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Die Erfindung betrifft eine Steckverzahnung, insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit zwei um eine Drehachse angeordneten Bauteilen mit einen in Umfangsrichtung vorgespannten Drehschluss miteinander bildenden ersten und zweiten Verzahnungsbereichen, wobei der erste Verzahnungsbereich aus zwei Verzahnungselementen mit in Umfangsrichtung phasenverschobenen ersten und zweiten Verzahnungen gebildet ist, die Verzahnungselemente mittels eines Elastomerkörpers miteinander begrenzt verdrehbar verbunden sind und die ersten und zweiten Verzahnungen unter Ausbildung einer in Umfangsrichtung wirksamen Vorspannkraft des Elastomerkörpers auf einer dritten Verzahnung des zweiten Verzahnungsbereichs aufgenommen sind.
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Aus der internationalen Offenlegungsschrift
WO 2014/194901 A1 ist ein Verbindungselement für eine Welle-Nabe-Verbindung, insbesondere zur Drehmomentübertragung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeug, mit einem eine erste Verzahnung aufweisenden ersten Verzahnungselement zur Ausbildung einer gattungsgemäßen Steckverzahnung mit einer Gegenverzahnungselement, einem eine zweite Verzahnung aufweisenden zweiten Verzahnungselement zur Ausbildung einer Steckverzahnung mit dem selben Gegenverzahnungselement und einem mit dem ersten Verzahnungselement und dem zweiten Verzahnungselement verbundenen Elastomerkörper bekannt, wobei der Elastomerkörper bei einer fluchtenden Ausrichtung der ersten Verzahnung zur zweiten Verzahnung ein Rückstellmoment in Umfangsrichtung auf das erste Verzahnungselement und/oder auf das zweite Verzahnungselement ausübt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steckverzahnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die kostengünstig herstellbar ist und/oder eine lange Lebensdauer aufweist.
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Die Aufgabe ist bei einer Steckverzahnung, insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit zwei um eine Drehachse angeordneten Bauteilen mit einen in Umfangsrichtung vorgespannten Drehschluss miteinander bildenden ersten und zweiten Verzahnungsbereichen, wobei der erste Verzahnungsbereich aus zwei Verzahnungselementen mit in Umfangsrichtung phasenverschobenen ersten und zweiten Verzahnungen gebildet ist, die Verzahnungselemente mittels eines Elastomerkörpers miteinander begrenzt verdrehbar verbunden sind und die ersten und zweiten Verzahnungen unter Ausbildung einer in Umfangsrichtung wirksamen Vorspannkraft des Elastomerkörpers auf einer dritten Verzahnung des zweiten Verzahnungsbereichs aufgenommen sind, dadurch gelöst, dass die zweite Verzahnung in einem ersten Abschnitt ihrer axialen Erstreckung als Schrägverzahnung und in einem zweiten Abschnitt ihrer axialen Erstreckung als Geradverzahnung ausgeführt ist. Durch den geradverzahnten zweiten axialen Abschnitt können im Betrieb der Steckverzahnung Abnutzungserscheinungen verringert werden. Dadurch kann die Lebensdauer der Steckverzahnung vorteilhaft verlängert werden.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Steckverzahnung ist dadurch gekennzeichnet, dass der geradverzahnte zweite Abschnitt der zweiten Verzahnung der ersten Verzahnung abgewandt ist. Demzufolge ist der schrägverzahnte erste Abschnitt der zweiten Verzahnung der ersten Verzahnung zugewandt. Dadurch wird die Montage der Steckverzahnung vereinfacht. Der schrägverzahnte erste Abschnitt der zweiten Verzahnung bildet bei der Montage der Steckverzahnung vorteilhaft eine Einführschräge. Durch den zusätzlichen geraden Anteil einer Zahnflanke der zweiten Verzahnung wird ein Einarbeiten der zweiten Verzahnung in die dritte Verzahnung beziehungsweise ein Verschleiß der zweiten Verzahnung verhindert. Dabei kommt es vorteilhaft zu keinem unerwünschten Verlust an Vorspannung. Des Weiteren wird durch die nicht vorhandene Einarbeitung der zweiten Verzahnung in die dritte Verzahnung eine Demontage der Steckverzahnung vereinfacht.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Steckverzahnung ist dadurch gekennzeichnet, dass der geradverzahnte zweite Abschnitt der zweiten Verzahnung weniger als die Hälfte der axialen Erstreckung der zweiten Verzahnung einnimmt. Bei im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Versuchen und Untersuchungen hat sich herausgestellt, dass die Montage durch den größeren schrägverzahnten ersten axialen Abschnitt der zweiten Verzahnung vereinfacht wird.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Steckverzahnung ist dadurch gekennzeichnet, dass der geradverzahnte zweite Abschnitt der zweiten Verzahnung etwa ein Drittel der axialen Erstreckung der zweiten Verzahnung einnimmt. Dadurch kann ein unerwünschtes Einarbeiten der zweiten Verzahnung in die dritte Verzahnung sicher verhindert werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Steckverzahnung ist dadurch gekennzeichnet, dass der schrägverzahnte erste Abschnitt der zweiten Verzahnung an einem dem geradverzahnten zweiten Abschnitt abgewandten Ende spitz zuläuft. Dadurch wird die Montage der Steckverzahnung weiter vereinfacht.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Steckverzahnung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verzahnungselement mit der zweiten Verzahnung teilverzahnt ist. Dadurch werden die Herstellung und die Montage der Steckverzahnung vereinfacht.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Steckverzahnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verzahnung mindestens drei Zähne umfasst. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die zweite Verzahnung genau drei Zähne. Bei den im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchungen und Versuchen hat sich gezeigt, dass mindestens drei Zähne an der zweiten Verzahnung ausreichen, um die vorab beschriebenen Vorteile zu erzielen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Steckverzahnung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Zahn der zweiten Verzahnung diametral zu einem zweiten und einem dritten Zahn der zweiten Verzahnung angeordnet ist. Diese Anordnung hat sich bei den im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Versuchen und Untersuchungen als besonders wirksam erwiesen. Ein Abstand in Umfangsrichtung zwischen dem zweiten und dem dritten Zahn der zweiten Verzahnung ist vorzugsweise deutlich kleiner als Abstände in Umfangsrichtung des zweiten und des dritten Zahns zu dem ersten Zahn der zweiten Verzahnung.
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Die vorgeschlagene Steckverzahnung dient insbesondere in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs der Drehmomentübertragung zwischen zwei Bauteilen wie Antriebsstrangbauteilen, wobei während einer Montage die Steckverbindung durch axiales Verlagern der Bauteile gefügt wird. Die zwei um eine Drehachse angeordneten Bauteile bilden dabei einen in Umfangsrichtung vorgespannten Drehschluss miteinander. Hierzu sind an dem ersten Bauteil ein erster und an dem anderen Bauteil ein zweiter Verzahnungsbereich vorgesehen. Der erste Verzahnungsbereich ist aus zwei axial beabstandeten Verzahnungselementen mit in Umfangsrichtung phasenverschobenen ersten und zweiten Verzahnungen gebildet. Die Verzahnungselemente sind dabei mittels eines Elastomerkörpers miteinander elastisch begrenzt verdrehbar verbunden. Die ersten und zweiten Verzahnungen sind unter Ausbildung einer in Umfangsrichtung wirksamen Vorspannkraft des Elastomerkörpers auf einer dritten Verzahnung des zweiten Verzahnungsbereichs aufgenommen. Durch die eingestellte Vorspannung wird ein durch Toleranzen der Bauteile bedingtes Verzahnungsklappern vermieden. Um das Fügen der Bauteile und deren Verzahnungen unter Ausbildung der Vorspannung einfacher durchführen zu können, weisen die erste und zweite Verzahnung über zumindest einen Teilbereich unterschiedliche Steigungen gegenüber der Drehachse auf. Durch die unterschiedliche Steigung der Verzahnungen wird während des Fügevorgangs der Bauteile das erste Verzahnungselement gegenüber dem zweiten Verzahnungselement ohne zusätzliche Werkzeuge verdreht, sobald diese auf die Verzahnung des dritten Verzahnungselements aufgeschoben werden.
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Die ersten und zweiten Verzahnungen fluchten dabei so aufeinander, dass zu Beginn des Fügevorgangs die dritte Verzahnung in der ersten Verzahnung komplett durchgeschoben und in die zweite Verzahnung eingeschoben werden kann. Aufgrund der anderen Steigung der zweiten Verzahnung wird das zweite Verzahnungselement entgegen der Wirkung des Elastomerkörpers begrenzt verdreht und die Vorspannung der Zähne der ersten und zweiten Verzahnung gegenüber der dritten Verzahnung hergestellt. Dabei können die erste Verzahnung und die dritte Verzahnung als axial zur Drehachse ausgebildete Geradverzahnungen, beispielsweise als Evolventenverzahnung ausgebildet sein. Die zweite Verzahnung kann zumindest über einen Teil ihrer axialen Erstreckung als Schrägverzahnung ausgebildet sein. Beispielsweise ist die zweite Verzahnung als Geradverzahnung mit Einfuhrschrägen ausgebildet, wobei die Einfuhrschrägen eine Verdrehung des zweiten Verzahnungselements gegenüber dem ersten Verzahnungselement bewirken, sobald die dritte Verzahnung auf die Einfuhrschrägen aufgeschoben wird.
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Alternativ können die erste Verzahnung eine Steigung Null und die zweite Verzahnung eine Steigung ungleich Null gegenüber der Drehachse aufweisen. Diese Steigung der zweiten Verzahnung ist dabei so ausgelegt, dass die vorgesehene Verdrehung der ersten und zweiten Verzahnungselemente erst nach Durchgreifen der dritten Verzahnung durch die zweite Verzahnung endgültig erzielt wird. Hierdurch kann die Verdrehung auf einen längeren Axialweg ausgedehnt und damit die Fügekraft verringert werden.
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Es kann dabei vorgesehen sein, dass der Drehschluss zwischen erster und dritter Verzahnung im Wesentlichen das gesamte zu übertragende Drehmoment der Steckverzahnung übernehmen, während die zweite Verzahnung lediglich die Vorspannkraft des ersten Verzahnungsbereichs gegenüber dem zweiten Verzahnungsbereich bereitstellt. Es kann deswegen vorgesehen sein, an dem ersten Verzahnungselement eine größere Anzahl an Zähne als eine Anzahl der Zähne an der zweiten Verzahnung anzuordnen. Beispielsweise können an der ersten Verzahnung 15 bis 25, bevorzugt zwischen 20 und 24, Zähne vorgesehen sein, die über den Umfang verteilt in entsprechende Zahnlücken der dritten Verzahnung drehschlüssig eingreifen. Um die Reibung insbesondere während des Fügevorgangs zwischen der zweiten und dritten Verzahnung zu verringern, kann die Anzahl der Zähne des zweiten Verzahnungselements zwischen eins und sechs, bevorzugt drei betragen.
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Es kann weiterhin vorgesehen sein, wenige, beispielsweise drei Zähne der zweiten Verzahnung vorzusehen, die unterschiedliche Rücksprünge gegenüber der Stirnseite des zweiten Verzahnungselements aufweisen. Auf diese Weise treten die komplementären Zähne der dritten Verzahnung während des Fügevorgangs nacheinander in Kontakt, so dass eine asymmetrische Axial- und Drehbelastung des zweiten Verzahnungselements auftritt, die die Verdrehung des zweiten Verzahnungselements erleichtern kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Steckverzahnung als eine Welle/Nabenverbindung ausgebildet. Insoweit ist ein Bauteil als Welle und das andere Bauteil als Nabenteil ausgebildet. Eine derartige Welle/Nabenverbindung kann in einem Antriebsstrang beispielsweise zwischen einem Drehschwingungsdämpfer wie Zweimassenschwungrad und einer Doppelkupplung vorgesehen sein, wobei das Ausgangsteil des Drehschwingungsdämpfers, beispielsweise ein Flanschteil zur Beaufschlagung der Federeinrichtung und/oder ein Pendelflansch eines Fliehkraftpendels mit dem Nabenteil verbunden oder einteilig mit diesem ausgebildet sein kann. Hierbei hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der erste Verzahnungsbereich an dem Nabenteil und der zweite Verzahnungsbereich an einer Welle vorgesehen ist. Das Nabenteil kann hierzu an der Stirnseite der Nabe ein Ringteil aufweisen, das an die Stirnseite der Nabe anvulkanisiert ist, so dass zwischen Nabe und Ringteil ein Elastomerkörper ausgebildet ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung eines Nabenteils mit einer Steckverzahnung;
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2 das Nabenteil mit der Steckverzahnung aus 1 im Längsschnitt;
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3 ein Detail des Nabenteils der 1 und 2;
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4 eine perspektivische Darstellung eines gegenüber dem Nabenteil der 1 bis 3 abgeänderten Nabenteils;
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5 eine perspektivische Darstellung eines zweiten Verzahnungselements des Nabenteils aus 4;
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6 eine perspektivische Darstellung eines ähnlichen Verzahnungselements wie in 5 mit drei schrägverzahnten Zähnen;
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7 das Verzahnungselement aus 6 im Schnitt;
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8 eine perspektivische Darstellung eines Verzahnungselements mit einer zweiten Verzahnung, die in einem ersten Abschnitt ihrer axialen Erstreckung als Schrägverzahnung und in einem zweiten Abschnitt ihrer axialen Erstreckung als Geradverzahnung ausgeführt ist; und
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9 das Verzahnungselement aus 8 im Schnitt.
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Die 1 und 2 zeigen in 3D-Ansicht und im Schnitt das Nabenteil 1 einer entsprechend dem zitierten Stand der Technik in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs ausgebildeten Steckverzahnung zwischen zwei Bauteilen. Hierbei ist das beispielsweise in einen Drehschwingungsdämpfer integrierte Nabenteil 1 als erstes Bauteil ausgebildet, während eine nicht dargestellte Welle oder ein Wellenzapfen einer Doppelkupplung das zweite Bauteil bildet, so dass eine Welle/Nabenverbindung beispielsweise zwischen einem Drehschwingungsdämpfer und einer Doppelkupplung ausgebildet wird. Dementsprechend weist das Nabenteil 1 den ersten Verzahnungsbereich 2 mit dem ersten und zweiten Verzahnungselement 3, 4 auf. Das erste Verzahnungselement 3 und das als Ringteil ausgebildete zweite Verzahnungselement 4 sind an der Stirnseite des Verzahnungsbereichs 2 miteinander mittels des Elastomerkörpers 5 elastisch, insbesondere begrenzt verdrehbar, verbunden. Der Elastomerkörper 5 kann durch Vulkanisation der beiden Verzahnungselemente 3, 4 aufeinander gebildet sein.
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Die Verzahnungselemente 3, 4 enthalten jeweils eine als Innenverzahnung ausgebildete erste und zweite Verzahnung 6, 7, die mit dem – nicht dargestellten – zweiten Verzahnungsbereich der Welle mit dem dritten Verzahnungselement mit der als Außenverzahnung ausgebildeten dritten Verzahnung einen Drehschluss bilden. Die Steigungen der Verzahnungen 6, 7 sind unterschiedlich ausgebildet. Die erste Verzahnung 6 ist gegenüber der Drehachse d als Geradverzahnung ausgebildet, während die Verzahnung 7 als Schrägverzahnung mit einem vorgegebenen Winkel zu der Drehachse d ausgebildet ist.
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In dem gezeigten Beispiel ist eine Fügung der Welle in den Verzahnungsbereich 2 von der ersten Verzahnung 6 des ersten Verzahnungselements 3 in die Verzahnung 7 des zweiten Verzahnungselements 4 vorgesehen. Hierbei wird unter Bezug auf das Detail der 3 zuerst der Drehschluss zwischen der ersten Verzahnung des Verzahnungselements 3 durch axiales Eintauchen der dritten Verzahnung der Welle in das erste Verzahnungselement 3 begründet. Beim Anstoßen der dritten Verzahnung an den Rampen 9 der Zähne 8 der zweiten Verzahnung 7 wird das zweite Verzahnungselement 4 gegenüber dem ersten Verzahnungselement 3 entgegen der Wirkung des Elastomerkörpers 5 verdreht. Hierdurch werden die Verzahnungen der Welle und die erste Verzahnung 6 gegeneinander in Umfangsrichtung bevorzugt in Schubrichtung des Drehmoments vorgespannt, so dass im Zugbetrieb des Antriebsstrangs mit der Steckverbindung eine direkte Anlage der Zähne der ersten Verzahnung 6 an den Zähnen der Welle gegeben ist. Bei Schubumkehr wird das Zahnspiel unter Einwirkung des Elastomerkörpers 5 gedämpft abgebaut und die Zähne der Verzahnungen kommen an den gegenüberliegenden Zahnflanken miteinander in Kontakt. Im Leerlauf sind über die Steckverzahnung übertragene Drehmomente, beispielsweise Schleppmomente und dergleichen, in bevorzugter Weise nicht in der Lage die Vorspannung des Elastomerkörpers 5 zu überwinden, so dass ein Verzahnungsklappern im Leerlauf des Antriebsstrangs unterbunden wird.
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Im Unterschied zu dem Nabenteil 1 der 1 bis 3 zeigt das in 4 ausschnittsweise in 3D-Ansicht dargestellte Nabenteil 1a ein zweites Verzahnungselement 4a mit einer Verzahnung 7a mit lediglich drei über den Umfang angeordneten Zähnen 8a, 10a, 11a. Die Zähne 8a, 10a, 11a sind gegenüber der geradverzahnten Verzahnung 6a des Verzahnungselements 3a schräggestellt und bewirken entsprechend den Zähnen 8 der 3 ein Verdrehen des Verzahnungselements 4a gegenüber dem Verzahnungselement 3a während des Fügens der Welle und des Nabenteils 1a. Die Verdrehung erfolgt dabei bezogen auf die Drehachse d asymmetrisch und über den Umfang nacheinander an den Zähnen 8a, 10a, 11a. Hierzu sind die Zähne 8a, 10a, 11a – wie aus der 5 hervorgeht – in axialer Richtung unterschiedlich lang ausgebildet. Der Zahn 8a weist dabei die axiale Breite des Verzahnungselements 4a, beispielsweise 5 mm auf. Der Zahn 10a weist gegenüber der Breite des Verzahnungselements 4a den axialen Rücksprung 12a und damit lediglich eine axiale Breite von beispielsweise 4,6 mm auf. Der Zahn 11a ist durch den Rücksprung 13a weiter axial verkürzt und beispielsweise 4,2 mm lang. Hierdurch erfolgt neben der Verdrehung eine taumelnde Bewegung des Verzahnungselements 4a während des Fügevorgangs der Welle. Auf diese Weise wird durch das radiale Ausweichen des Verzahnungselements 4a bei einem Kontakt mit einem komplementären Zahn der Welle der Füge- und Verdrehprozess des Verzahnungselements 4a vereinfacht. Beispielsweise werden die Reibung verringert und die Fügekräfte gesenkt.
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In den 6 und 7 ist ein ähnliches Verzahnungselement 40 wie in 5 in verschiedenen Ansichten dargestellt. Das Verzahnungselement 40 umfasst insgesamt drei schrägverzahnte Zähne 41, 42 und 43. Die schrägverzahnten Zähne 41 bis 43 stellen eine zweite Verzahnung 45 dar. Die beiden Zähne 42, 43 sind diametral zu dem Zahn 41 angeordnet.
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In den 8 und 9 ist ein Verzahnungselement 60 in verschiedenen Ansichten dargestellt. Das Verzahnungselement 60 umfasst, wie das Verzahnungselement 45 aus den 6 und 7, drei Zähne 61 bis 63. Die Zähne 61 bis 63 stellen eine zweite Verzahnung 65 dar. Die Zähne 62 und 63 sind diametral zu dem Zahn 61 angeordnet.
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Die Zähne 61 bis 63 sind vorteilhaft gleich ausgeführt. Der Zahn 61 umfasst einen ersten axialen Abschnitt 71, der schrägverzahnt ist. Ein zweiter axialer Abschnitt 72 des Zahns 61 ist geradverzahnt. Der geradverzahnte zweite axiale Abschnitt 72 ist deutlich kürzer als der schrägverzahnte erste axiale Abschnitt 71.
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Der Zahn 61 weist eine in den 8 und 9 rechts angeordnete durchgehende Zahnflanke auf. Eine in den 8 und 9 links angeordnete Zahnflanke umfasst in dem ersten axialen Abschnitt 71 einen schrägen Anteil und in dem zweiten axialen Abschnitt 72 einen geraden Anteil.
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Durch den zusätzlichen geraden Anteil der linken Zahnflanke wird ein unerwünschtes Einarbeiten der Verzahnung des zweiten Verzahnungselements 60 in die Welle der Steckverzahnung verhindert. Alternativ oder zusätzlich wird ein unerwünschter Verschleiß an dem zweiten Verzahnungselement 60 verhindert oder reduziert.
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Durch die Kombination der Schrägverzahnung in dem ersten axialen Abschnitt 71 mit der Geradverzahnung in dem zweiten axialen Abschnitt 72 wird auf einfache Art und Weise sichergestellt, dass mit dem Verzahnungselement 60 kein unerwünschter Verlust an Vorspannung der Steckverzahnung einhergeht. Darüber hinaus wird durch die nicht vorhandene Einarbeitung der zweiten Verzahnung des Verzahnungselements 60 in die Welle eine Demontage der Steckverzahnung erleichtert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nabenteil
- 1a
- Nabenteil
- 2
- Verzahnungsbereich
- 3
- Verzahnungselement
- 3a
- Verzahnungselement
- 4
- Verzahnungselement
- 4a
- Verzahnungselement
- 5
- Elastomerkörper
- 6
- Verzahnung
- 7
- Verzahnung
- 7a
- Verzahnung
- 8
- Zahn
- 8a
- Zahn
- 9
- Rampe
- 10a
- Zahn
- 11a
- Zahn
- 12a
- Rücksprung
- 13a
- Rücksprung
- 40
- Verzahnungselement
- 41
- Zahn
- 42
- Zahn
- 43
- Zahn
- 45
- zweite Verzahnung
- 60
- Verzahnungselement
- 61
- Zahn
- 62
- Zahn
- 63
- Zahn
- 65
- zweite Verzahnung
- 71
- erster axialer Abschnitt
- 72
- zweiter axialer Abschnitt
- d
- Drehachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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