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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Prüfen einer Wirkverbindung zwischen einem ersten Übertragungsprüfkörper und einem zweiten Übertragungsprüfkörper. Die Erfindung betrifft ferner eine Verwendung.
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Stand der Technik betreffend Verzahnungsprüfungen ist in
DD 56375 B1 ,
DD 56376 A1 ,
DD 70190 A1 ,
DE 2948517 C2 und
DE 3100848 C2 offenbart.
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Eine bekannte Verzahnungsprüfung ist auch in DIN 51354 beschrieben. Eine entsprechende Verzahnungsprüfung weist die Beschränkung auf, dass eine Prüfung unter realen Bedingungen einer Anwendung nicht oder nur mit großem Aufwand möglich ist. Die Ergebnisse einer solchen Verzahnungsprüfung sind daher nur von beschränkter Aussagekraft.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine unter realen Bedingungen einer Anwendung durchführbare Wirkverbindungsprüfung zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen gezeigt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung (insbesondere ein Prüfstand) zum Prüfen einer Wirkverbindung (insbesondere einer Verzahnung) zwischen einem ersten Übertragungsprüfkörper (insbesondere ein erster Zahnradprüfkörper) und einem zweiten Übertragungsprüfkörper (insbesondere ein zweiter Zahnradprüfkörper) geschaffen, wobei die Vorrichtung eine Trägerwelle zum Montieren des ersten Übertragungsprüfkörpers, eine antreibbare Antriebswelle zum Montieren des zweiten Übertragungsprüfkörpers in Wirkverbindung (insbesondere in Wirkverbindungseingriff, weiter insbesondere Verzahnungseingriff) mit dem ersten Übertragungsprüfkörper und eine Achsabstandsverstelleinrichtung zum benutzerdefinierten Verstellen eines Achsabstands zwischen der Trägerwelle und der Antriebswelle aufweist, wobei eine Achsposition der Antriebswelle ortsfest ist und die Trägerwelle mittels der Achsabstandsverstelleinrichtung beweglich ist.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Prüfen einer Wirkverbindung zwischen einem ersten Übertragungsprüfkörper und einem zweiten Übertragungsprüfkörper bereitgestellt, wobei bei dem Verfahren der erste Übertragungsprüfkörper an einer Trägerwelle montiert wird, der zweite Übertragungsprüfkörper in Wirkverbindung (insbesondere in Wirkverbindungseingriff, weitere insbesondere unter Ausbildung eines kraftübertragungsfähigen Eingriffs zwischen zusammenwirkenden Zähnen zweier als Zahnräder ausgebildeten Übertragungsprüfkörper) mit dem ersten Übertragungsprüfkörper an einer antreibbaren Antriebswelle montiert wird, ein Achsabstand zwischen der Trägerwelle und der Antriebswelle benutzerdefiniert eingestellt oder verstellt wird, die Antriebswelle angetrieben wird und dann das Prüfen durchgeführt wird. Beim Einstellen des Achsabstands wird eine Achsposition der Antriebswelle ortsfest gehalten und die Trägerwelle bewegt.
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Gemäß noch einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel wird eine Vorrichtung mit den oben beschriebenen Merkmalen oder ein Verfahren mit den oben beschriebenen Merkmalen zum Prüfen von zumindest einem aus der Gruppe bestehend aus Verzahnungen, Leistungsantrieben und Verstellantrieben verwendet.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein variables Prüfprinzip (insbesondere Verspannprinzip) zur Messung einer Wirkverbindung, insbesondere von Lebensdauer und/oder Wirkungsgrad von Wirkverbindungen, geschaffen. Der Achsabstand zwischen Trägerwelle und Antriebswelle kann dabei (insbesondere stufenlos) eingestellt bzw. verstellt werden, um den Prüfstand auf zu prüfende Übertragungsprüfkörper hin anpassen zu können. Dies ermöglicht eine anwendungsspezifische Gestaltung der Wellen bzw. von Wellenenden, wodurch reale Wirkverbindungen (insbesondere Welle-Nabe Verbindungen entsprechend realer Bauteile) montiert und geprüft werden können. Genauer gesagt ist gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung auch eine Prüfung von realen Verzahnungen möglich, also eine Prüfung bei realem Achsabstand und realer Übersetzung. Im Unterschied zu herkömmlichen Prüfvorrichtungen ist es gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen möglich, eine Messung in Bezug auf echte, anwendungsseitig vorgegebene Prüfgeometrien durchzuführen, anstatt auf Prüfverzahnungen mit durch die Prüfvorrichtung genau vorgegebenen Parametern (insbesondere im Hinblick auf einen fest vorgegebenen Achsabstand bzw. auf eine fest vorgegebene Übersetzung) angewiesen zu sein. Anders ausgedrückt ist es erfindungsgemäß ermöglicht, Messungen an realen Prüfverbindungen, wie insbesondere Prüfverzahnungen, durchzuführen. Durch eine Variation des Achsabstands zwischen Antriebswelle und Trägerwelle kann insbesondere eine Anpassung auf vorhandene Dimensionen zu prüfender Übertragungsprüfkörper bzw. eine Anpassung in Hinblick auf eine gewünschte Übersetzung erfolgen. Indem beim Einstellen des Achsabstands eine Achsposition der Antriebswelle ortsfest bleibt (d.h. es kann zwar eine Drehung der Antriebswelle zugelassen sein, nicht aber eine Translation derselben) und die Trägerwelle (gegenüber der festen Achsposition der Antriebswelle) bewegt wird, ist es ermöglicht, die Anzahl beweglicher Komponenten in der Vorrichtung gering zu halten. Durch eine ortsfeste Montage der Antriebswellenachse ist zum Verstellen des Achsabstands damit auch keine Bewegung einer mit der Antriebswelle verbundenen Antriebseinrichtung erforderlich.
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Im Weiteren werden zusätzliche exemplarische Ausführungsbeispiele der Vorrichtung, des Verfahrens und der Verwendung beschrieben.
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Im Rahmen dieser Anmeldung kann unter einer Antriebswelle entweder eine einzige einstückige Antriebswelle oder auch eine Anordnung aus zwei (oder mehr) separaten Antriebswellenabschnitten verstanden werden. Derartige Antriebswellenabschnitte können zwar die gleiche Rotationsfrequenz und Rotationsrichtung aufweisen, aber ein gegensinniges Drehmoment auf zwei Übertragungsprüfkörperpaare leiten.
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Die Übertragungsprüfkörper können beliebige Prüfkörper sein, die insbesondere bei Rotation zum Übertragen von Kraft bzw. Energie zusammenwirken. Beispiele für solche Übertragungsprüfkörper sind Zahnräder, Gelenkwellen, Getriebe, etc.. Bei Prüfung von Zahnrädern, die gemeinsam ein Zahnradgetriebe bilden, ist gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen der Erfindung insbesondere jede achsparallele Ausführung geeignet.
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Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann der Achsabstand innerhalb eines vorgebbaren Bereichs verändert und eingestellt werden. Dieser Bereich kann zum Beispiel zwischen 20 mm und 500 mm, insbesondere zwischen 50 mm und 200 mm liegen.
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Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel können die Trägerwelle und die Antriebswelle zueinander parallel angeordnet sein. Dies ermöglicht eine symmetrische Lasteinleitung, insbesondere die symmetrische Einleitung eines Verspannmoments, von der Antriebswelle auf die Trägerwelle bzw. auf die in Eingriff befindlichen Übertragungsprüfkörper. Eine solche symmetrische Lasteinleitung ist insbesondere bei einer paarweisen Vermessung von zwei Paaren von Übertragungsprüfkörpern vorteilhaft, von denen zwei auf der Trägerwelle und die zwei anderen auf der Antriebswelle montiert sind. Wenn eine solche Antriebswelle aus zwei getrennten Antriebswellenabschnitten gebildet ist, können gegensinnige Vor- bzw. Verspannungen aufgebracht werden.
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Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Achsabstandsverstelleinrichtung eine Linearführung zum lineargeführten Verstellen des Achsabstands zwischen der Trägerwelle und der Antriebswelle aufweisen. Eine solche Linearführung kann zum Beispiel als Langloch (bzw. als Paar von Langlöchern) in einer Trägerstruktur (zum Beispiel einem Gehäuse oder einem Rahmen) ausgebildet sein, entlang welchem mindestens einen Langloch die Trägerwelle geführt bewegbar sein kann und an welchem mindestens einen Langloch die Trägerwelle (genauer gesagt ein Lager, welches die Trägerwelle positioniert) an gewünschter Stelle fixiert werden kann. Dadurch ist für im Wesentlichen beliebige Geometrien von Übertragungsprüfkörpern eine präzise und einfache Montage derselben an der Vorrichtung möglich.
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Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung eine Verspannmomentbeaufschlageinrichtung zum Beaufschlagen der Übertragungsprüfkörper mit einem vorgebbaren Verspannmoment aufweisen. Wenn die Übertragungsprüfkörper im rotierenden Zustand der Antriebswelle mit einem definierten Verspannmoment beaufschlagt werden, kann deren Verhalten unter Last realitätsnah untersucht werden. Das Verspannmoment kann zum Beispiel in einem Bereich zwischen 10 Nm und 150 Nm eingestellt werden. Es kann aber auch größer sein, zum Beispiel in der Größenordnung von 600 Nm.
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Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Verspannmomentbeaufschlageinrichtung zum Beaufschlagen der Übertragungsprüfkörper mit einem zwar einstellbaren, aber konstanten Verspannmoment eingerichtet sein. Gemäß der beschriebenen Ausgestaltung kann insbesondere vor in Rotation Versetzen der Antriebswelle ein konstantes Verspannmoment an die Übertragungsprüfkörper angelegt werden. Dies kann zum Beispiel mittels einer an einer Verspannwelle in benutzerdefinierter Weise verspannbaren Kupplung geschehen, welche Verspannwelle mittels mindestens eines Übertragungsgetriebes mit der Antriebswelle gekuppelt ist. Die Kupplung kann zum Beispiel mittels eines Verspannhebels in einen definierten Verspannzustand gebracht werden. Die Übertragung des entsprechenden Verspannmoments kann dann von der Kupplung auf die Verspannwelle, von dort über Übertragungsgetriebe auf die Antriebswelle und von dort auf die beiden in Eingriff befindlichen Übertragungsprüfkörper erfolgen.
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Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Verspannmomentbeaufschlageinrichtung zum Beaufschlagen der Übertragungsprüfkörper mit einem verstellbaren, insbesondere bei angetriebener Antriebswelle verstellbaren, Verspannmoment eingerichtet sein. Gemäß dieser Ausgestaltung ist es vorteilhaft möglich, selbst während des Rotierens der Antriebswelle die Größe des auf die Übertragungsprüfkörper einwirkenden Verspannmoments zu ändern bzw. zu verstellen. Zum Beispiel kann dies mittels eines auf eine Verspannwelle einwirkenden Verspannantriebs erfolgen. Die Verspannwelle kann dabei wieder mittels mindestens eines Übertragungsgetriebes mit der Antriebswelle gekuppelt sein. Im Unterschied zu dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel kann mit einem sogenannten Verspannantrieb, insbesondere mit einem hydraulischen Motor oder einem Harmonic Drive (auch Gleitkeilgetriebe oder Spannungswellengetriebe oder Wellgetriebe genannt), der Prüfanordnung ein auch während des Drehbetriebs zeitlich veränderliches Verspannmoment aufgeprägt werden. Dies vergrößert den Einsatzbereich der Vorrichtung und die Flexibilität des Benutzers beim Testen von Prüfverzahnungen und dergleichen.
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Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel können die Verspannwelle und die Antriebswelle zueinander parallel angeordnet sein. Dies ermöglicht eine symmetrische Lasteinleitung bzw. Kraftübertragung.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung eine mit der Trägerwelle und/oder mit der Antriebswelle kraftgekuppelte Kraftmesseinrichtung aufweisen, insbesondere zum Erfassen eines Wirkungsgrads der in Wirkverbindung (bzw. in Wirkverbindungseingriff) befindlichen Übertragungsprüfkörper. Zum Beispiel kann eine solche Kraftmesseinrichtung eine Kraftmessdose sein. Die Kraftmesseinrichtung kann an einer Trägerstruktur (zum Beispiel einem Gehäuse oder einem Rahmen) montiert sein, welche Trägerstruktur wiederum mit der Trägerwelle gekoppelt sein kann. Durch Erfassung der auf die Kraftmesseinrichtung einwirkenden Last ist die Messung eines Wirkungsgrads der Prüfverzahnung oder sonstigen Wirkverbindung möglich. Eine solche Messung kann zum Beispiel in relativ kurzer Zeit (zum Beispiel binnen 30 Minuten) durchgeführt werden, nachdem sich nach Einschalten einer Antriebseinrichtung zum Antreiben der Antriebswelle ein stationäres Temperaturprofil in der Vorrichtung eingestellt hat.
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Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung mindestens einen Temperatursensor auf, der zum Erfassen von Temperaturinformation an einer oder mehreren Positionen der Vorrichtung ausgebildet ist. Messsignale des mindestens einen Temperatursensors können an eine Steuereinrichtung übermittelt werden, die auf Basis der Temperaturinformation die Vorrichtung (insbesondere einen oder mehrere Kühlungskreise) auf stabile Temperaturverhältnisse hin steuern bzw. regeln kann. Auf diese Weise können bei der Vorrichtung stabile Temperaturverhältnisse eingestellt werden, was (zum Beispiel bei Verwendung von Schmieröl zum Vorgeben definierter Schmierölbedingungen vorteilhaft ist und) zu einer hohen Präzision von mittels der Vorrichtung erfassbaren Ergebnissen führt.
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Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung einen mit der Trägerwelle und/oder mit der Antriebswelle vibrationsgekuppelten Vibrationssensor, insbesondere zum Erfassen einer Lebensdauer der in Wirkverbindung (bzw. Wirkverbindungseingriff) befindlichen Übertragungsprüfkörper, aufweisen. Schon im Vorfeld eines Bruchs bzw. eines Versagens einer Prüfverzahnung oder dergleichen aus zwei in Eingriff befindlichen Übertragungsprüfkörpern (d.h. gegen Ende der Lebensdauer einer Prüfverzahnung oder dergleichen) kann es zum verstärkten Ausbilden von Vibrationen kommen. Ein Vibrationssensor kann daher für die (Rest-)Lebensdauer indikative Information bereitstellen. Um insbesondere im Zusammenhang mit der Messung des Wirkungsgrads aussagekräftige und gut vergleichbare Information zu erhalten, können die Kraftmesseinrichtung und der Vibrationssensor in unmittelbarer räumlicher Nähe zueinander angeordnet sein, zum Beispiel beide montiert an einer die Trägerwelle tragenden Trägerstruktur. Alternativ zum Vorsehen eines Vibrationssensors ist es zum Ermitteln der Lebensdauer auch möglich, zwei (insbesondere unterschiedlich robuste) Paare von Übertragungsprüfkörpern auf derselben Trägerwelle zu montieren und zu ermitteln, welches der beiden Übertragungsprüfkörperpaare bei Beaufschlagung mit einer mechanischen Last als erstes bricht. Schließlich ist es möglich, alternativ oder ergänzend zu der Durchführung einer Vibrationsmessung eine Bildaufnahme (zum Beispiel mittels einer oder mehrerer Kameras der Vorrichtung) des Eingriffsbereichs der beiden Übertragungsprüfkörper aufzunehmen und die Bildaufnahme in Hinblick auf mögliche Oberflächenschädigungen an einem oder beiden der Übertragungsprüfkörper durchzuführen. Dadurch können Oberflächenschäden, wie zum Beispiel eine Oberflächenermüdung und/oder eine Graufleckigkeit und/oder eine einsetzende Verschweißung ermittelt werden.
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Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung einen (zum Beispiel mit der Antriebswelle gekuppelten) Drehmomentsensor aufweisen, insbesondere zum Erfassen eines Verspannmoments, mit dem die in Wirkverbindung (bzw. in Wirkverbindungseingriff) befindlichen Übertragungsprüfkörper beaufschlagbar sind. Wenn, zum Beispiel mittels einer Kupplung oder mittels eines Verspannantriebs, eine Verspannwelle mit einem bestimmten Verspannmoment beaufschlagt wird, kann das Anbringen eines Drehmomentsensors an der Antriebswelle präzise Information liefern, welches Verspannmoment an dem oder den an der Antriebswelle und der Trägerwelle montierten Übertragungsprüfkörper(n) tatsächlich anliegt. Dadurch kann die Zuverlässigkeit der erfassten Prüfinformation verbessert werden.
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Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung eine (zum Beispiel die Trägerwelle und/oder die Antriebswelle tragende) Trägerstruktur aufweisen. Die Trägerstruktur kann koaxial zu der Antriebswelle verschwenkbar sein. Anders ausgedrückt kann die Trägerstruktur einen Drehpunkt aufweisen, der identisch zu der Antriebswelle ist, bzw. eine Drehachse, die in der Antriebswellenachse liegt. Anschaulich beschreibt die Trägerwelle bei einem entsprechenden Schwenken der Trägerstruktur einen Kreisbogen um die Antriebswelle. Eine solche Trägerstruktur kann zum Beispiel ein Gehäuse (insbesondere ein Schwenkgehäuse) oder ein Rahmen sein, an dem die Trägerwelle (zum Beispiel an zwei Positionen, zwischen denen der oder die Übertragungsprüfkörper angeordnet ist oder sind) montiert ist. Die Verschwenkbarkeit einer solchen Trägerstruktur parallel zu oder sogar an der Antriebswelle mittels einer zum Beispiel an der Antriebswelle vorgesehenen Schwenklagerung ermöglicht einen hohen Grad an Freiheit bei der Auswahl zu vermessender Übertragungsprüfkörper.
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Die beschriebene Verschwenkbarkeit ist vorteilhaft, um (wie zum Beispiel in 2 gezeigt) die Kraftaufbringung von der Trägerwelle, den Wellenabschnitten über deren Lager in der Trägerstruktur auf den kraftaufnehmenden Teil der Kraftmesseinrichtung (zum Beispiel Messdose), zu ermöglichen (diese ist vorzugsweise ortsfest mit dem Verankerungsgrund verbunden, um die Änderungen der Trägerstruktur zu erfassen). Vorteilhaft reicht eine Schwenkbarkeit um die maximale Auslenkung bei der höchsten zu erwartenden Mess-Auslenkung (wenige Grade, zum Beispiel zwischen 3° und 10°). Für Wartungserleichterungen kann eine Schwenkbarkeit auch um größere Winkel (zum Beispiel bis zu 30°, insbesondere bis zu 90°) vorteilhaft sein.
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Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Trägerwelle bei daran montiertem ersten Übertragungsprüfkörper zum Montieren eines dritten Übertragungsprüfkörpers (insbesondere ein dritter Zahnradprüfkörper) eingerichtet sein. Ferner kann die Antriebswelle bei daran montiertem zweiten Übertragungsprüfkörper zum Montieren eines vierten Übertragungsprüfkörpers (insbesondere ein vierter Zahnradprüfkörper) in Wirkverbindung (bzw. in Wirkverbindungseingriff) mit dem dritten Übertragungsprüfkörper eingerichtet sein. Auf diese Weise ist es möglich, Prüfbauteile jeweils paarweise einzubauen bzw. zu montieren. Anschaulich ist es dadurch möglich, zwei oder mehr Paare (bei mehr als zwei Paaren kann es erforderlich sein, mit Ausnahme einzelner Komponenten wie Verspannungswelle oder Motor Komponenten der Vorrichtung mehrfach vorzusehen) von Übertragungsprüfkörpern gleichzeitig einer Prüfmessung zu unterziehen. Dies erlaubt einen hohen Durchsatz bei der Messung. Gleichzeitig erlaubt es einen direkten Vergleich unterschiedlicher Paare von Übertragungsprüfkörpern hinsichtlich deren Lebensdauer, deren Wirkungsgrad bzw. deren Standhaftigkeit gegen das Anlegen von mechanischer Last (zum Beispiel eines bestimmten Verspannmoments).
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Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung eine zum Steuern des Prüfens eingerichtete Steuereinrichtung (zum Beispiel einen Prozessor) aufweisen. Eine solche Steuereinrichtung kann zum Beispiel als Messdatenerfassung/Maschinensteuerung (MMS) konfiguriert sein.
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Die Steuereinrichtung kann insbesondere eingerichtet sein zum Steuern einer Antriebseinrichtung (zum Beispiel eines Elektromotors) zum Antreiben der Antriebswelle, und/oder zum Steuern einer Verspannmomentbeaufschlageinrichtung zum Beaufschlagen der Übertragungsprüfkörper mit einem (insbesondere einstellbaren) Verspannmoment, und/oder zum Verarbeiten von mittels einer mit der Trägerwelle und/oder mit der Antriebswelle kraftgekuppelten Kraftmesseinrichtung erfassten Messdaten (insbesondere zum Erfassen eines Wirkungsgrads der in Wirkverbindung befindlichen Übertragungsprüfkörper), und/oder zum Verarbeiten von mittels eines mit der Trägerwelle und/oder mit der Antriebswelle vibrationsgekuppelten Vibrationssensors erfassten Messdaten (insbesondere zum Erfassen einer Lebensdauer der in Wirkverbindungseingriff befindlichen Übertragungsprüfkörper), und/oder zum Verarbeiten von mittels eines insbesondere mit der Antriebswelle gekuppelten Drehmomentsensors erfassten Messdaten (insbesondere zum Erfassen eines Verspannmoments, mit dem die in Wirkverbindungseingriff befindlichen Übertragungsprüfkörper beaufschlagbar sind).
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Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann das Prüfen für den Fahrzeugbau oder den Maschinenbau verwendet werden. Allerdings sind andere Anwendungen möglich.
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Wahlweise können die Prüfgetriebe bzw. in Eingriff befindlichen Übertragungsprüfkörper trocken oder geschmiert (insbesondere ölgeschmiert bzw. wassergeschmiert) ausgebildet sein. Übertragungsgetriebe zum Einkoppeln eines Verspannmoments hingegen sind in der Regel geschmiert.
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Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann zunächst die Prüfverzahnung oder ein sonstiges Wirkverbindungskörperpaar an der Trägerwelle bzw. der Antriebswelle montiert werden, dann ein gewünschtes Verspannmoment eingestellt werden, eine Antriebseinrichtung zum Antreiben der Antriebswelle eingeschaltet werden, und nachfolgend eine Messung durchgeführt werden. Alternativ kann ein gewünschtes Verspannmoment auch erst nach Einschalten der Antriebswelle eingestellt bzw. umgestellt werden.
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Im Folgenden werden exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf die folgenden Figuren detailliert beschrieben.
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1 zeigt eine Vorrichtung zum Prüfen von Verzahnungen zwischen Zahnradprüfkörpern gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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2 zeigt eine Seitenansicht eines Teilbereichs der Vorrichtung gemäß 1 entlang einer in 1 dargestellten Linie A-A.
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Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.
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1 zeigt eine Vorrichtung 100 zum Prüfen einer Verzahnung zwischen einem ersten Zahnradprüfkörper 108 und einem zweiten Zahnradprüfkörper 110 sowie einer Verzahnung zwischen einem dritten Zahnradprüfkörper 130 und einen vierten Zahnradprüfkörper 132 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. 2 zeigt eine Seitenansicht eines Teilbereichs der Vorrichtung 100 gemäß 1 entlang einer in 1 dargestellten Linie A-A.
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Die Vorrichtung 100 weist eine Trägerwelle 102 auf. An einer ersten Montagevorkehrung der Trägerwelle 102 ist der erste Zahnradprüfkörper 108 montiert. An einer zweiten Montagevorkehrung der Trägerwelle 102 ist der dritte Zahnradprüfkörper 130 montiert. Der erste Zahnradprüfkörper 108 und der dritte Zahnradprüfkörper 130 sind an der Trägerwelle 102 axial beabstandet voneinander montiert. An einer mittels einer Antriebseinrichtung 136 (zum Beispiel ein Elektromotor) antreibbaren Antriebswelle 104 sind der zweite Zahnradprüfkörper 110 in Verzahnungseingriff mit dem ersten Zahnradprüfkörper 108 und der vierte Zahnradprüfkörper 132 in Verzahnungseingriff mit dem zweiten Zahnradprüfkörper 110 montiert. Genauer gesagt ist an einer ersten Montagevorkehrung der Antriebswelle 104 der zweite Zahnradprüfkörper 110 montiert. An einer zweiten Montagevorkehrung der Antriebswelle 104 ist der vierte Zahnradprüfkörper 132 montiert. Der zweite Zahnradprüfkörper 110 und der vierte Zahnradprüfkörper 132 sind an der Antriebswelle 104 axial beabstandet voneinander montiert. Wie 1 zu entnehmen ist, weist die Antriebswelle 104 einen ersten Wellenabschnitt 150 und einen zweiten Wellenabschnitt 152 auf, die in einem zentralen Bereich zur einfachen Montage des zweiten Zahnradprüfkörpers 110 bzw. des vierten Zahnradprüfkörpers 132 unterbrochen sind. Die Wellenabschnitte 150, 152 sind mittels zweier Übertragungsgetriebe 118, 120 und einer zugehörigen Verspannwelle 116 miteinander wirkverbunden bzw. gekuppelt. Somit ist gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel die Antriebswelle 104 unter Bildung des ersten Wellenabschnitts 150 und des davon separaten und mit der Antriebseinrichtung 136 verbundenen zweiten Wellenabschnitts 152 unterbrochen. Der erste Wellenabschnitt 150 ist mittels eines ersten Übertragungsgetriebes 118 mit der Verspannwelle 116 gekuppelt. Der zweite Wellenabschnitt 152 ist mittels eines zweiten Übertragungsgetriebes 120 mit der Verspannwelle 116 gekuppelt. Zwischen einem ersten Wellenabschnitt 160 der Verspannwelle 116 und einem zweiten Wellenabschnitt 162 der Verspannwelle 116 ist eine Kupplung angebracht, welche (wie unten näher beschrieben) als Verspannmomentbeaufschlageinrichtung 114 fungiert.
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Ferner weist die Vorrichtung 100 eine Achsabstandsverstelleinrichtung 106 zum Verstellen eines Achsabstands zwischen der Trägerwelle 102 und der Antriebswelle 104 auf. Unter einem Achsabstand wird in diesem Zusammenhang der in 2 dargestellte Abstand d zwischen den Drehachsen der Trägerwelle 102 und der Antriebswelle 104 verstanden. Wie in 1 und in 2 mit Doppelpfeilen dargestellt, kann ein Benutzer die Größe des Achsabstands d innerhalb eines vorgebbaren Bereichs auf einen gewünschten Wert einstellen, der zum Beispiel auf die Dimensionen bzw. die Übersetzungen der Zahnradprüfkörper 108, 110, 130, 132 angepasst werden kann. Hierfür kann ein Benutzer die Trägerwelle 102 samt Lagern innerhalb geradliniger Langlöcher 112 in einer im Querschnitt im Wesentlichen U-förmigen Trägerstruktur 128 an eine gewünschte Position verschieben und dann an dieser Stelle mittels eines nicht gezeigten Verriegelungsmechanismus verriegeln. Möglich ist das Einfügen von passgenauen Adapterfüllstücken in das jeweilige Langloch 112, wobei die Abmessungen der Adapterfüllstücke die Position der Lager für die Trägerwelle 102 definieren. Mit n Adapterfüllstückpaaren können n Positionen der Trägerwelle 102 definiert werden. Die beiden Langlöcher 112 dienen dabei als Linearführung, wobei eine Linearführung gemäß anderen Ausführungsbeispielen auch abweichend ausgebildet sein kann.
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Wie anhand 1 und 2 gezeigt ist, sind die Trägerwelle 102 und die Antriebswelle 104 zueinander parallel angeordnet. Dabei ist die Achsposition der Antriebswelle 104 ortsfest (bzw. an einer festen Position innerhalb des Laborsystems angeordnet). Dagegen ist die Trägerwelle 102 mittels der Achsabstandsverstelleinrichtung 106 in Grenzen beweglich.
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Die Vorrichtung 100 weist ferner die Verspannmomentbeaufschlageinrichtung 114 zum Beaufschlagen der Zahnradprüfkörper 108, 110, 130, 132 mit einem vorgebbaren Verspannmoment auf. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Verspannmomentbeaufschlageinrichtung 114 zum Beaufschlagen der Zahnradprüfkörper 108, 110, 130, 132 mit einem konstanten Verspannmoment (zum Beispiel zwischen 10 Nm und 150 Nm) eingerichtet, das vor Beginn einer eigentlichen Prüfmessung durch einen Benutzer auf einen festen Wert eingestellt werden kann. Gemäß 1 ist die Verspannmomentbeaufschlageinrichtung 114 mittels einer an der Verspannwelle 116 verspannbaren Kupplung realisiert. Die Verspannwelle 116 ist mittels geschmierter Übertragungsgetriebe 118, 120 mit der zu der Verspannwelle 116 parallelen Antriebswelle 104 gekuppelt.
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Die Vorrichtung 100 weist überdies einen an der Antriebswelle 104 angebrachten Drehmomentsensor 126 auf, mit dem das Verspannmoment gemessen werden kann, mit dem die in Verzahnungseingriff befindlichen Zahnradprüfkörper 108, 110, 130, 132 mittels der Verspannmomentbeaufschlageinrichtung 114 beaufschlagt werden.
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Die Vorrichtung 100 weist darüber hinaus eine an einem Verankerungsgrund 200 (siehe 2) verankerte und mit der Trägerstruktur 128 verbundene, damit auch mit der Trägerwelle 102 (zum Beispiel über die Lager) in Wirkzusammenhang stehende, Kraftmesseinrichtung 122 auf, die gemäß 1 als Kraftmessdose ausgebildet ist. Diese dient zum Erfassen eines Wirkungsgrads der in Verzahnungseingriff befindlichen Zahnradprüfkörper 108, 110 bzw. der in Verzahnungseingriff befindlichen Zahnradprüfkörper 130, 132.
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Die Vorrichtung 100 weist ferner einen an der Trägerstruktur 128 angebrachten und mit der Trägerwelle 102 in funktionaler Verbindung stehenden Vibrationssensor 124 auf, der zum Erfassen von für eine Lebensdauer der in Verzahnungseingriff befindlichen Zahnradprüfkörper 108, 110 bzw. 130, 132 indikativer Vibrationsinformation dient.
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Die Trägerstruktur 128 trägt die Trägerwelle 102 und hat vorliegend die Form eines Prüfgehäuses. Die Trägerstruktur 128 ist, zum Beispiel zum vereinfachten bzw. flexiblen Montieren der Zahnradprüfkörper 108, 110 bzw. 130, 132, mittels einer Schwenklagerung 154 koaxial zu der Antriebswelle 104 verschwenkbar.
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Die Vorrichtung 100 weist eine zum Steuern, Koordinieren und Synchronisieren des Prüfens eingerichtete Steuereinrichtung 134 auf. Diese ist bidirektional kommunizierfähig mit einer Eingabe-/Ausgabe-Einrichtung 156 gekoppelt, über die ein Benutzer der Steuereinrichtung 134 Steuerbefehle übermitteln kann und über welche die Steuereinrichtung 134 dem Benutzer Prüfungsergebnisse anzeigen kann.
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Die Steuereinrichtung 134 erfasst Signale der Sensoren und steuert bzw. regelt die Antriebseinrichtung 136 (Drehzahl und gegebenenfalls Drehrichtung des Antriebsmotors) und gegebenenfalls die Höhe des Verspannmomentes. Die Steuereinrichtung 134 dient somit zum Steuern der als Antriebsmotor ausgebildeten Antriebseinrichtung 136 zum Antreiben der Antriebswelle 104. Ferner steuert die Steuervorrichtung 134 die mit der Trägerwelle 102 gekuppelte Kraftmesseinrichtung 122 und verarbeitet entsprechende Messsignale. Die Steuereinrichtung 134 steuert überdies den Vibrationssensor 124 und verarbeitet entsprechende Messsignale. Auch der Drehmomentsensor 126 wird der Steuereinrichtung 134 gesteuert bzw. liefert der Steuereinrichtung 134 von dieser zu verarbeitende Messsignale. Auch ist eine Steuerung der Verspannmomentbeaufschlageinrichtung 114 mittels der Steuereinrichtung 134 möglich.
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Bezugszeichen 158 zeigt unterschiedliche Lager der Verspannwelle 116 bzw. der Antriebswelle 104.
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Der Betrieb der Vorrichtung 100 zum Durchführen einer Verzahnungsprüfung kann erfolgen, wie im Weiteren beschrieben: Zunächst werden die Zahnradprüfkörper 108, 110, 130, 132 an der Trägerwelle 102 bzw. an der Antriebswelle 104 montiert. Es wird hierbei mittels der Achsabstandsverstelleinrichtung 106 ein passender Achsabstand zwischen der Trägerwelle 102 und der Antriebswelle 104 eingestellt. Mittels der Verspannmomentbeaufschlageinrichtung 114 wird dann ein gewünschtes Verspannmoment eingestellt, das an die Prüfverzahnung angelegt werden soll, um eine mechanische Last zu simulieren. Nachfolgend wird die Antriebseinrichtung 136 zum Antreiben der Antriebswelle 104 aktiviert. Die Antriebseinrichtung 136 versetzt dann die gemäß 1 obere und mit dem zweiten Wellenabschnitt 152 der Antriebswelle 102 gekuppelte Komponente des Übertragungsgetriebes 120 sowie dem vierten Zahnradprüfkörper 132 in Rotation. Aufgrund der Eingriffsverzahnung zwischen dem vierten Zahnradprüfkörper 132 und dem dritten Zahnradprüfkörper 130 werden dann auch der dritte Zahnradprüfkörper 130 und die Trägerwelle 102 in Rotation versetzt. Ferner treibt die gemäß 1 obere Komponente des Übertragungsgetriebes 120 die gemäß 1 untere Komponente des Übertragungsgetriebes 120 an, welche untere Komponente an dem rechterhand der Verspannmomentbeaufschlageinrichtung 114 angeordneten zweiten Wellenabschnitt 162 der Verspannwelle 116 montiert ist und diesen antreibt. Mittels der zum Beispiel als Kupplung realisierten Verspannmomentbeaufschlageinrichtung 114 wird, entsprechend des eingestellten Verspannmoments, auch der linkerhand der Verspannmomentbeaufschlageinrichtung 114 angeordnete erste Wellenabschnitt 160 der Verspannwelle 116 in Rotation versetzt und treibt folglich die gemäß 1 untere und an der Verspannwelle 116 montierte Komponente des Übertragungsgetriebes 118 an. Diese untere Komponente treibt eine an der Antriebswelle 104 montierte und gemäß 1 obere Komponente des Übertragungsgetriebes 118, welche wiederum den gemäß 1 linksseitigen ersten Wellenabschnitt 150 der Antriebswelle 104 in Bewegung versetzt. Der erste Wellenabschnitt 150 versetzt dem zweiten Zahnradprüfkörper 110 in Rotation. Aufgrund des Verzahnungseingriffs zwischen dem zweiten Zahnradprüfkörper 110 und dem ersten Zahnradprüfkörper 108 sowie aufgrund der Montage des ersten Zahnradprüfkörpers 108 an der bereits drehenden Trägerwelle 102 dreht sich auch der erste Zahnradprüfkörper 108. Das Verspannmoment erzeugt ein Lastmoment für ein Prüfkörperpaar und ein gleich hohes Antriebsmoment für das zweite Prüfkörperpaar. Die erforderliche Leistung für den Antrieb bleibt nahezu konstant, da sich ja Last- und Antriebs-Moment für den externen Antrieb aufheben. Dieser hat nur die Reibungsverluste zu liefern, wodurch verhältnismäßig kleine Motoren eingesetzt werden können. Die Reaktion der Zahnradprüfkörper 108, 110, 130, 132 auf das mittels des Drehmomentsensors 126 erfassbaren Verspannmoments kann mittels des Vibrationssensors 124 bzw. mittels der Kraftmesseinrichtung 122 messtechnisch erfasst und von der Steuereinrichtung 134 verarbeitet bzw. ausgewertet werden.
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Die Vorrichtung 100 realisiert ein variables Verspannprinzip zur Messung von Lebensdauer und Wirkungsgrad von Verzahnungen zwischen den Zahnradprüfkörpern 108, 110, 130, 132. Die in 1 gezeigte Vorrichtung 100 ermöglicht dabei die paarweise Laufprüfung zweier Prüfverzahnungen 108/110, 130/132. Dabei erfolgt die Einleitung eines Verspannmoments durch die Verspannmomentbeaufschlageinrichtung 114, durch die zwei Übertragungsgetriebe 118, 120 und durch die in 1 und 2 dargestellten Wellen (d.h. ein erstes Wellensystem, das durch die Verspannwelle 116 ausgebildet ist, und ein zweites Wellensystem, dass durch die Antriebswelle 104 ausgebildet ist).
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Die Verspannmomentbeaufschlageinrichtung 114 zur Drehmomentvorspannung befindet sich in dem ersten Wellensystem und kann als Kupplung ausgeführt werden, bei der im gelösten Zustand vor Versuchsstart während Stillstand der Vorrichtung 100 mittels eines Torsionshebels (nicht gezeigt) ein Verspannmoment (d.h. ein Vorspannmoment) aufgebracht wird und durch Schließen der Kupplung während der Laufprüfung konstant gehalten wird. Alternativ kann über eine – anstelle der Kupplung platzierte – variable Verspannmomentbeaufschlageinrichtung 114 (zum Beispiel hydraulischer Verstellmotor bzw. elektromechanisch mittels Harmonic Drive Getriebe) eine Vorspannung in die Vorrichtung 100 eingebracht werden. Dieses modulare Vorspannprinzip ermöglicht eine Veränderung (bzw. Variabilität) des Verspannmomentes auch während der Prüfung.
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Das Vorspannmoment wird mittels des Drehmomentensensors 126 gemessen und in der Steuereinrichtung 134 in Form einer Messdatenerfassung/Maschinensteuerung (MMS) kontinuierlich aufgezeichnet. Bei Verwendung einer Verspannmomentbeaufschlageinrichtung 114 erfolgt die Regelung/Aktuierung vorzugsweise ebenfalls durch die MMS. Über einen Elektromotor wird die Vorrichtung 100 – gesteuert bzw. geregelt durch die MMS – angetrieben. Als Verlustgrößen sind lediglich die Reibverluste zuzuführen.
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Besonders vorteilhaft an dem beschriebenen exemplarischen Ausführungsbeispiel ist die Ausführung des zweiten Wellensystems. In dem zweiten Wellensystem ist das Prüfgehäuse als Trägerstruktur 128 integriert. Dieses Prüfgehäuse ist schwenkbar gelagert und ermöglicht Schwenkbewegungen koaxial zum zweiten Wellensystem. Das Prüfgehäuse trägt die Trägerwelle 102. Der Achsabstand der Trägerwelle 102 zum zweiten Wellensystem kann stufenlos in dem Prüfgehäuse eingestellt werden. Dabei kommt jeweils die oben beschriebene Linearführung zum Einsatz. Die Prüfverzahnungen 108/110 bzw. 130/132 werden paarweise auf der Trägerwelle 102 bzw. dem zweiten Wellensystem in Form der Antriebswelle 104 montiert. Durch eine anwendungsspezifische Gestaltung der Trägerwelle 102 bzw. der Wellenenden der Antriebswelle 104 können reale Verzahnungen (insbesondere Welle-Nabe Verbindungen entsprechend realer Bauteile) montiert werden. Im Betrieb unterscheiden sich die entstehenden Torsionsmomente auf das Prüfgehäuse, die aus den beiden Prüfverzahnungen 108/110 bzw. 130/132 resultieren, genau um die Verluste im Zahneingriff. Die anderen Verlustgrößen (Lagerverluste, etc.) gehen in diese Differenz im Torsionsmoment nicht ein. Diese Differenz (Bezeichnung in 2 als FR) kann durch die Kraftmesseinrichtung 122 detektiert und in der MMS erfasst werden. In Kenntnis des Verspannmomentes kann daraus der Wirkungsgrad der Verzahnung abgeleitet werden.
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Das Ende der Lebensdauer der Prüfverzahnung kann, insbesondere wenn die Flankentragfähigkeit limitierend ist (insbesondere Bildung von Micro-Pittings oder Macro-Pittings), durch den Vibrationssensor 124 in Verbindung mit der MMS erfasst werden. Die Übertragungsgetriebe 118, 120 weisen in der Regel eine deutlich höhere Lebensdauer als die Prüfgetriebe auf.
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Gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Prüfverzahnungen 108/110 bzw. 130/132 einfach zugänglich, wodurch ein effizienter Tausch der Prüfverzahnungen 108/110 bzw. 130/132 ermöglicht wird. Die Steifigkeit der Wellen 102, 104, 116 kann auf die Steifigkeit der Prüfverzahnungen 108/110 bzw. 130/132 und die gewünschten Vorspannmomente abgestimmt werden.
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Vorteilhaft sind in der Vorrichtung 100 zahlreiche Funktionen in eine Prüfanlage integriert, die gemäß dem Verspannprinzip arbeitet. Das sind insbesondere die Variabilität im Achsabstand, eine präzise Wirkungsgradmessung, eine Variabilität im Verspannmoment und die Möglichkeit der Prüfung von realen (unveränderten) Bauteilen im Hinblick auf die Welle-Nabe-Verbindungen sowie die Möglichkeit eines raschen und einfachen Probentauschs. Im Unterschied zu herkömmlichen Prüfsystemen ist gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen der Erfindung auch eine paarweise Verspannungsprüfung (Laufversuche) an Prüfgetrieben ermöglicht. Dies erlaubt insbesondere eine Prüfung von Verzahnungen, von Leistungsantrieben, von Verstellantrieben, etc. Mögliche Anwendungen liegen im Bereich der Fahrzeugindustrie (OEM und Zulieferer), des Maschinenbaus, etc.
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Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DD 56375 B1 [0002]
- DD 56376 A1 [0002]
- DD 70190 A1 [0002]
- DE 2948517 C2 [0002]
- DE 3100848 C2 [0002]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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