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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Getriebeantriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Komfortantrieb unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Getriebeantriebseinrichtung.
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Eine Getriebeantriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug als Bestandteil eines Komfortantriebs in einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der Praxis bereits bekannt. Die bekannte Getriebeantriebseinrichtung dient beispielsweise zum Betätigen eines Schiebedachs, einer Fensterscheibe, eines Sitzes oder ähnlichem in dem Kraftfahrzeug. Hierzu weist die Getriebeantriebseinrichtung einen Elektromotor auf, der an ein Getriebegehäuse angeflanscht ist. Der Elektromotor ragt mit einer Antriebswelle in eine Öffnung des Getriebegehäuses hinein. Ferner ist die Antriebswelle innerhalb des Getriebegehäuses mit einem Verzahnungsbereich ausgestattet, der mit einer Gegenverzahnung eines als Stirnrad ausgebildeten Getrieberads kämmt. Das in einer Achse drehbar gelagerte Getrieberad ist zumindest mittelbar mit einer Abtriebswelle verbunden, welche wiederum zur Betätigung des erwähnten Elements (Fensterscheibe, Schiebedach usw.) dient. Darüber hinaus ist die Antriebswelle des Elektromotors üblicherweise in drei Lagereinrichtungen gelagert, wobei jeweils eine Lagereinrichtung beidseitig des Bereichs angeordnet ist, in dem der Verzahnungsbereich der Antriebswelle mit der Gegenverzahnung des Getrieberads kämmt, während eine dritte Lagereinrichtung auf der dem Getriebegehäuse abgewandten Seite des Elektromotors angeordnet ist. Das als Kunststoffspritzgussteil ausgebildete Getrieberad weist üblicherweise eine Schrägverzahnung auf, während der Verzahnungsbereich an der Antriebswelle des Elektromotors als Antriebsschnecke bzw. als Schneckenverzahnung ausgebildet ist.
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Nachteilig bei einer derartigen Kopplung zwischen dem Verzahnungsbereich an der Antriebswelle und der Gegenverzahnung an dem Stirnrad bzw. Getrieberad ist es, dass beim Betrieb der Getriebeantriebseinrichtung üblicherweise lediglich eine punktförmige Anlage zwischen dem Verzahnungsbereich und den Zähnen an der Gegenverzahnung ausgebildet ist. Dadurch herrschen in dem Fall, bei dem der Verzahnungsbereich aus Metall besteht, während die Gegenverzahnung aus Kunststoff ausgebildet ist, relativ hohe Flächenpressungen an dem aus Kunststoff ausgebildeten Getrieberad. Dadurch ist wiederum das übertragbare Antriebsmoment von dem Elektromotor auf das Getrieberad limitiert, da keine plastische Verformung an den Zähnen des Getrieberads über die Lebensdauer der Getriebeantriebseinrichtung erwünscht ist.
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Weiterhin ist es aus der
DE 10 2015 205 146 A1 der Anmelderin bekannt, das Getriebe- bzw. Stirnrad einer Getriebeantriebseinrichtung mit einer Globoidverzahnung auszubilden, wobei das Stirnrad im Kunststoffspritzgussverfahren hergestellt ist. Derartige Globoidverzahnungen zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass eine linienförmige Anlage zwischen der Globoidverzahnung und dem mit der Globoidverzahnung kämmenden Gegenelement ermöglicht wird. Dadurch wird bei einer Übertragung von Momenten bzw. Kräften die Flächenpressung zwischen den Bauteilen bzw. Verzahnungen reduziert, so dass verbesserte mechanische Eigenschaften erzielbar sind. Die Herstellung von Globoidverzahnungen am Getrieberad ist relativ aufwändig bzw. auf Anwendungen beschränkt, bei denen das Getrieberad im Kunststoffspritzgussverfahren herstellbar ist. Dies rührt daher, dass die Ausbildung einer Globoidverzahnung im spanlosen oder spanenden Verfahren bei dem zur Diskussion stehenden Getriebeantriebseinrichtungen, welche eine besonders kostengünstige Fertigung auch im Bereich der Getrieberäder erfordern, zu kostenintensiv ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Getriebeantriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass eine verbesserte Übertragung von Kräften bzw. Momenten von der Antriebswelle des Elektromotors auf ein eine konventionelle Schrägverzahnung aufweisendes Getrieberad ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Getriebeantriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der Verzahnungsbereich im Bereich der Antriebswelle als Globoidverzahnung ausgebildet ist. Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, den Verzahnungsbereich im Bereich der Antriebswelle, welcher üblicherweise aus Metall besteht, und der beispielsweise durch einen spanlosen Umformvorgang im Bereich der Antriebswelle erzeugt wird, mit einer Globoidverzahnung auszubilden. Dabei ist es in Abhängigkeit von dem jeweiligen Einsatzzweck bzw. den Erfordernissen möglich, den Verzahnungsbereich entweder einstückig an der Antriebswelle auszubilden, oder aber durch ein separates, mit der Antriebswelle verbindbares Element. Der Verzahnungsbereich im Bereich der Antriebswelle ist somit in Form einer Schneckenverzahnung als Globoidschnecke ausgebildet, während die mit der Globoidverzahnung kämmende Gegenverzahnung an dem Getriebe- bzw. Stirnrad in üblicher Art und Weise als Schrägverzahnung ausgebildet ist. Dadurch wird eine linienförmige Anlage des Verzahnungsbereichs an der Gegenverzahnung über mehrere Zähne des Getriebe- bzw. Stirnrads ermöglicht.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Getriebeantriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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In einer ersten konstruktiven Ausgestaltung der Getriebeantriebseinrichtung ist es vorgesehen, dass der Verzahnungsbereich an einem von der Antriebswelle separaten Verzahnungsbauteil ausgebildet und zumindest auf der dem Elektromotor zugewandten Seite mit der Antriebswelle verbunden ist. Eine derartige Lösung lässt somit auch die Möglichkeit offen, dass das Verzahnungsbauteil auf der dem Elektromotor abgewandten Seite zusätzlich mit einem weiteren, insbesondere wellen- bzw. achsförmigen Bauteil verbunden ist, um beispielsweise beidseitig des Verzahnungsbereichs eine radiale Lagerung der Antriebswelle bzw. des Verzahnungsbauteils zu ermöglichen. Die Ausbildung des Verzahnungsbereichs durch ein separates Verzahnungsbauteil weist einige Vorteile auf, die nachfolgend wie folgt erläutert werden: Zum einen ist es möglich, das Verzahnungsbauteil und die restliche Antriebswelle des Elektromotors aus unterschiedlichen Materialien herzustellen, so dass diese Bauteile für ihren jeweiligen Einsatzzweck optimiert werden können. Darüber hinaus wird der Materialbedarf für die Einheit, die aus der Antriebswelle und dem Verzahnungsbauteil bzw. dem Verzahnungsbereich gebildet wird, minimiert. Dies rührt daher, dass für die Antriebswelle ein relativ geringer Durchmesser gewählt werden kann, der gerade groß genug ist, um die zu übertragenden Momente auf das Verzahnungsbauteil übertragen zu können. Demgegenüber kann das Verzahnungsbauteil mit einem relativ großen (Grund-)Durchmesser ausgestattet werden, wodurch die Flächenpressung zwischen dem Verzahnungsbauteil und der Gegenverzahnung an dem Getrieberad zusätzlich reduziert wird. Wollte man einen derartigen, relativ großen (Grund-)Durchmesser an dem Verzahnungsbereich bei einer einstückig ausgebildeten Antriebswelle realisieren, so müsste die Antriebswelle in dem Bereich außerhalb des Verzahnungsbereichs einen relativ großen Durchmesser aufweisen, was sowohl hinsichtlich des Gewichts, als auch hinsichtlich der Baugröße des Elektromotors als nachteilhaft anzusehen ist. Alternativ müsste der relativ große Grunddurchmesser der Antriebswelle durch Materialbearbeitung reduziert werden, was relativ hohe Fertigungskosten zur Folge hat. Weiterhin ermöglicht es die Ausbildung des Verzahnungsbereichs an einem separaten Verzahnungsbauteil, eine Art Baukastensystem zu entwickeln, bei dem ein Elektromotor mit einer standardisierten Antriebswelle mit einem individuell konfigurierbaren bzw. kundenspezifisch ausgebildeten Verzahnungsbauteil verbunden wird.
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Hinsichtlich der Verbindung zwischen einem derartigen, separaten Verzahnungsbauteil und der Antriebswelle sind insbesondere die Kriterien hinsichtlich der Dauerfestigkeit bzw. der Übertragbarkeit von genügend hohen Drehmomenten sowie eine achsgleich ausgebildete Anordnung zwischen dem Verzahnungsbauteil und der Antriebswelle wichtig, um Unwuchtigkeiten beim Betrieb der Getriebeantriebseinrichtung sowie ungleichförmige Anlagen zwischen dem Verzahnungsbereich des Verzahnungsbauteils und der Gegenverzahnung am Getrieberad zu vermeiden. So sieht es eine erste erfindungsgemäße Ausbildung der Verbindung zwischen dem Verzahnungsbauteil und der Antriebswelle vor, dass die Verbindung als stoffschlüssige Verbindung ausgebildet ist. Unter einer stoffschlüssigen Verbindung wird dabei insbesondere Schweiß- bzw. Klebeverbindung verstanden, die in Abhängigkeit der verwendeten Materialien und sonstiger Randbedingungen ausgewählt werden. Es ist jedoch alternativ oder auch zusätzlich möglich, die Verbindung zwischen dem Verzahnungsbauteil und der Antriebswelle als kraftschlüssige Verbindung in Form einer Pressverbindung auszubilden.
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Hierzu kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass das Verzahnungsbauteil an wenigstens einem stirnseitigen Endbereich eine sacklochförmige Aufnahme für die Antriebswelle aufweist. Diese sacklochförmige Aufnahme kann beispielsweise als Reservoir für einen Klebstoff verwendet werden bzw. als Kontaktfläche zur Ausbildung einer stoffschlüssigen Verbindung, oder aber als Bestandteil einer Pressverbindung, indem der Innendurchmesser der sacklochförmigen Aufnahme etwas geringer ist als der Außendurchmesser des Bereichs der Antriebswelle im Bereich der sacklochförmigen Aufnahme. Eine derartige Ausbildung mit wenigstens einer, vorzugsweise zwei, an der jeweiligen Stirnseite des Verzahnungsbauteils ausgebildeten sacklochförmigen Aufnahmen hat darüber hinaus den ganz besonderen Vorteil, dass das Verzahnungsbauteil in einem in Bezug auf seine axiale Erstreckung mittleren Bereich bei hoher mechanischer Festigkeit einen relativ geringen Durchmesser aufweisen kann, da das Verzahnungsbauteil in dem nicht mit den sacklochförmigen Aufnahmen versehenen Bereichen aus Vollmaterial bestehen kann, d.h. insbesondere keine Längsbohrung aufweisen muss.
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Alternativ kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass der Verzahnungsbereich einstückig an der Antriebswelle ausgebildet ist. Eine derartige Ausführungsform ist insbesondere mit Blick auf die Fertigungskosten dann von Vorteil, wenn die Durchmesserunterschiede der Antriebswelle in dem Bereich außerhalb des Verzahnungsbereichs und im Verzahnungsbereich relativ gering sind. Darüber hinaus lässt sich bei einer derartigen konstruktiven Ausbildung auf den zusätzlichen Fertigungs- bzw. Montageschritt des Verbindens eines Verzahnungsbauteils mit der Antriebswelle verzichten.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn der Verzahnungsbereich zumindest durch einen spanlosen Fertigungsschritt ausgebildet ist. Ein derartiger spanloser Fertigungsschritt hat insbesondere den Vorteil, dass beispielsweise die Oberfläche der Verzahnungsbereichs in Abhängigkeit von dem Fertigungsverfahren zusätzlich verfestigt bzw. verstärkt wird und darüber hinaus eine besonders rationelle Fertigung des Verzahnungsbereichs ermöglicht wird. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass in Abhängigkeit des jeweiligen Anwendungsfalls vor dem spanlosen Fertigungsschritt ein spannender Fertigungsschritt erforderlich ist. Auch dieser Fall soll von der Erfindung umfasst sein.
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Zur weiteren Optimierung der Kraftübertragung zwischen dem Verzahnungsbereich an der Antriebswelle bzw. dem Verzahnungselement sowie der Gegenverzahnung an dem Getrieberad (Stirnrad) kann es vorgesehen sein, dass auch die Gegenverzahnung am Getrieberad als Globoidverzahnung ausgebildet ist. Hierzu wird beispielhaft auf die
DE 10 2014 205 146 A1 der Anmelderin verwiesen, aus der ein derartiges, eine Globoidverzahnung aufweisendes Getrieberad offenbart ist.
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Zuletzt umfasst die Erfindung auch einen Komfortantrieb mit einer soweit beschriebenen Getriebeantriebseinrichtung. Unter einem Komfortantrieb wird dabei insbesondere, und nicht einschränkend, ein Schiebedachantrieb, ein Sitzverstellungsantrieb, ein Fensterheberantrieb oder ähnliches verstanden. Dabei weist der Komfortantrieb dieselben Vorteile auf, die im Rahmen der Beschreibung der erfindungsgemäßen Getriebeantriebseinrichtung erläutert wurden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in:
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1 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Getriebeantriebseinrichtung,
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2 einen Teilbereich der Antriebswelle eines Elektromotors und eines Getrieberads, wobei die Antriebswelle eine Globoidverzahnung aufweist, in einer teilweise geschnittenen Darstellung,
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3 eine einstückig ausgebildete Antriebswelle, an der eine Globoidverzahnung ausgebildet ist in Seitenansicht,
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4 einen Längsschnitt durch einen Teilbereich einer Antriebswelle des Elektromotors, bei der der Verzahnungsbereich durch ein separates Verzahnungsbauteil ausgebildet ist, und
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5 eine gegenüber 4 abgewandelte Ausführungsform, bei der das Verzahnungsbauteil über Schweißverbindungen mit der Antriebswelle verbunden ist, in einer Seitenansicht.
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugziffern versehen.
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Die in der 1 dargestellte Getriebeantriebseinrichtung 10 dient als Bestandteil eines ansonsten nicht gezeigten Komfortantriebs in einem Kraftfahrzeug. Die Getriebeantriebseinrichtung 10 umfasst einen Elektromotor 11 mit einem Motorgehäuse 12, wobei das Motorgehäuse 12 im Bereich einer Stirnseite des Motorgehäuses 12 an ein Getriebegehäuse 15 angeflanscht ist. Beispielhaft erfolgt die Verbindung zwischen dem Motorgehäuse 12 des Elektromotors 11 und dem Getriebegehäuse 15 über Befestigungsschrauben 16.
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Das beispielsweise im Gussverfahren aus Metall hergestellte Getriebegehäuse 15 weist ebenfalls lediglich beispielhaft ein topfförmiges Getriebegehäusegrundteil 17 auf, dessen Öffnung mit einem Getriebedeckel 18 verschließbar ist. Innerhalb des Innenraums des Getriebegehäuses 15 ist ein ein- oder mehrstufig ausgebildetes Getriebe 20 angeordnet, das zumindest ein Getrieberad 21 aufweist. Das Getrieberad 21 ist in einer Achse innerhalb des Getriebegehäuses 15 drehbar gelagert und wirkt zumindest mittelbar auf eine aus dem Getriebegehäuse 15 herausragende Abtriebswelle 22. Die Abtriebswelle 22 ist wiederum zumindest mittelbar mit dem zu verstellenden Element des Komfortantriebs (Schiebedach, Fensterscheibe, Sitzkomponenten usw.) verbunden.
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Der Elektromotor 11 weist innerhalb des Motorgehäuses 12 einen drehbar gelagerten, nicht dargestellten Anker auf. Der Anker ist innerhalb des Motorgehäuses 12 auf einer Ankerwelle 23 angeordnet, die außerhalb des Motorgehäuses 12 eine Antriebswelle 24 mit einer Längsachse 25 ausgebildet. Die Antriebswelle 24 ragt mit dem aus dem Motorgehäuse 12 herausragenden Abschnitt in den Innenraum des Getriebegehäuses 15 hinein. Die Ankerwelle 23 bzw. Antriebswelle 24 des Elektromotors 11 ist beispielhaft in drei Lagereinrichtungen 26 bis 28 radial gelagert. Während die eine Lagereinrichtung 26 auf der dem Getriebegehäuse 15 abgewandten Seite des Motorgehäuses 12 angeordnet ist, um einen ersten Endbereich 29 der Ankerwelle 23 zu lagern, ist die zweite Lagereinrichtung 27 beispielhaft im Bereich einer Bürstenträgereinrichtung 30 angeordnet, die bereichsweise ebenfalls in den Innenraum des Getriebegehäuses 15 hineinragt. Die dritte Lagereinrichtung 28 lagert den dem ersten Endbereich 29 gegenüberliegenden zweiten Endbereich 31 der Antriebswelle 24.
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Die Antriebswelle 24 weist in dem Bereich zwischen den beiden Lagereinrichtungen 27 und 28 einen Verzahnungsbereich 34 auf. Der Verzahnungsbereich 34 ist in Form einer Globoidverzahnung 35 ausgebildet. Der Verzahnungsbereich 34 bzw. die Globoidverzahnung 35 kämmt mit einer durch Zähne 36 an dem Getrieberad 21 ausgebildeten Gegenverzahnung 37. Die Zähne 36 bzw. die Gegenverzahnung 37 sind am Umfang des Getrieberads 21 in Form einer Schrägverzahnung ausgebildet.
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Wie insbesondere der Darstellung der 2 entnehmbar ist, weist der Verzahnungsbereich 34 der Globoidverzahnung 35 über die axiale Länge L des Verzahnungsbereichs 34 unterschiedliche Fußkreisdurchmesser der Zähne auf, derart, dass der Fußkreisdurchmesser f in Bezug auf die axiale Erstreckung im mittleren Bereich des Verzahnungsbereichs 34 am geringsten ist. Zu den beiden axialen Enden des Verzahnungsbereichs 34 nimmt der Fußkreisdurchmesser f zu. Weiterhin ist die Globoidverzahnung 35 in Form einer Globoidschnecke 38 ausgebildet, die über eine Schneckenverzahnung in das als Schneckenrad ausgebildete Getrieberad 21 eingreift.
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Bei dem in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Verzahnungsbereich 34 bzw. die Globoidverzahnung 35 einstückig an der Antriebswelle 24 ausgebildet. Die Ausbildung der Globoidverzahnung 35 umfasst zumindest einen spanlosen Fertigungsvorgang, dem ggf. ein spanender Fertigungsschritt vorgeschaltet ist. Entsprechend der Darstellung der 3 kann es vorgesehen sein, dass die Antriebswelle 24 im Bereich beidseitig der Globoidverzahnung 35 jeweils einen konstanten Durchmesser D aufweist, der sich im Bereich der Globoidverzahnung 35 im axial mittleren Bereich der Globoidverzahnung 35 bis zu einem kleinsten Durchmesser d verringert.
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Bei dem in der 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Globoidverzahnung 35 bzw. der Verzahnungsbereich 34 an einem von der Antriebswelle 24a separat gefertigten Verzahnungsbauteil 40 ausgebildet. Das Verzahnungsbauteil 40 besteht entweder aus dem gleichen Material wie die Antriebswelle 24a, oder aber aus einem davon unterschiedlichem Material bzw. Werkstoff. Bei dem in der 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Antriebswelle 24a zweiteilig ausgebildet, derart, dass diese zwei Abschnitte 41, 42 aufweist, die an den jeweiligen Stirnseiten des Verzahnungsbauteils 40 mit diesem verbunden sind. Dabei kann der eine Abschnitt 41 beispielsweise auf der dem Elektromotor 11 zugewandten Seite ausgebildet sein, während der andere Abschnitt 42 insbesondere der Lagerung der Antriebswelle 24a in der dritten Lagereinrichtung 28 dient. Das Verzahnungsbauteil 40 weist im Bereich seiner gegenüberliegenden Stirnflächen jeweils eine sacklochförmige Vertiefung bzw. Aufnahme 43, 44 für den jeweiligen Abschnitt 41, 42 der Antriebswelle 24a auf. Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Abschnitte 41, 42 der Antriebswelle 24a über eine Pressverbindung mit den Aufnahmen 43, 44 des Verzahnungsbauteils 40 verbunden sind. Alternativ oder zusätzlich kann es auch vorgesehen sein, dass zwischen der jeweiligen Aufnahme 43, 44 und der jeweiligen Abschnitte 41, 42 eine stoffschlüssige Verbindung, beispielsweise in Form einer Klebeverbindung ausgebildet ist. Wie anhand der Darstellung der 4 erkennbar ist, weist die Antriebswelle 24a einen Durchmesser d auf, der bevorzugt in etwa dem Durchmesser d des Verzahnungsbauteils 40 in dem axial mittleren Bereich des Verzahnungsbauteils 40 entspricht.
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Zuletzt ist in der 5 der Fall dargestellt, bei der das Verzahnungsbauteil 40a an seinen beiden gegenüberliegenden Stirnflächen 46, 47 über jeweils eine radial umlaufenden Schweißnaht 48, 49 mit einem Abschnitt 41, 42 der Antriebswelle 22a verbunden ist.
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Die soweit beschriebene Getriebeantriebseinrichtung 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015205146 A1 [0004]
- DE 102014205146 A1 [0013]
