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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Antriebselement und ein Verfahren zum Verwenden eines Antriebselementes.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Getriebe bekannt, welche Zähne umfassen, die in einem Zahnträger radial verschieblich gelagert sind. Zum Antrieb der Zähne werden Antriebselemente mit einer Profilierung, wie beispielsweise Kurvenscheiben, verwendet. Die Zähne greifen in eine Verzahnung ein, sodass es zu einer Relativbewegung zwischen dem Zahnträger mit den Zähnen und der Verzahnung kommt. Die Relativbewegung zwischen Verzahnung und Zähnen ist dabei um mindestens eine Größenordnung geringer als die Bewegung des Antriebselementes mit der Profilierung. Auf diese Weise lassen sich hohe Übersetzungen erzielen, ein Beispiel eines solchen Getriebes ist in der
DE 10 2007 011 175 A1 veröffentlicht.
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Allerdings sind bekannte Getriebe dieser Bauart teilweise unflexibel in Bezug auf eine Integrierung in Antriebsstränge, also Kombinationen von Motor, und ein oder mehreren Getrieben. Es besteht ein Bedarf, Getriebe der eingangs beschriebenen Art in flexibel in Bausätze oder Antriebsstränge integrieren zu können.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, Getriebe oder Teile von Getrieben oder Bausätze anzugeben, welche gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen verbessert sind, wobei insbesondere eine verbesserte Flexibilität erreicht werden soll oder die Fertigung vereinfacht werden soll. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Verwenden solcher Vorrichtungen anzugeben.
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Die Aufgabe wird mit einem Antriebselement nach dem Anspruch 1 und einem Verfahren zum Verwenden eines Antriebselementes nach dem nebengeordneten Anspruch gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus dieser Beschreibung.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Antriebselement für ein Getriebe, insbesondere Koaxialgetriebe mit radial in einem Zahnträger geführt und verschieblich gelagerten Zähnen, welche mit ihren Zahnfüßen auf Schwenksegmenten gelagert sind und mit ihren Zahnköpfen in eine Verzahnung eingreifen, wobei das Antriebselement umfasst:
eine Kurvenscheibe mit einer Profilierung zum Lagern von Wälzkörpern, auf welcher die Schwenksegmente in Umlaufrichtung verschieblich gelagert sind, einen Lagerabschnitt, welcher axial neben der Kurvenscheibe angeordnet ist, einen Lochkreis, welcher in dem Lagerabschnitt vorgesehen ist.
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Ein weiterer Aspekt betrifft ein Getriebe mit einem Antriebselement in einer der hierin beschriebenen typischen Ausführungsformen und mit radial in einem Zahnträger geführt und verschieblich gelagerten Zähnen, welche mit ihren Zahnfüßen auf Schwenksegmenten gelagert sind und mit ihren Zahnköpfen in eine Verzahnung eingreifen, wobei die Schwenksegmente mit Wälzkörpern auf der Kurvenscheibe des Antriebselementes gelagert sind.
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Ein weiterer Aspekt betrifft einen Bausatz mit einem Antriebselement in einer der hierin beschriebenen typischen Ausführungsformen und einem Anbauteil, welches einen Anbau-Lagerabschnitt mit einem Außendurchmesser entsprechend einem Außendurchmesser des Lagerabschnitts des Antriebselements und/oder einen Anbau-Lochkreis mit einem Durchmesser entsprechend des Durchmessers des Lochkreises des Antriebselements umfasst.
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Ein weiterer Aspekt betrifft einen Antriebsstrang mit einem Getriebe in einer der hierin beschriebenen Ausführungsformen und einem Antrieb, dessen Abtriebselement mit einem Anbauteil mit dem Antriebselement des Getriebes verbunden ist, wobei zwischen der Anbau-Stufe des Anbauteils und der Stufe des Antriebelementes ein Lagerinnenring eines Lagers fixiert ist.
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Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verwenden eines Antriebselementes in einer der hierin beschriebenen typischen Ausführungsformen zum Verbinden eines das Antriebselement umfassenden Getriebes mit einem Anbauteil.
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Ausführungsformen der Erfindung betreffen insbesondere Koaxialgetriebe. Üblicherweise umfassen typische Getriebe oder Getriebe, für die Antriebselemente von Ausführungsformen vorgesehen sind, eine innenliegende Kurvenscheibe mit einer Profilierung als Antriebselement und ein Hohlrad mit einer innenliegenden Verzahnung oder ein außenliegendes Antriebselement mit innerer Profilierung und ein innenliegendes Zahnrad oder eine innenliegende Zahnstange, welche für den Fall des außenliegenden Antriebselementes die Verzahnung stellt. Konfigurationen von Ausführungsformen betreffen Lineargetriebe zur Umsetzung einer Rotation in eine Linearbewegung.
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Die Verzahnung ist typischerweise eine umlaufende Verzahnung. In die Verzahnung greifen die Zähne oder die Zahnköpfe der Zähne ein, wobei die Zähne typischerweise linear radial verschieblich relativ zu dem Zahnträger gelagert sind. Dabei bedeutet „linear radial“ üblicherweise, dass eine Führung in radialer Richtung vorliegt, welche lediglich eine Bewegung des Zahnes in radialer Richtung zulässt. Typischerweise lässt sich durch die Führung das Zahnsegment in genau einer Richtung linear verschieben, dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Zahn über eine bestimmte Streckenlänge einen gleichbleibenden Querschnitt in Verschieberichtung aufweist, wobei der Zahnträger ebenfalls eine Öffnung für das Zahnsegment mit gleichbleibendem Querschnitt aufweist. Üblicherweise sind die Zähne in dem Zahnträger jeweils in genau einer Richtung verschieblich gelagert, typischerweise in Richtung der Längsachse des Zahnes. Weiterhin ist bei typischen Ausführungsformen der Rotationsfreiheitsgrad der Zähne relativ zu dem Zahnträger um die Längsachse des Getriebes gesperrt. Dies kann beispielweise mit einer linearen Führung der Zähne in radialer Richtung in dem Zahnträger erreicht werden. Auf diese Weise drehen sich die Zähne mit dem Zahnträger um die Längsachse des Getriebes, allerdings nicht relativ zu dem Zahnträger.
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Bei typischen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Getriebe ist zumindest ein Teil der Zähne biegesteif ausgeführt. Der Begriff „biegesteif“ ist dabei typischerweise technisch zu verstehen, das heißt, dass Biegungen der Zähne aufgrund der Steifigkeit des Materials der Zähne derart klein sind, dass sie für die Kinematik des Getriebes zumindest im Wesentlichen unbedeutend sind. Biegesteife Zähne umfassen insbesondere Zähne, welche aus einer Metalllegierung, insbesondere Stahl oder einer Titanlegierung, einer Nickellegierung oder anderen Legierungen hergestellt sind. Weiterhin können auch biegesteife Zähne aus Kunststoff vorgesehen werden, insbesondere bei Getrieben, bei welchen auch zumindest einer der folgenden Teile ebenfalls aus Kunststoff hergestellt ist: Verzahnung an einem Hohlrad oder einem Zahnrad, Zahnträger und Antriebselement. Bei typischen Ausführungsformen der Erfindung sind der Zahnträger und die Zähne aus einer Metalllegierung oder zusätzlich noch die Verzahnung oder weiter zusätzlich das Antriebselement aus einer Metalllegierung hergestellt. Solche Getriebe bieten den Vorteil, dass sie äußerst verdrehsteif und hoch belastbar sind. Getriebe aus Kunststoff bieten den Vorteil, dass sie ein geringes Gewicht aufweisen. Mit dem Ausdruck „biegesteif“ ist insbesondere eine Biegesteifigkeit um eine Querachse des Zahnsegments gemeint. Dies bedeutet insbesondere, dass bei einer Ansicht des Zahnsegments als Balken von einem Zahnfuß zu einem Zahnkopf eine Biegesteifigkeit vorliegt, welche Biegeverformungen zwischen Zahnkopf und Zahnfuß zumindest im Wesentlichen ausschließt. Durch die Biegesteifigkeit wird eine extrem hohe Belastbarkeit und Verdrehsteifigkeit des Getriebes erreicht.
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Bei typischen Ausführungsformen ist zwischen dem Zahn und der Profilierung ein Schwenksegment angeordnet, welches auf einer Wälzlagerung gelagert ist, welche wiederum auf der Profilierung aufliegt. Vorteilhafte Ausführungsformen umfassen ein Schwenksegment, welches zwischen dem Antriebselement mit der Profilierung und jeweils mindestens einem Zahn angeordnet ist. Das Schwenksegment ermöglicht eine Verkippung des Zahnes relativ zu der Profilierung oder relativ zu dem Schwenksegment. Typischerweise sind auf einem Schwenksegment mindestens zwei Zähne gelagert. Mehrere auf einem Schwenksegment gelagerte Zähne sind typischerweise in einer Reihe in axialer Richtung nebeneinander angeordnet.
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Typischerweise ist das Zahnsegment mit dem Schwenksegment lose verbunden. Dabei bedeutet „lose Verbindung“ vorzugsweise, dass das Zahnsegment lediglich auf das Schwenksegment aufgestellt, üblicherweise direkt aufgestellt ist. Bevorzugte Schwenksegmente umfassen ein Profil, welches ein Abrutschen des Zahnes von dem Schwenksegment oder ein Verrutschen des Schwenksegments zumindest in einer Richtung verhindert. Es sollte berücksichtigt werden, dass die Schwenksegmente auf diese Weise durch die radial und linear geführten Zähne in ihrer Lage in Umlaufrichtung relativ zu dem Zahnträger gehalten werden. Ein solches Profil kann beispielsweise ein Wulst sein, welcher in eine Vertiefung eingreift. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass das Zahnsegment nicht über das Schwenksegment gleitet. Damit wird erreicht, dass das Schwenksegment auf die Position des Zahnes festgelegt wird und eine Relativbewegung ìn Umfangsrichtung zwischen Zahnsegment und Schwenksegment ausgeschlossen wird. Vorzugsweise ist dabei das Profil derart angeordnet, dass eine Verschieblichkeit in Umfangsrichtung gesperrt wird, sodass ein Abrutschen in Umfangsrichtung vermieden wird. Bei weiteren Ausführungsformen können jedoch auch Kalotten-förmige, Kugel-förmige oder andere Erhebungen vorgesehen sein, welche ein Verrutschen der Schwenksegmente relativ zu den Zähnen verhindern.
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Typische Schwenksegmente ermöglichen eine segmentierte Lagerung. Bei typischen Ausführungsformen bilden die Schwenksegmente oder andere Lagersegmente wie Platten eine segmentierte Lagerung. Die segmentierte Lagerung bietet den Vorteil, dass sie sich der Profilierung des Antriebselements anpassen kann und andererseits eine zuverlässige Kraftübertragung in radialer Richtung ermöglicht.
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Die Schwenksegmente weisen vorzugsweise einander zugewandte Kanten mit Erhebungen und Vertiefungen auf, beispielsweise eine Wellenform oder eine gezackte Form. Dies bietet den Vorteil, dass Nadelrollen, welche unterhalb der Schwenksegmente angeordnet sind, auch bei einem größeren Abstand zwischen den Schwenksegmenten zuverlässig in dem Raum zwischen den Schwenksegmenten und dem Antriebselement gehalten werden.
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Die lose Verbindung zwischen dem Zahnsegment und dem Schwenksegment bietet den Vorteil eines einfachen Aufbaus. Dabei bedeutet „lose Verbindung“ insbesondere, dass die Zähne nicht gegenüber einem Abheben von den Schwenksegmenten geschützt sind. Ein Abheben der Zähne von den Schwenksegmenten ist bei gattungsgemäßen Getrieben in der Regel dadurch verhindert, dass die Zähne an den Zahnköpfen durch die Verzahnung geführt sind.
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Typische Ausführungsformen der Erfindung umfassen ein Antriebselement mit einer Profilierung. Die Profilierung weist vorzugsweise eine nicht-kreisförmige oder eine nichtellipsoide Bogenform oder Kurve auf. Die nicht-kreisförmige oder nicht-ellipsoide Bogenform bietet den Vorteil, dass beliebige Profilierungen verwendet werden können, um beispielsweise unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse einzustellen. Im Sinne dieser Anmeldung fallen Exzenter ebenfalls unter kreisförmige oder ellipsoide Formen, da bei Exzentern lediglich die Drehachse nicht der Mittelachse der Kreisform entspricht, gleichwohl jedoch eine Kreisform vorhanden ist. Bei typischen Ausführungsformen sind der Zahnträger oder die Verzahnung kreisförmig ausgebildet. Dies bietet den Vorteil einer einfachen Geometrie für den Zahnträger und die Verzahnung. Typischerweise erfolgt die Kraftübertragung auf der langsamen Seite des Getriebes zwischen der Verzahnung und dem Zahnträger. Dies bietet den Vorteil, dass der Weg für die Kraftübertragung äußerst kurz ist, sodass eine äußerst hohe Steifigkeit erreicht werden kann. Ausführungsformen, welche diese Bedingungen erfüllen, sind in einer nicht abschließenden Ausführung: Getriebe mit innenliegender Kurvenscheibe als Antrieb und außenliegendem Hohlrad mit Verzahnung, wobei der Zahnträger zwischen Hohlrad und Kurvenscheibe angeordnet ist; außenliegende Profilierung an einem Hohlrad zum Antrieb der radial beweglichen Zähne nach innen gegen eine Verzahnung, welche auf einem Zahnrad oder einer Zahnstange angeordnet ist.
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Die Verzahnung und die Zähne weisen typischerweise gekrümmte Flanken auf. Beispiele für Krümmungen der Flanken sind eine zylinderförmige Krümmung oder eine Krümmung in Form einer logarithmischen Spirale. Für eine mögliche Ausführungsform einer Krümmung in Form einer logarithmischen Spirale wird auf die
DE 10 2007 011 175 A1 verwiesen. Die gekrümmte Oberfläche bietet den Vorteil, dass die in Eingriff stehenden Flanken flächig und nicht lediglich linien- oder punktförmig anliegen. Auf diese Weise wird eine extreme Steifigkeit bei der Kraftübertragung zwischen der Verzahnung und den Zähnen erreicht.
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Bei typischen Ausführungsformen ist axial neben der Kurvenscheibe ein Lagerabschnitt angeordnet, welcher einen Lochkreis aufweist. Der Lochkreis ist typischerweise in dem Lagerabschnitt integriert, wobei Bohrungen des Lochkreises bei Ausführungsformen auch bis in die Kurvenscheibe hineinragen können. Auf diese Weise wird eine kompakte Bauform erreicht. Der Lagerabschnitt ist typischerweise zylinderförmig oder weist einen zylinderförmigen Abschnitt auf. Typischerweise ist der Außenumfang des Lagerabschnitts gehärtet und/oder exakt gefertigt. Auf diese Weise wird eine exakte Lagerpassung erreicht. Bei typischen Ausführungsbeispielen ist das gesamte Antriebselement gehärtet. Auf diese Weise wird erreicht, dass mit einem gehärteten Bauteil mehrere Bedürfnisse befriedigt werden können, nämlich die exakte Lagerpassung sowie eine gehärtete Lauffläche für die Wälzkörper der Lagerung der Schwenksegmente auf der Kurvenscheibe.
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Bei typischen Ausführungsformen ist die Kurvenscheibe hohl ausgeführt, wobei der Innendurchmesser der Kurvenscheibe kleiner ist als der Durchmesser des Lochkreises. Dabei bezeichnet der Durchmesser des Lochkreises typischerweise den Durchmesser, welcher durch die Mittelachsen der Bohrungen beschrieben wird. Bei weiteren Ausführungsformen ist der Innendurchmesser der Kurvenscheibe kleiner als die radiale Ausdehnung nach innen des Lochkreises.
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Bei typischen Ausführungsformen weist die Kurvenscheibe Borde zur axialen Lagerung der Wälzkörper auf. Auf diese Weise ist nicht zwingend erforderlich, zusätzliche axiale Sicherungen für die Wälzkörper vorzusehen.
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Typische Ausführungsformen umfassen Schwenksegmente mit flachen oder stufenlosen Wälzlagerflächen oder Bordlagerflächen oder Flächen, welche der Wälzlagerung zugewandt sind. Dies ermöglicht eine einfache Herstellung der Schwenksegmente. Typischerweise können die Schwenksegmente jeweils mit einer Wälzlagerfläche auf den Wälzkörpern aufliegen, wobei an den Schwenksegmenten in axialer Richtung beidseitig jeweils eine Bordlagerfläche angeordnet ist. Die beiden Bordlagerflächen liegen typischerweise zumindest teilweise auf den Borden der Kurvenscheibe auf. Auf diese Weise wird eine Sicherung der Schwenksegmente gegen Verkippen um eine axiale Richtung in Bezug auf das Getriebe verhindert. Typische Wälzkörper sind Nadelrollen, wobei jedoch auch Kugeln oder andere Wälzkörper verwendbar sind.
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Typischerweise ist das Antriebselement einstückig ausgebildet. Typische Antriebselemente umfassen eine integrale Ausführung der Kurvenscheibe zusammen mit dem Lagerabschnitt. Typischerweise ist der Lagerabschnitt unmittelbar angrenzend an die Kurvenscheibe integral zusammen mit der Kurvenscheibe ausgeführt. Bei typischen Ausführungsformen kann auf der gegenüberliegenden Seite der Kurvenscheibe, insbesondere gegenüberliegend zu dem Lagerabschnitt, ein zusätzlicher Wellenabschnitt vorgesehen sein, welcher integral mit der Kurvenscheibe und dem Lagerabschnitt ausgeführt ist. Ein solcher Wellenabschnitt kann beispielsweise eine Steckverzahnung aufweisen oder glatt ausgeführt sein und eine Klemmverbindung ermöglichen oder mit einem Rotor eines Motors verbunden werden. Auf diese Weise wird eine kompakte Ausführung erreicht.
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Bei typischen Ausführungsformen ist zwischen dem Lagerabschnitt und der Kurvenscheibe ein Zwischenabschnitt vorgesehen. Bei weiteren Ausführungsformen schließt sich die Kurvenscheibe unmittelbar an den Lagerabschnitt an. Typischerweise ist zwischen der Kurvenscheibe und dem Lagerabschnitt eine Stufe vorgesehen.
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Typischerweise weist der Lagerabschnitt einen geringeren Durchmesser auf als ein kleinster Durchmesser der Kurvenscheibe oder eines Bordes der Kurvenscheibe. Auf diese Weise kann eine Stufe geschaffen werden.
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Bei Ausführungsformen wird die Stufe mit einem Zwischenabschnitt geschaffen, welcher zwischen der Kurvenscheibe und dem Lagerabschnitt angeordnet ist. Dies ermöglicht eine universellere Wahl des kleinsten Radius der Kurvenscheibe.
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Typischerweise ist die Stufe am Außenumfang des Antriebselements vorgesehen, wobei typische Stufen eine Fixierung oder eine Klemmung eines Lagers ermöglichen, insbesondere eines Rillen-Kugellagers oder allgemeiner eines Wälzlagers, beispielsweise allgemein eines Kugellagers oder eines Wälzlagers mit konischen oder zylinderförmigen Wälzkörpern.
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Typische Ausführungsformen von Bausätzen umfassen ein Antriebselement in einer der hierin beschriebenen typischen Ausführungsformen. Weiterhin umfassen solche Bausätze typischerweise ein Anbauteil, welches ein Anbau-Lagerabschnitt mit einem Außendurchmesser entsprechend einem Außendurchmesser des Lagerabschnitts des Antriebselements aufweist.
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Typische Ausführungsformen von Anbauteilen umfassen einen Anbau-Lochkreis mit einem Durchmesser entsprechend des Durchmessers des Lochkreises des Antriebselements. Durch die identische Durchmesserwahl für die Lochkreise wird erreicht, dass das Anbauteil mit dem Antriebselement mittels Schraub- oder Bolzen-Verbindungen oder allgemein Fixiermitteln verbunden werden kann. Identische Außendurchmesser der Lagerabschnitte ermöglichen eine Lagerung beider Bauteile an der Schnittstelle zwischen dem Antriebselement und dem Anbauteil mit einem Lager. Weiterhin wird eine Klemmung oder Fixierung eines Lagerinnenrings bzw. des Lagers durch das Antriebselement einerseits und das Anbauteil andererseits erreicht. Dies kann den Aufbau vereinfachen und eine Montage beschleunigen.
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Typische Anbauteile der Erfindung umfassen am Außenumfang eine Anbau-Stufe zum Fixieren des Lagers. Typischerweise schließt sich die Anbau-Stufe an den Anbau-Lagerabschnitt an. Typischerweise ist das Anbauteil hohl. Bei typischen Ausführungsformen der Erfindung entspricht der Innendurchmesser des hohlen Anbauteils einem Innendurchmesser des Lagerabschnitts und oder einem Innendurchmesser der Kurvenscheibe. Bei typischen Ausführungsformen weist das Anbauteil sowie das Antriebselement durchgängig einen einheitlichen Innendurchmesser auf. Bei Ausführungsformen kann auch bei gleich bleibendem Innendurchmesser im Bereich der Schnittstelle zwischen dem Antriebselement und dem Anbauteil eine Stufe in axialer Richtung vorgesehen sein, um eine Zentrierung des Anbauteils relativ zu dem Antriebselement zu erleichtern oder sicherzustellen.
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Typische Bausätze umfassen einen Antrieb, dessen Abtriebselement mit dem Anbauteil verbunden oder einstückig mit dem Anbauteil ausgeführt ist. Antrieb ist dabei bei typischen Ausführungsformen auch allgemein zu verstehen, nämlich kann „Antrieb“ eine Vorrichtung bezeichnen, welche Antriebs-seitig des Antriebselements des Getriebes angeordnet ist, also beispielsweise auch eine Vorstufe, beispielsweise eine Planeten-Vorstufe, welche wiederum durch einen Motor angetrieben wird. Bei diesem Beispiel wäre der Antriebsstrang: Motor treibt die Planeten-Vorstufe an, die wiederum über das Antriebselement das Getriebe antreibt. Bei weiteren typischen Ausführungsformen umfasst der Antrieb allgemein eine Getriebe-Vorstufe, beispielsweise eine Planeten-Vorstufe, insbesondere eine hohle Planeten-Vorstufe oder eine Planeten-Vorstufe mit voller Welle, eine Winkel-Vorstufe, eine Steckverzahnung, einen Kupplungsadapter oder allgemein einen Motor, insbesondere einen Elektromotor oder einen hydraulischen Motor.
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Typische Bausätze umfassen eine Folie zur Reibwerterhöhung, welche zum Einbau zwischen dem Anbauteil und dem Antriebselement vorgesehen ist oder geeignet ist. Eine typische Folie kann beispielsweise vom Typ EK A Grip 10, typische Reibwerte von Folien zur Reibwerterhöhung liegen zwischen 0,3 und 0,7, typischerweise zwischen 0,4 und 0,6. Durch die Folie kann der Reibschluss zwischen dem Anbauteil, also beispielsweise einem Antrieb, und dem Antriebselement verbessert werden.
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Bei typischen Antriebssträngen sind Elemente von hierin beschriebenen Bausätzen vorhanden, insbesondere ist ein Getriebe mit einem Antriebselement in einer der hierin beschriebenen typischen Ausführungsformen vorgesehen, sowie ein Antrieb, dessen Abtriebselement mit einem Anbauteil mit dem Antriebselement des Getriebes verbunden ist. Bei typischen Ausführungsformen kann das Abtriebselement mit dem Anbauteil integral ausgeführt werden. Bei weiteren Ausführungsformen ist das Abtriebselement, beispielsweise eine Motorwelle oder eine Abtriebswelle eines Getriebes, mit dem Anbauteil verbunden. Typischerweise ist zwischen der Anbau-Stufe des Anbauteils und der Stufe des Antriebselements ein Lagerinnenring eines Lagers fixiert. Solche Antriebsstränge weisen eine besonders kompakte Bauform auf.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, wobei die Figuren zeigen:
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1 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Getriebes in einer halben Schnittansicht;
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2 ein Detail der Ausführungsform der 1 in einer Schnittansicht;
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3 eine Ausführungsform eines Antriebselementes in einer Schnittansicht;
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4 eine Ausführungsform eines Bausatzes in einer Schnittansicht;
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5 eine weitere Ausführungsform eines Bausatzes in einer Schnittansicht, und
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6 eine weitere Ausführungsform eines Bausatzes in einer Schnittansicht.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Nachfolgend werden typische Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren beschrieben, wobei die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt ist, vielmehr wird der Umfang der Erfindung durch die Ansprüche bestimmt. Bei der Beschreibung der Ausführungsform werden unter Umständen in verschiedenen Figuren und für verschiedene Ausführungsformen gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Teile verwendet, um die Beschreibung übersichtlicher zu gestalten. Dies bedeutet jedoch nicht, dass entsprechende Teile der Erfindung auf die in den Ausführungsformen dargestellten Varianten beschränkt sind.
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In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel in einer schematischen halben Schnittansicht gezeigt. Die 1 zeigt in einem halben Schnitt schematisch ein Getriebe 1, welches ein Hohlrad 3 mit einer innen liegenden, umlaufenden Verzahnung 5 aufweist. Eine zweite Hälfte des Getriebes 1 ist im Schnitt dem dargestellten Schnitt analog aufgebaut. In die Verzahnung 5 greifen Zähne 7 ein. Zur besseren Übersichtlichkeit ist nicht jeder Zahn 7 der 1 auch mit dem Bezugszeichen 7 versehen. Typischerweise sind zwei axial parallele Zahnkränze mit einzelnen Zähnen 7 vorgesehen. Die Zähne 7 sind in einem Zahnträger 11 radial verschieblich gelagert. Hierzu weist der Zahnträger 11 radial ausgerichtete kanalartige runde oder schlitzartige Öffnungen auf, welche eine radiale Führung der Zähne 7 in dem Zahnträger 11 gewährleisten. Aufgrund der radialen Führung in den Öffnungen ist es für die Zähne 7 lediglich möglich, sich in radialer Richtung entlang ihrer Längsachse zu bewegen, insbesondere ist eine Verdrehung um eine Längsachse des Getriebes 1 relativ zu dem Zahnträger 11 ausgeschlossen.
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Die Längsachse der Zähne bezeichnet typischerweise die vom Zahnfuß zum Zahnkopf verlaufende Achse, während die Längsachse des Getriebes in Richtung der Drehachse des Getriebes zeigt. Dies kann beispielsweise die Drehachse des als Abtrieb verwendbaren Zahnträgers sein oder auch die Drehachse einer Kurvenscheibe.
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Die Zähne 7 werden durch ein Antriebselement (siehe 3) angetrieben, welches eine hohle Kurvenscheibe 20 umfasst. Die Kurvenscheibe 20 weist eine Profilierung 22 auf, um die Zähne 7 in radialer Richtung anzutreiben. Die Profilierung 22 weist einen Verlauf mit zwei Erhebungen über den Umfang auf, sodass jeweils gegenüberliegende Zähne 7 am weitesten in Zahnlücken der Verzahnung 5 eingetreten sind. Bei weiteren Ausführungsformen (siehe bspw. 6) weist die Kurvenscheibe drei Erhebungen auf und bei noch weiteren Ausführungsformen weist die Kurvenscheibe noch mehr Erhebungen auf.
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Die Zähne 7 sind bei dem in 1 dargestellten Getriebe 1 mit einer Wälzlagerung auf der Profilierung des Antriebselements angeordnet. Die Wälzlagerung umfasst Wälzkörper 23, welche bei diesem Ausführungsbeispiel als Nadelrollen ausgeführt sind.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 ist die Kurvenscheibe innen angeordnet und die Verzahnung außen angeordnet. Bei einer solchen Konfiguration wird der Abtrieb an dem Hohlrad mit der Verzahnung oder an dem Zahnträger abgegriffen, wobei das jeweils andere Element festgelegt wird. Bei weiteren Ausführungsformen ist das Antriebselement außen, d.h. außerhalb des Zahnträgers, angeordnet und die Verzahnung innen angeordnet. Wiederum ist es möglich, den Abtrieb an der inneren Verzahnung oder an dem Zahnträger abzugreifen. Der Zahnträger kann auch mit seinen Öffnungen als Zahnkäfig bezeichnet werden, in welchem Zähne radial linear geführt verschieblich aufgenommen sind.
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Das Getriebe 1 umfasst eine segmentierte Lagerung für die Zähne 7. Die segmentierte Lagerung umfasst Schwenksegmente 24, welche jeweils auf der dem Zahn 7 zugewandten Seite eine runde Zahnlagerfläche (siehe 2) aufweisen, welche einen Wulst bildet, auf dem der Fuß eines Zahnes 7 oder bei typischen Ausführungsformen 2, 3 oder 4 Zähne in axialer Richtung des Getriebes 1 nebeneinander angeordnet sein können. Der Wulst verhindert zusammen mit einer entsprechenden Ausnehmung im Zahnfuß des jeweiligen Zahnes 7 ein Verrutschen des Zahnes 7 auf dem Schwenksegment 24.
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Mit den Wulsten werden jeweils Fußgelenke für die Zähne 7 ausgebildet, sodass sich die Zähne 7 relativ zu den Schwenksegmenten 24 verkippen können, um eine zwangsfreie Führung zu gewährleisten. Die Schwenksegmente 24 sind relativ zueinander in Umlaufrichtung verschieblich, sodass sich die Abstände zwischen den Schwenksegmenten 24 verändern lassen. Auf diese Weise ist auch der Freiheitsgrad in Umlaufrichtung der Schwenksegmente 24 nicht gesperrt. Dies ermöglicht eine weitgehend zwangsfreie Führung und ein weitgehend zwangsfreien radialen Antrieb der Schwenksegmente 24 durch die Profilierung 22 der Kurvenscheibe 20. Für eine Minimierung des Reibungswiderstandes zwischen der Profilierung 22 und den Schwenksegmenten 24 sind die Wälzkörper 23 als Nadelrollen vorgesehen. Bei weiteren Ausführungsformen sind Kugeln oder andere Wälzlager zur Lagerung von Schwenksegmenten vorgesehen.
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Die 1, 2 und 3 werden zusammenhängend beschrieben, wobei nicht alle Einzelheiten nochmals erläutert werden und Bezugszeichen für gleiche Teile identisch verwendet werden.
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In der 2 ist ein Schwenksegment 24 des Getriebes 1 der 1 dargestellt. Das Schwenksegment 24 umfasst ein Zahnlager auf der im Getriebe 1 einem Zahn 7 zugewandten Seite des Schwenksegments 24. Das Zahnlager des Schwenksegments 24 umfasst eine Zahnlagerfläche 28, welche einen runden Flächenabschnitt für jeweils zumindest einen Zahn 7 umfasst. Der runde Flächenabschnitt der Zahnlagerfläche 28 ist dabei kreisrund ausgestaltet. Der Mittelpunkt des Kreises fällt mit einer Wälzlagerfläche 30 des Schwenksegments 24 zusammen. Dadurch wird für die Zähne 7, welche auf den Schwenksegmenten 24 gelagert sind, jeweils eine Drehachse 32 geschaffen, welche mit der Wälzlagerfläche 30 zusammenfällt. Die Wälzlagerfläche 30 ist dabei die dem Zahn abgewandte Seite des Schwenksegments 24, also die Seite, welche dem Wälzkörper 23 oder auch der Kurvenscheibe 20 zugewandt ist. Die Wälzlagerfläche 30 entspricht der Fläche, auf welcher die Wälzkörper 23 abrollen.
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Das Schwenksegment 24 umfasst eine in Umlaufrichtung vordere Segmentkante 34 und eine in Umlaufrichtung hintere Segmentkante 36. Dabei sind die Bezeichnungen „vordere“ und „hintere“ nicht im Sinne einer Bewegung gemeint, vielmehr bezeichnen diese zwei gegenüberliegende Seiten des Schwenksegments 24. Typische Getriebe sind in zwei Richtungen betreibbar, sodass bei einem Betrieb auch die vordere Segmentkante in Bewegungsrichtung beim Umlauf hinten sein kann und dementsprechend die hintere Segmentkante vorne.
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Am Übergang von der Wälzlagerfläche 30 zu der vorderen Segmentkante 34 und zu der hinteren Segmentkante 36 sind jeweils verrundete Rücknahmen oder Fasen 38 vorgesehen. Diese erleichtern ein Einlaufen der Wälzkörper 23 können somit die Laufruhe der jeweiligen Schwenksegmente 24 erhöhen.
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Bei weiteren Ausführungsformen sind im Bereich der Segmentkanten abgerundete Übergänge zwischen der Wälzlagerfläche und der Seitenfläche der Segmentkante vorgesehen. Diese können auch als verrundete Rücknahmen bezeichnet werden. Typischerweise sind Fasen oder verrundete Rücknahmen zumindest oder lediglich im Bereich der Vorsprünge vorgesehen.
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Bei typischen Ausführungsformen ist das Schwenksegment ohne axiale Führung ausgebildet. Da die Borde die Führung der Nadelrollen übernehmen, ist eine axiale Führung an dem Schwenksegment nicht zwingend erforderlich. Bei typischen Ausführungsformen sind die Vorsprünge punktsymmetrisch ausgeführt. Weitere Ausführungsformen sind mit achssymmetrisch angeordneten Vorsprüngen ausgeführt.
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Das Schwenksegment 24 der 2 weist einen Mittelstreifen 40 auf, welcher sich zwischen zwei strichlierten Linien in der 2 befindet. Dieser Mittelstreifen 40 befindet sich unter der Zahnlagerfläche 28. Vor und hinter dem Mittelstreifen 40 in Umlaufrichtung befinden sich jeweils Vorsprünge, welche parallel mit Stufen oder im Zick-Zack-Muster verlaufen und auf diese Weise ein Ineinandergreifen der Wälzlagerflächen erlauben.
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In der 3 ist eine Ausführungsform eines Antriebselements 50 gezeigt, welche die Kurvenscheibe 20 der 1 umfasst. Bei der folgenden Beschreibung der 3 bis 6 werden für gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet und nicht alle Bezugszeichen oder Merkmale nochmals eingehend erläutert. Teilweise werden auch gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Teile bei verschiedenen Ausführungsformen verwendet, so zeigt beispielweise die 6 eine weitere Ausführungsform eines Antriebselements (6: Antriebselement 150), welches jedoch teilweise über identische Merkmale wie das Antriebselement 50 der 3 verfügt. Weiterhin sind nicht in allen Figuren sämtliche Merkmale mit Bezugszeichen versehen, teilweise um die Übersicht zu erhöhen.
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Das Antriebselement der 50 umfasst die Kurvenscheibe 20 mit der Profilierung 22. Die Profilierung 22 umfasst eine umlaufende Lauffläche für die Wälzkörper (siehe 1) und weist über den gesamten Umfang zwei Erhebungen auf, wobei die zwei Erhebungen im Schnitt der 3 gezeigt sind.
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Es sei angemerkt, dass die 6 eine Ausführungsform mit drei Erhebungen zeigt, wobei bei dem Schnitt der 6 auf der einen Seite eine Erhebung geschnitten ist und auf der anderen Seite eine Stelle der Profilierung mit minimalem Radius.
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Die Kurvenscheibe 20 der Ausführungsform der 3 umfasst Borde 40, welche eine axiale Führung für die Wälzkörper bieten. Die Borde 40 können gleichzeitig als Auflagefläche für Randbereiche oder Bordlagerbereiche der Schwenksegmente dienen, sodass ein Verkippen der Schwenksegmente vermieden wird. Die Schwenksegmente können mittels Anlaufscheiben, welche beispielsweise an dem Zahnträger befestigt sein können, in ihrer axialen Position gehalten werden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Anlaufscheiben an dem Antriebselement 50 zu befestigen oder die Borde 40 höher auszuführen, sodass sie auch noch die Schwenksegmente umgreifen.
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Auf einer Seite der Kurvenscheibe 20 schließt sich in axialer Richtung ein Zwischenabschnitt 42 an, an den sich wiederum eine Stufe 44 anschließt, an welche sich wiederum ein Lagerabschnitt 46 anschließt. Der Lagerabschnitt 46 ist zylinderförmig und weist einen identischen Innendurchmesser wie der Zwischenabschnitt 42, die Kurvenscheibe 20 und ein Wellenabschnitt 48 auf. Der Wellenabschnitt 48 ist axial gegenüberliegend zu dem Lagerabschnitt 46 bezüglich der Kurvenscheibe 20 angeordnet und Teil des Antriebselements 50. Dieser Wellenabschnitt dient als weitere Lagerstelle und als Dichtungslauffläche.
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Das Antriebselement 50 ist gehärtet. Weiterhin ist das Antriebselement 50 im Bereich des Lagerabschnitts 46 und der Profilierung gehärtet und/oder mit großer Genauigkeit gefertigt. Durchmesser und Oberfläche entsprechen den Standardanforderungen an eine Lagerstelle, wie sie vom Lagerhersteller empfohlen werden. Im Bereich der Profilierung kommt es auf eine besondere Genauigkeit für Rundlaufeigenschaften und für die Kraftübertragung im Getriebe an.
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Im Bereich des Lagerabschnitts 46 umfasst das Antriebselement 50 einen Lochkreis 52, welcher Bohrlöcher mit Gewinde umfasst. Die Bohrlöcher reichen dabei bis in den Zwischenabschnitt 42 und in die Kurvenscheibe 20 hinein. Die Kurvenscheibe 20 ist zwar lediglich im Bereich des Bordes 40, welches dem Lagerabschnitt 46 zugewandt ist, von den Bohrlöchern des Lochkreises 52 betroffen, allerdings spielt dies insofern eine Rolle, als dass dadurch ein Innendurchmesser des Lagerabschnitts 46, des Zwischenabschnitts 44 und der Kurvenscheibe 20 ermöglicht wird, welche identisch durchgehend über diese drei Bereiche ist. Dies erleichtert das Durchführen von weiteren Wellen oder Kabeln.
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In der 4 ist eine Ausführungsform eines Bausatzes in einem montierten Zustand gezeigt, wobei das Antriebselement 50 mit der Kurvenscheibe 20 dem Antriebselement 50 der 3 entspricht und nicht nochmals eingehend erläutert wird. Es wird weiterhin darauf hingewiesen, dass die übrigen Elemente des Getriebes in der 4 für eine bessere Übersichtlichkeit weggelassen wurden, hierzu wird wie in Bezug auf die 5 und 6 auch, auf die 1 und 2 verwiesen.
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Der Bausatz der 4 umfasst außerdem ein Anbauteil 60, welches im Fall der 4 ein Planetenradträger ist. Der Planetenradträger der 4 weist einen kleineren Innendurchmesser als das Antriebselement 50 aufweist. Dennoch verbleibt auch bei diesem Ausführungsbeispiel eine hohle Durchführung durch den Planetenradträger.
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Das Anbauteil 60 umfasst einen Anbau-Lagerabschnitt 62, welcher den gleichen Außendurchmesser aufweist wie der Lagerabschnitt 46 des Antriebselements 50. Begrenzt wird der Anbau-Lagerabschnitt 62 durch eine Anbau-Stufe 63. Durch die Anbau-Stufe 63 zusammen mit der Stufe 44 des Antriebselements 50 wird eine Fixierung geschaffen, in welcher ein Lager 64 aufgenommen ist. Das Lager 64 ist aus Übersichtlichkeitsgründen auf einer Seite des Schnittbilds der 4 lediglich strichliert gezeigt, jedoch umlaufend vorhanden. Der Lagerinnenring des Lagers 64 liegt dabei auf dem Außenumfang des Anbau-Lagerabschnitts 62 und des Lagerabschnitts 46 des Antriebselements 50 auf.
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Bei den Ausführungsformen der 4 ist der Anbaulagerabschnitt 62 des Anbauteils 60 von der Pass-Lage etwas kleiner als der Lagerabschnitt 46 des Antriebselements 50 definiert. Dadurch dient der Anbaulagerabschnitt 62 insbesondere als Zentrierung und der Lagerabschnitt 46 übernimmt insbesondere die Aufgabe des Lagersitzes. Auf diese Weise wird außerdem eine Zentrierung des Anbauteils 60 gegenüber dem Antriebselement 50 erreicht.
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Typische Ausführungsformen umfassen ein Grundabmaß der Passung auf dem Anbaulagerabschnitt, welches zumindest eine Klasse kleiner ist als das Grundabmaß des Lagerabschnitts des Antriebselements. Die Abmaße sind typischerweise von den Durchmessern des Anbaulagerabschnitts sowie das Lagerabschnitts abhängig. Weitere typische Ausführungsformen weisen ein identisches Grundabmaß am Anbauteil sowie am Antriebselement auf. Typischerweise ist der Toleranzgrad auf dem Anbaulagerabschnitt und auf dem Lagerabschnitt gleich. Bei weiteren Ausführungsformen ist der Toleranzgrad unterschiedlich.
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Weiterhin umfasst die Ausführungsform des Anbauteils 60 der 4 einen Anbau-Lochkreis 66 zur Aufnahme von Schrauben 68. Der Anbau-Lochkreis 66 weist weniger Bohrungen auf als der Lochkreis 52 des Antriebselements 50, allerdings entspricht der Durchmesser des Anbau-Lochkreises 66 dem Durchmesser des Lochkreises 52 des Antriebselements. Weiterhin sind die Bohrungen der beiden Lochkreise 52 und 66 auch insofern aufeinander abgestimmt, als dass durch Aufnahme der Schrauben 68 in den Lochkreisen 52 und 66 sowie Eindrehen der Schrauben 68 in die Gewinde der Bohrungen des Lochkreises 52 eine Befestigung oder Fixierung des Anbauteils 60 an dem Antriebselement 50 möglich wird.
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In der 5 ist eine weitere Ausführungsform eines Bausatzes mit einem Antriebselement 50 entsprechend dem Antriebselement der 3 sowie einem Anbauteil 70 gezeigt, wobei das Anbauteil 70 ein Planetenradträger für eine Hohlwellenvorstufe, wobei der Innendurchmesser des Antriebselements 50 weitergeführt werden kann. Der Innendurchmesser des Anbauteils 70 entspricht dem Innendurchmesser des Antriebselements, so dass durchgängig derselbe Innendurchmesser zur Verfügung steht.
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Im Bereich der Schnittstelle zwischen dem Antriebselement 50 und dem Anbauteil 70 entspricht die Ausführungsform des Bausatzes der 5 weitgehend der Ausführungsform des Bausatzes der 4, daher werden die Einzelheiten und Merkmale und Bezugszeichen an dieser Stelle nicht nochmals eingehend erläutert, sondern lediglich darauf hingewiesen, dass die entsprechenden Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Merkmale bezeichnen.
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In der 6 ist eine weitere Ausführungsform eines Bausatzes mit einem Antriebselement 150 und einem Anbauteil 80 gezeigt. Das Anbauteil 80 der 6 ist als Motorwelle ausgebildet, welche zumindest im Wesentlichen den gleichen Innendurchmesser wie das Antriebselement 150 aufweist.
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Allgemein weisen Anbauteile typischer Ausführungsformen zumindest im Wesentlichen denselben Innendurchmesser wie das Antriebselement auf. Dies ermöglicht eine Nutzung des Querschnitts für Durchführungen. Dabei bedeutet „im Wesentlichen“ typischerweise, dass die Innendurchmesser um höchstens 10%, typischerweise um höchstens 5% oder höchstens 3% voneinander abweichen.
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Das Antriebselement 150 unterscheidet sich von den Antriebselementen 50 der vorhergehenden Figuren unter anderem dadurch, dass die Profilierung 22 nicht lediglich zwei sondern drei Erhebungen aufweist. Dadurch ist im Schnitt der 6 eine Seite an einer Stelle mit maximalem Radius geschnitten (in der 6 unten) und eine Stelle der Profilierung 22 ist an einer Stelle der Profilierung 22 mit minimalem Radius geschnitten (in der 6 oben).
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An der Stelle mit dem minimalen Radius geht das Anbauteil-seitige Bord 40 am Außenumfang ohne Stufe in den Zwischenabschnitt 42 über. Anschließend folgt wiederum eine Stufe 44 zur Klemmung des Lagers 64.
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Teilweise sind in der 6 Bezugszeichen im Bereich des Lagers 64 insbesondere am Anbauteil weggelassen, auch die Lochkreise sind nicht mit Bezugszeichen versehen, um die Übersichtlichkeit zu erhöhen. In diesem Zusammenhang wird auf die Beschreibungen der 4 und 5 verwiesen, welche diesbezüglich analoge Ausführungsformen zeigen. Eine Besonderheit des Anbauteils 80 der 6 besteht noch darin, dass es einen Innendurchmesser aufweist, welcher geringer ist als der Innendurchmesser des Antriebselements 150. Dadurch wird eine zusätzliche Zentrierstufe 82 ermöglicht, welche sich am Innenumfang des Anbauteils 80 im Bereich der Schnittstelle befindet und innen in den Innendurchmesser des Antriebselements 150 hineingreift.
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Die Erfindung ist nicht auf zuvor beschriebene Ausführungsform beschränkt, vielmehr wird der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche bestimmt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007011175 A1 [0002, 0020]
