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Die Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung zur Befestigung mindestens eines Bauteils auf einer Welle, umfassend ein Spannelement, über welches das Bauteil axial auf der Welle fixiert ist, wobei axial zwischen Bauteil und Spannelement ein ringförmiges Sicherungsbauteil vorgesehen ist, welches eine über das Spannelement eingestellte axiale Vorspannung auf das Bauteil überträgt. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Lageranordnung mit einer vorgenannten Befestigungsanordnung und ein Getriebe.
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Im Bereich von Getrieben sind Lageranordnungen bekannt, bei welchen eine Vorspannung des oder der jeweiligen Lager über entsprechend auf der jeweiligen Getriebewelle vorgesehene Sprengringe verwirklicht wird. Allerdings besteht bauraumbedingt teilweise nicht die Möglichkeit, einen Sprengring ausreichend an der Getriebewelle über beispielsweise eine Verstemmung zu sichern. Daher wird zum Teil auch auf Befestigungsanordnungen mit Spannelementen zurückgegriffen, die dann zumeist als Spannmuttern vorliegen. Die jeweilige Spannmutter ist dabei auf einem entsprechenden Gewinde der jeweiligen Getriebewelle geführt und sorgt für eine Vorspannung des oder der Innenringe der jeweiligen Lageranordnung.
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Aufgrund von Mikrobewegungen in Form leichter Verdrehungen des jeweils benachbart zur Spannmutter liegenden und als Kopfauflagefläche der Spannmutter dienenden Lagerinnenringes kann es jedoch zu einem ungewollten Lösen der Spannmutter im Betrieb kommen, was in einem entsprechenden Verlust der Lagervorspannung und gegebenenfalls in der Folge auch in einem Totalausfall des jeweiligen Getriebes resultieren kann. Daher werden bei einer derartigen Befestigungsanordnung häufig zusätzliche Maßnahmen getroffen, um ein ungewolltes Lösen des Spannelements und damit einen Verlust der Vorspannung zuverlässig auszuschließen.
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Aus der
DE 10 2013 213 514 A1 geht eine Befestigungsanordnung zur Befestigung von Bauteilen in Form mehrerer Lagerinnenringe auf einer Welle hervor, wobei die Lagerinnenringe über ein Spannelement in Form einer Spannmutter gegen eine Wellenschulter vorgespannt sind. Axial zwischen den Lagerinnenringen und der Spannmutter ist dabei ein ringförmiges Sicherungsbauteil vorgesehen, welches sich aus mehreren Segmenten zusammensetzt. Das Sicherungsbauteil ist dabei axial verschiebbar und drehfest auf der Welle angeordnet, so dass zwar eine über die Spannmutter eingestellt Vorspannung auf die Lagerinnenringe übertragen wird, das Sicherungsbauteil sich aber nicht auf der Welle verdrehen und somit auch keine in Umfangsrichtung stattfindenden Mikrobewegungen der Lagerinnenringe auf die Spannmutter übertragen kann. Dies hat zur Folge, dass ein ungewolltes Lösen der Spannmutter unterbunden wird.
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Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Befestigungsanordnung zu Befestigung mindestens eines Bauteils auf einer Welle zu schaffen, wobei sich diese Befestigungsanordnung mit niedrigem Aufwand verwirklichen lässt, gleichzeitig aber ein ungewolltes Lösen eines Spannelements der Befestigungsanordnung zuverlässig ausgeschlossen werden kann.
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Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Eine Lageranordnung, bei welcher eine erfindungsgemäße Befestigungsanordnung zur Anwendung kommt, ist ferner Gegenstand von Anspruch 9. Schließlich ist noch in Anspruch 10 ein Getriebe mit mindestens einer Lageranordnung und/oder mindestens einer Befestigungsanordnung beansprucht.
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Gemäß der Erfindung umfasst eine Befestigungsanordnung zur Befestigung mindestens eines Bauteils auf einer Welle ein Spannelement, über welches das Bauelement axial auf der Welle fixiert ist. Dabei ist axial zwischen Bauteil und Spannelement ein ringförmiges Sicherungsbauteil vorgesehen, welches eine über das Spannelement eingestellte axiale Vorspannung auf das Bauteil überträgt.
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Die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung ist insbesondere Teil einer Lageranordnung, bei welcher mindestens ein Lager auf einer Welle angeordnet ist, wobei es sich bei dieser Welle insbesondere um eine Getriebewelle handelt. Mittels der Befestigungsanordnung ist dabei je ein Innenring des mindestens einen Lagers auf der Welle fixiert, das mindestens eine Bauelement liegt also in diesem Fall als Lagerinnenring eines Lagers vor. Dabei wird über das Spannelement eine Vorspannung des Lagerinnenringes auf der Welle hervorgerufen. Allerdings kann es sich bei dem zu befestigenden Bauteil prinzipiell auch um ein anderweitiges Bauteil handeln, das über das Spannelement auf der jeweiligen Welle zu befestigen ist. Bei dem mindestens einen Lager handelt es sich zudem bevorzugt um ein Wälzlager, beispielsweise in Form eines Kegelrollen-, Kugel- oder Nadellagers.
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Besonders bevorzugt ist mindestens eine vorgenannte Lageranordnung Teil eines Getriebes, bei welchem ein jeweiliger Lagerinnenring mindestens eines Lagers auf einer Getriebewelle mittels der erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung unter Vorspannung fixiert ist. Alternativ oder auch ergänzend dazu könnte die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung bei einem Getriebe ggf. aber auch zur Befestigung andere Bauteile zur Anwendung kommen. Darüber hinaus könnte die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung auch in einem anderen Bereich als bei einem Getriebe Anwendung finden.
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Innerhalb der Befestigungsanordnung wird das mindestens eine Bauteil über das Spannelement unter axialer Vorspannung befestigt, wobei das Vorspannen des mindestens einen Bauteils dabei entweder gegen ein benachbart liegendes, axial auf der Welle fixiertes Bauteil oder auch eine entsprechend definierte Schulter der Welle stattfindet. Die Befestigung des mindestens einen Bauteils ist dabei insbesondere lösbar gestaltet, d.h. dass das Spannelement gezielt gelöst werden kann und dadurch eine Demontage des mindestens einen Bauteils möglich wird.
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Im Sinne der Erfindung ist mit„ axial" eine Orientierung in Richtung einer Längsmittelachse der Welle zu verstehen. Dagegen bedeutet „radial“ eine Orientierung in Durchmesserrichtung der Welle, also orthogonal zu der Längsmittelachse der Welle. Mit „in Umfangsrichtung“ ist eine Orientierung entlang eines jeweiligen Kreisumfangs gemeint.
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Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass eine Koppelung zwischen Spannelement und Sicherungsbauteil an einer in Umfangsrichtung verlaufenden Kante hergestellt ist, die seitens des Spannelements oder seitens des Sicherungsbauteils axial in Richtung von Sicherungsbauteil oder Spannelement vorstehend definiert ist. Mit anderen Worten ist also seitens des Sicherungsbauteils oder seitens des Spannelements eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Kante ausgebildet, die axial in Richtung der jeweils anderen Komponente, also in Richtung des Spannelements bzw. des Sicherungsbauteils, vorsteht und an der die Koppelung mit dem Spannelement bzw. dem Sicherungsbauteil hergestellt ist.
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Mit „einer Koppelung zwischen Spannelement und Sicherungsbauteil“ ist erfindungsgemäß ein unmittelbarer oder auch ein mittelbarer Kontakt zwischen beiden Komponenten gemeint. Während im erstgenannten und bevorzugten Fall das Spannelement und das Sicherungsbauteil direkt an der sich in Umfangsrichtung erstreckenden Kante miteinander in Kontakt stehen, sind im zweitgenannten Fall dann noch ein oder auch mehrere axial zwischenliegende Bauteile vorgesehen, wobei eines dieser Bauteile bzw. das zwischenliegende Bauteil dann mit der Kante in Kontakt steht.
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Eine derartige Gestaltung einer Befestigungsanordnung hat dabei den Vorteil, dass aufgrund der Gestaltung der Koppelung zwischen Spannelement und Sicherungsbauteil an der Kante ein im Wesentlichen linienförmiger Kontakt ausgebildet wird, so dass der Kontaktbereich sehr klein gehalten ist. Dies hat zur Folge, dass zwar eine Übertragung einer axialen Vorspannkraft vom Spannelement auf das Sicherungsbauteil und damit auch auf das zumindest eine zu befestigenden Bauteil möglich ist, aufgrund des im Wesentlichen linienförmigen Kontakts aber eine reibschlüssige Verbindung zwischen Spannelement und Sicherungsbauteil in Umfangsrichtung verhindert wird. Dadurch wird auch unterbunden, dass ein über das mindestens eine Bauteil aufgrund von Mikrobewegungen eingeleitetes Verdrehen des Sicherungsbauteils zu einem Verdrehen des Spannelements und damit zu dessen ungewollten Lösen führt. Eine Koppelung zwischen Spannelement und Sicherungsbauteil an der Kante lässt sich dabei auf einfache Art und Weise verwirklichen, so dass sich die Befestigungsanordnung insgesamt durch einen niedrigen Herstellungsaufwand auszeichnet. Zugleich wird aber ein ungewolltes Lösen des Spannelements zuverlässig unterbunden.
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Im Rahmen der Erfindung ist unter einer „Kante“ eine Linie zu verstehen, an welcher zwei Flächen der jeweiligen Komponente, also entweder des Sicherungsbauteils oder des Spannelements, zusammenstoßen. Dies hat dann eben den im Wesentlichen linienförmigen Kontakt zur Folge, wobei mit „im Wesentlichen linienförmig“ gemeint ist, dass sich eine unwesentlich kleine Kontaktfläche ausbildet, die ihre Ursache beispielsweise schon in einer geringfügigen Verformung der die Kante aufweisenden Komponente im Zuge des Vorspannens hat. Besonders bevorzugt wird die axial vorstehende Kante dabei durch ein spitzwinkeliges Zusammenstoßen der beiden Flächen der jeweiligen Komponente gebildet, wobei aber für die Erfindung lediglich wesentlich ist, dass die Kante gegenüber dem Rest der jeweiligen Komponente axial vorsteht. Insofern kann die axial vorstehende Kante auch durch Zusammenstoßen von zwei Flächen unter einem Winkel gleich oder auch größer 90° gebildet sein.
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Bevorzugt ist die Kante in Umfangsrichtung umlaufend gestaltet, d.h. die Kante bildet einen geschlossenen Kreis. Es ist aber auch denkbar, dass die Kante in Umfangsrichtung abschnittsweise, also an einem oder auch mehreren Abschnitten, unterbrochen ist. Wichtig ist dabei allerdings, dass trotz der einen oder auch der mehreren Unterbrechungen dennoch eine möglichst gleichmäßige Übertragung der über das Spannelement erzeugten Vorspannung auf das zu befestigende Bauteil stattfindet.
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Bei der Befestigungsanordnung nach der
DE 10 2013 213 514 A1 wird zwar auch zuverlässig ein ungewolltes Lösen des Spannelements unterbunden, das Sicherungsbauteil muss aber drehfest auf der Welle vorgesehen werden, so dass diese entsprechend zu modifizieren ist. Dies erhöht den Herstellungsaufwand entsprechend.
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Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist das Sicherungsbauteil zumindest in einem Bereich konisch gestaltet, wobei durch die konische Form die axial in Richtung des Spannelements vorstehende und den Kontakt herstellende Kante definiert ist. In diesem Fall ist also die axial vorstehende Kante seitens des Sicherungsbauteils ausgebildet, wobei das Sicherungsbauteil hierzu zumindest abschnittsweise eine konische Form aufweist. Besonders bevorzugt weißt das Sicherungsbauteil aber insgesamt eine konische Form auf. Es ist allerdings im Rahmen der Erfindung auch denkbar, dass die konische Form nur einen Teil des ringförmigen Sicherungsbauteils ausmacht, welcher axial angrenzend zum Spannelement liegt.
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Erfindungsgemäß ist unter „konisch“ eine kegelige Gestaltung in dem jeweiligen Bereich zu verstehen, wobei dies prinzipiell in Form eines Innenkonus oder eines Außenkonus vorliegen kann. Dabei weißt die jeweilige Komponente bei einer Gestaltung als Außenkonus in dem entsprechenden Bereich die Außengestalt eines Kegelstumpfes auf, während bei einer Gestaltung als Innenkonus eine kegelstumpfförmige Ausnehmung in die jeweilige Komponente in dem entsprechenden Bereich eingebracht ist.
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In Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform ist das Sicherungsbauteil zumindest in einem Bereich als Innenkonus gestaltet, wobei eine Mantelfläche des Innenkonus mit einer Wandfläche einer konischen Nut in Kontakt steht, die umlaufend in der Welle ausgebildet ist. Das in dem entsprechenden Bereich oder auch vollständig als Innenkonus gestaltete Sicherungsbauteil steht also an einer Mantelfläche des Innenkonus, d.h. der Fläche, die durch eine kegelstumpfförmige Ausnehmung definiert wird, mit einer gegenüberliegenden Fläche der Nut der Welle in Verbindung. Hierdurch lässt sich erreichen, dass bei einem Hineindrücken des Sicherungsbauteils in die Nut das Sicherungsbauteil aufgrund des Abgleitens mit der Mantelfläche an der Wandfläche der Nut axial in Richtung des zu befestigenden Bauteils geschoben und damit die Vorspannung erhöht wird. Bevorzugt verläuft die Wandfläche der konischen Nut im Wesentlichen parallel zu der Mantelfläche des Innenkonus, wobei allerdings auch geringfügige Abweichungen hiervon denkbar sind.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung ist das Spannelement axial auf Seiten des Sicherungsbauteils mit einem konischen Abschnitt versehen, an welchem ein Kontakt mit dem Sicherungsbauteil hergestellt ist. Besonders bevorzugt wird diese Ausgestaltungsmöglichkeit mit der vorgehend beschriebenen Ausführungsform kombiniert, wobei dann das Spannelement mit der seitens des Sicherungsbauteils definierten Kante an einer Mantelfläche des als Innenkonus gestalteten konischen Abschnitts des Spannelements in Kontakt steht. Das Spannelement ist also auf der dem Sicherungsbauteil zugewandten axialen Seite mit einem konischen Abschnitt ausgestattet, der als Innenkonus vorliegt. Der Kontakt mit dem Sicherungsbauteil ist dabei an einer Mantelfläche dieses Innenkonus des Spannelements hergestellt, so dass ein axiales Bewegen des Spannelements in Richtung des Sicherungsbauteils ein Drücken des Sicherungsbauteils in die Nut hervorruft, was aufgrund des Abgleitens des Sicherungsbauteils an der Wandfläche der Nut wiederrum die Erhöhung der Vorspannung auf das zu befestigende Bauteil nach sich zieht.
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Im Sinne der Erfindung kann jedoch generell auch ein gespiegelter Aufbau gewählt sein, bei welchem die umlaufende Kante seitens des Spannelements ausgestaltet ist und axial in Richtung des Sicherungsbauteils vorsteht. Auch hierbei kann durch entsprechende Gestaltung des Sicherungsbauteils als Konus ein Aufbau realisiert werden, bei welchem das Sicherungsbauteil im Zuge des Vorspannens über das Spannelement in eine Nut der Welle gedrückt und sich dabei aufgrund einer Gestaltung der Nut und auch des Sicherungsbauteils eine axiale Bewegung des Sicherungsbauteils in Richtung des zu befestigenden Bauteils einstellt.
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Es ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung, dass axial zwischen dem Sicherungsbauteil und dem Bauteil zumindest eine Zwischenscheibe angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass hierdurch ein axialer Abstand zwischen dem Sicherungsbauteil und dem Bauteil überbrückt werden kann. Auch kann hierdurch eine geeignete Anlagefläche für den Kontakt mit dem zu befestigenden Bauteil auf einfache Art und Weise realisiert werden.
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In Weiterbildung der Erfindung ist das Spannelement als Spannmutter ausgeführt, die mit einem Innengewinde auf einem Außengewinde der Welle geführt ist. Mit Hilfe einer Spannmutter kann eine geeignete Vorspannung des auf der Welle befestigten Bauteils verwirklicht werden. Allerdings kann das Spannelement auch als anderweitiges ringförmiges Element ausgeführt sein, über das eine Vorspannung aufgebracht werden kann.
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Entsprechend einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung ist das Sicherungsbauteil als geschlossener Sicherungsring ausgeführt. In diesem Fall liegt das Sicherungsbauteil also als geschlossener Ring vor, wobei alternativ dazu auch eine Ausführung als geschlitzter Ring oder ein Zusammensetzen aus mehreren Segmenten denkbar wäre. Das Sicherungsbauteil kann also entweder einstückig oder auch mehrteilig vorliegen.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung oder unmittelbar aus der Zeichnung hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnung durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, die nachfolgend erläutert wird, ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:
- 1 eine Schnittdarstellung einer Befestigungsanordnung entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
- 2 ein Detail der Befestigungsanordnung aus 1.
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1 zeigt eine Schnittdarstellung einer Befestigungsanordnung 1 entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Befestigungsanordnung 1 ist ein Bauteil 2 auf einer Welle 3 befestigt, wobei das Bauteil 2 über ein Spannelement 4 gegen eine Wellenschulter 5 der Welle 3 vorgespannt ist.
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Bei der Befestigungsanordnung 1 handelt es sich vorliegend um eine Lageranordnung eines Getriebes, insbesondere eines Kraftfahrzeuggetriebes, wobei das Bauteil 2 dabei als Innenring eines Wälzlagers vorliegt, welcher über das Spannelement 4 auf der als Getriebewelle fungierenden Welle 3 unter Vorspannung befestigt ist. Zudem ist das Spannelement 4 als Spannmutter 6 ausgeführt, die mit einem - vorliegend nicht im Detail dargestellten - Innengewinde 7 auf einem - ebenfalls nicht im Detail dargestellten - Außengewinde 8 der Welle 3 geführt ist und über welche die Vorspannung des Bauteils 2 eingestellt werden kann.
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Um nun ein ungewolltes Lösen der Spannmutter 6 aufgrund von in Umfangsrichtung orientierten Mikrobewegungen des Bauteils 2 zu unterbinden, ist axial zwischen dem Bauteil 2 und der Spannmutter 6 ein Sicherungsbauteil 9 in Form eines geschlossenen, einstückigen Sicherungsringes 10 vorgesehen, der eine konische Form aufweist und dabei als Innenkonus gestaltet ist. Hierbei wird aufgrund der konischen Form des Sicherungsringes 10 eine umlaufende Kante 11 definiert, welche gegenüber dem restlichen Teil des Sicherungsringes 10 axial in Richtung der Spannmutter 6 vorsteht und an der der Sicherungsring 10 mit der Spannmutter 6 in Kontakt steht.
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Aufgrund des Kontakts entlang der umlaufenden Kante 11 wird ein im Wesentlichen linienförmiger Kontakt zwischen Sicherungsring 10 und Spannmutter 6 ausgebildet, so dass ein Reibschluss zwischen Sicherungsring 10 und Spannmutter 6 verhindert wird. Dadurch wird auch unterbunden, dass ein Verdrehen des Sicherungsringes 10 aufgrund von Mikrobewegungen des Bauteils 2 zu einem Verdrehen der Spannmutter 6 führt und es somit zu einem ungewollten Lösen der Spannmutter 6 kommt.
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Wie des Weiteren insbesondere in der Detailansicht in 2 zu erkennen ist, ist die Spannmutter 6 auf der dem Sicherungsring 10 zugewandten axialen Seite mit einem konischen Abschnitt 12 ausgestattet, der ebenfalls als Innenkonus gestaltet ist. Dabei findet ein Kontakt mit der Kante 11 an einer Mantelfläche 13 dieses Abschnitts 12 statt, wodurch ein Vorspannen über die Spannmutter 6 auch ein radiales Zusammendrücken des Sicherungsringes 10 zur Folge hat. Dabei ist der Sicherungsring 10 mit einer Mantelfläche 14 des Innenkonus an einer Wandfläche 15 geführt, die parallel zu der Mantelfläche 14 verläuft und durch eine konische, umlaufende Nut 16 in der Welle 3 definiert ist. Durch Zusammenspiel der Mantelfläche 14 mit der Wandfläche 5 wird dementsprechend das radiale Zusammendrücken des Sicherungsringes 10 in eine axiale Bewegung des Sicherungsringes in Richtung des Bauteils 2 umgesetzt, so dass die Vorspannung auf das Bauteil 2 erhöht wird.
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Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Befestigungsanordnung kann eine zuverlässige Befestigung eines Bauteils auf einer Welle mit niedrigem Aufwand verwirklicht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Befestigungsanordnung
- 2
- Bauteil
- 3
- Welle
- 4
- Spannelement
- 5
- Wellenschulter
- 6
- Spannmutter
- 7
- Innengewinde
- 8
- Außengewinde
- 9
- Sicherungsbauteil
- 10
- Sicherungsring
- 11
- Kante
- 12
- Abschnitt
- 13
- Mantelfläche
- 14
- Mantelfläche
- 15
- Wandfläche
- 16
- Nut
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013213514 A1 [0004, 0017]
