordnet. Die Verbindung 20 und damit die Drehmomentübertragung verläuft über einen kleinsten Durchmesser der Weite 21, der wesentlich größer ist als der Innendurchmesser 22 der Aufnahme 23 des zweiten Gelenkinnenteils 12. Die Hohlwelle 16 weist hierbei einen geringsten Außendurchmesser 18 und eine Wanddicke 19 auf.
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Zu erkennen ist, dass die Gleichlaufdrehgelenke 6, 10 durch Faltenbälge 29 hin zur zweiten Anschlusswelle 14 (am zweiten Gleichlaufdrehgelenk 10) bzw. hin zur getriebe- oder differentialseitigen ersten Anschlusswelle 13 (am ersten Gleichlaufdrehgelenk 6) abgedichtet werden.
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6 zeigt ein Detail einer Antriebswellenanordnung 1 im Schnitt. Die Anordnung ist rotationssymmetrisch zur Mittelachse 49 ausgeführt, so dass hier lediglich die Bauteile oberhalb der Mittelachse 49 dargestellt sind. Gezeigt ist hier eine zweite Anschlusswelle 14, auf der ein zweites Gelenkinnenteil 12 angeordnet ist. Das zweite Gelenkinnenteil 12 weist eine Aufnahme 23 mit einem Innendurchmesser 22 zur Aufnahme der zweiten Anschlusswelle 14 auf. Zwischen zweitem Gelenkaußenteil 11 und zweitem Gelenkinnenteil 12 sind Rollkörper 9 angeordnet. Eine als Hohlwelle 16 ausgeführte Verbindungswelle 3 ist über eine Verbindung 20 an einer Außenumfangsfläche 17 des zweiten Gelenkaußenteils 11 angebunden. Die Verbindung 20 und damit die Drehmomentübertragung verläuft über einen kleinsten Durchmesser der Weite 21, der wesentlich größer ist als der Innendurchmesser 22 der Aufnahme 23 des zweiten Gelenkinnenteils 12.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Verbindungswelle 3 aus einem Faserverbundwerkstoff besteht. Dieser kann direkt auf das zweite Gelenkaußenteil 11 auflaminiert werden. Im Bereich der Verbindung 20 können Strukturen, z. B. Erhebungen und/oder Vertiefungen (nicht gezeigt) vorgesehen werden, die einen
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Formschluss zwischen dem Material der Verbindungswelle 3 und der Außenumfangsfläche 17 des zweiten Gelenkaußenteils 11 in Umfangsrichtung 52 und/oder in axialer Richtung 27 bewirken. Ein Deckel 24 schließt/dichtet das zweite Gelenkaußenteil 11 gegenüber der Hohlwelle 16 ab.
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Mit Bezug auf die Figurenbeschreibung sei noch darauf hingewiesen, dass diese beispielhafte Ausführungsformen darstellen, die zum Teil Merkmalskombinationen aufweisen, die so nicht zwingend vorgesehen sein müssen. Vielmehr wurden auch Merkmalskombinationen angeführt, um die Anzahl der Figuren gering zu halten. Folglich ist es ohne weiteres möglich, technische Merkmale aus einer Figur zu extrahieren und mit anderen Merkmalen aus anderen Figuren oder Erläuterungen der allgemeinen Beschreibung miteinander zu kombinieren. Etwas anderes soll nur gelten, wenn vorstehend explizit auf eine notwendige Kombination von Merkmalen hingewiesen wird oder diese Kombination der Merkmale für den Fachmann technisch zwingend ist, um eine Drehmomentübertragung zu realisieren.
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Die Ausführungen zum ersten Gleichlaufdrehgelenk 6 gelten weitgehend auch für das zweite Gleichlaufdrehgelenk 11 und umgekehrt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebswellenanordnung
- 2
- Kraftfahrzeug
- 3
- Verbindungswelle
- 4
- Erstes Ende
- 5
- Zweites Ende
- 6
- Erstes Gleichlaufdrehgelenk
- 7
- Erstes Gelenkaußenteil
- 8
- Erstes Gelenkinnenteil
- 9
- Rollkörper
- 10
- Zweites Gleichlaufdrehgelenk
- 11
- zweites Gelenkaußenteil
- 12
- zweites Gelenkinnenteil
- 13
- erste Anschlusswelle
- 14
- zweite Anschlusswelle
- 15
- Rad
- 16
- Hohlwelle
- 17
- Außenumfangsfläche
- 18
- Außendurchmesser
- 19
- Wanddicke
- 20
- Verbindung
- 21
- Weite
- 22
- Innendurchmesser
- 23
- Aufnahme
- 24
- Deckel
- 25
- Kerbverzahnung
- 26
- Position
- 27
- Axiale Richtung
- 28
- Sicherungsring
- 29
- Faltenbalg
- 30
- Großer Abdichtungsdurchmesser
- 31
- Kleiner Abdichtungsdurchmesser
- 32
- Axiale Länge
- 33
- Adapterelement
- 34
- Differential
- 35
- Getriebe
- 36
- Deckelelement
- 37
- Axiale Dichtfläche
- 38
- Gegenfläche
- 39
- Differentialgehäuse
- 40
- Radlagereinheit
- 41
- Schmierstoff
- 42
- Baugruppe
- 43
- Antriebseinheit
- 44
- Karosserie
- 45
- Karosserieanbindung
- 46
- Radlageranschlag
- 47
- Untergrund
- 48
- Spritzschutz
- 49
- Mittelachse
- 50
- Längsachse
- 51
- Innenumfangsfläche
- 52
- Umfangsrichtung
- 53
- Stirnseite
