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Die Erfindung betrifft eine formschlüssige Verbindung zwischen einer in einem ersten Gehäuse gelagerten ersten Welle und einer in einem zweiten Gehäuse gelagerten zweiten Welle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus der
US 4523864 A ist bekannt, eine Welle in einer die Welle teilweise konzentrisch umschließenden Hohlwelle mittels zweier Wälzlager zu lagern, wobei im montierten Zustand die beiden Lageraußenringe über eine Wellenmutter mit Außengewinde gegen eine Anlageschulter der Hohlwelle axial verspannt sind, die beiden Lagerinnenringe auf eine Hülse links und rechts eines Mittelstegs einer Hülse auf die Hülse aufgeschoben sind und wobei diese Hülse beidseits mit je einem gelenkigen Druckring versehen ist, auf die Welle aufgeschoben ist und über eine Wellenmutter mit Innengewinde unter Zwischenschaltung einer Wellfeder gegen eine Anlageschulter der Welle axial verspannt ist.
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Aus der
DE 33 40 857 A1 geht eine Lagerung einer Welle in der Bohrung eines Gehäuses mittels zweier im Abstand voneinander in einer Hülse angebrachter Wälzlager hervor, wobei die Hülse in der Bohrung des einen größeren dicken Temperaturausdehnungskoeffizienten als die Lagerungsteile aufweisenden Gehäuses angeordnet ist und mit einem radial nach außen gerichteten Flansch versehen ist, der durch elastisch federnde Mittel derart an eine von der Bohrung durchdrungene Anlagefläche des Gehäuses gepresst ist, dass zwischen dieser und dem Flansch Reibschluss besteht. Hierbei ist vorgesehen, dass die Hülse und das Gehäuse mittels der vorzugsweise in axialer Richtung nachgiebigen elastisch federnden Mittel axial verspannt sind, wobei die elastisch federnden Mittel an einer zur Anlagefläche planparallel verlaufenden Gehäusefläche anliegen und die Hülse gegenüber dem Gehäuse in radialer Richtung abstützen.
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Ferner geht aus der
DE 100 43 799 A1 ein Achsgetriebe eines Kraftfahrzeugs mit einer über mindestens zwei Wälzlager gegenüber einem Achsgehäuse gelagerten Ritzelwelle, die über eine Antriebswelle und ein Ritzel verfügt, bei der ein Innenring des außenliegenden Wälzlagers zumindest mittelbar gegenüber der Ritzelwelle axial in Richtung des Ritzels abgestützt ist und dessen axiale Position auf der dem Ritzel gegenüberliegenden Seite durch ein Sicherungselement festgelegt ist. Hierbei weist der Innenring des außenliegenden Wälzlagers eine Ausnehmung auf, in die das Sicherungselement zumindest teilweise eintaucht. Das Ritzelkopflager kann zwei Kegelrollenlagern aufweisen, wobei die beiden Lagerinnenringe im montierten Zustand über eine Spannhülse gegeneinander verspannt sind, wobei der ritzelferne Lagerinnenring über ein Steckverzahnung hinweg mit definiertem Spiel auf die Ritzelwelle aufgeschoben wird und anschließend und über eine Wellenmutter gegen die Federkraft der Spannhülse auf seinen Lagersitz aufgepresst wird; die Steckverzahnung kann sich im montierten Zustand bis unter den ritzelfernen Lagerinnenring erstrecken.
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Aus der
DE 103 55 340 A1 ist ein Ausgleichsgetriebe einer Kfz-Antriebsachse bekannt, mit einer Ritzelwelle, die eingangsseitig einen Antriebsflansch und axial gegenüberliegend ein mit einem Tellerrad in Eingriff befindliches Antriebsritzel aufweist und über ein flanschseitiges Ritzelflanschlager und ein ritzelseitiges Ritzelkopflager drehbar in einem Differenzialgehäuse wälzgelagert ist. Hierbei sind zur Lagerung der Ritzelwelle zwei Schrägkugellager in „O-Anordnung“ vorgesehen, deren Außenringe im Gehäuse eingesetzt sind und sich gegen je eine Anlageschulter des Gehäuses in axialer Richtung gegeneinander abstützen, und deren Innenringe auf die Ritzelwelle aufgeschoben sind, derart, dass sich der ritzelkopfnahe Lagerinnenring axial am Ritzel abstützt und sich der ritzelferne Lagerinnenring über eine Wellfeder axial an einem Wellenbund der Ritzelwelle abstützt und über eine Wellenmutter axial auf der Ritzelwelle derart fixiert ist, dass die Klemmkraft der Wellenmutter über den mit dem Mitnahmeprofil der Steckverzahnung versehenen Abschnitt des Abtriebsflansches auf den ritzelfernen Lagerinnenring übertragen wird; auf diese Weise ist der Abtriebsflansch zwischen dem ritzelfernen Lagerinnenring und der Wellenmutter axial eingespannt.
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Ferner geht aus der
US 2003/223666 A1 ein Achskegeltrieb, umfassend ein Gehäuse, eine in dem Gehäuse gelagerte Ritzelwelle, ein mit dem Ritzel der Ritzelwelle kämmendes Tellerrad, sowie einen über eine Steckverzahnung formschlüssig mit der Ritzelwelle verbundenen Abtriebsflansch hervor. Hierbei sind zur Lagerung der Ritzelwelle zwei Schrägkugellager in „O-Anordnung“ vorgesehen, deren Außenringe im Gehäuse eingesetzt sind und sich gegen je eine Anlageschulter des Gehäuses in axialer Richtung gegeneinander abstützen, und deren Innenringe auf die Ritzelwelle aufgeschoben sind, derart, dass sich der ritzelkopfnahe Lagerinnenring axial am Ritzel abstützt und sich der ritzelferne Lagerinnenring über einen Federbalg mit zumindest zwei unterschiedlichen Wandstärken axial gegen einen Wellenbund der Ritzelwelle vorgespannt und über eine Wellenmutter axial auf der Ritzelwelle fixiert ist. Hierbei wird die Klemmkraft der Wellenmutter über den mit dem Mitnahmeprofil der Steckverzahnung versehenen Abschnitt des Abtriebsflansches auf den ritzelfernen Lagerinnenring übertragen. Durch die unterschiedlichen Wandstärken des Federbalgs wird eine abgeknickte Federkennlinie, d.h. eine stärkere Vorspannung bei steigender Kompression ermöglicht.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine formschlüssige Verbindung zwischen einer in einem ersten Gehäuse aus Leichtmetall gelagerten ersten Welle aus Stahl und einer in einem zweiten Gehäuse aus Leichtmetall gelagerten zweiten Welle aus Stahl anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Demnach wird eine formschlüssige Verbindung zwischen einer in einem ersten Gehäuse gelagerten ersten Welle und einer in einem zweiten Gehäuse gelagerten zweiten Welle vorgeschlagen, wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten und des zweiten Gehäuses größer ist, als der Wärmeausdehnungskoeffizient der ersten und zweiten Welle, bei der eine als Hohlwelle ausgeführte Verbindungswelle mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der größer ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten und zweiten Gehäuses, mit je einem Innenzahnprofil an den Wellenenden vorgesehen ist, wobei die Innenzahnprofile im montierten Zustand auf korrespondierende Außenzahnprofile der ersten und der zweiten Welle unter Aufrechterhaltung von Axialspiel aufgeschoben sind.
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Ferner ist ein Wärmeausdehnungsausgleichselement vorgesehen, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient größer ist, als der Wärmeausdehnungskoeffizient der Verbindungswelle, das im montierten Zustand zumindest abschnittsweise zentrisch innerhalb der Verbindungswelle angeordnet ist und mit der ersten und zweiten Welle mit axial betrachtet definierter Vorspannung in Wirkverbindung steht.
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Durch das Wärmeausdehnungsausgleichselement wird unabhängig von der Lagerspieleinstellung der Lagerung der ersten und der zweiten Welle die unterschiedliche Wärmeausdehnung der Bauteile mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten ausgeglichen, wodurch ein wesentlich geringeres Axialspiel bei hohen Temperaturen entsteht, als bei einer Verbindung nach dem Stand der Technik, die kein Wärmeausdehnungsausgleichselement aufweist. Zudem werden durch das Wärmeausdehnungsausgleichselement die axialen Kräfte in Richtung auf die erste Welle übertragen, wodurch die Verbindungswelle entlastet wird.
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Die erste Welle kann insbesondere eine Ritzelwelle sein, wobei die zweite Welle mit einem Stirnrad einstückig ausgeführt sein kann.
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Vorzugsweise sind das erste und das zweite Gehäuse und das Wärmeausdehnungsausgleichselement aus dem gleichen Material hergestellt, wobei die erste und zweite Welle und die Verbindungswelle aus dem gleichen Material hergestellt sind.
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Das erste und das zweite Gehäuse und das Wärmeausdehnungsausgleichselement können aus Leichtmetall, beispielsweise aus Aluminium hergestellt sein, wobei die erste und zweite Welle und die Verbindungswelle aus Stahl hergestellt sein können.
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Gemäß der Erfindung kann zur Einstellung einer definierten Vorspannung der Anordnung des Wärmeausdehnungsausgleichselementes eine Einstellschraube vorgesehen sein. Die zweite Welle ist hierbei an ihrem der ersten Welle abgewandten Ende durch ein Axiallager gelagert.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung entfällt die Notwendigkeit einer Einstellschraube. Hierbei ist eine Einstellscheibe vorgesehen, welche durch einen in das als Hohlwelle ausgeführte Wärmeausdehnungsausgleichselement einführbaren Stopfen zwischen dem Wärmeausdehnungsausgleichselement und dem Stopfen in Position gehalten wird. Die zweite Welle ist hierbei an ihrem der ersten Welle abgewandten Ende durch ein Axiallager gelagert.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können mittels einer Dehnschaftschraube die Axialkräfte im Schubbetrieb durch die Lagerstellen der ersten Welle aufgenommen werden, so dass ein Axiallager an dem der ersten Welle abgewandten Ende der zweiten Welle entfallen kann. Die Dehnschaftschraube ist durch das als Hohlwelle ausgeführte Wärmeausdehnungsausgleichselement und die zweite Welle geführt, wobei eine Einstellscheibe vorgesehen ist, die zwischen dem Wärmeausdehnungsausgleichselement und der zweiten Welle in Position gehalten wird.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das der zweiten Welle zugewandte Ende des Wärmeausdehnungsausgleichselementes ein Innengewinde auf, mittels dessen und einer Schraube die zweite Welle mit dem Wärmeausdehnungsausgleichselement verschraubt wird, wobei das der ersten Welle zugewandte Ende des Wärmeausdehnungsausgleichselementes ein Außengewindeaufweist, welches in ein Innengewinde der ersten Welle greift, wodurch die Axialkräfte im Schubbetrieb durch die Lagerstellen der ersten Welle aufgenommen werden, so dass ein Axiallager entfällt. Hierbei wird das Wärmeausdehnungsausgleichselement durch einen Sicherungsstift gegen Verdrehen in Bezug auf die erste Welle gesichert.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Bauteile. Es zeigen:
- 1: Eine schematische Schnittansicht einer formschlüssigen Verbindung zwischen einer in einem ersten Gehäuse aus Leichtmetall gelagerten ersten Welle aus Stahl und einer in einem zweiten Gehäuse aus Leichtmetall gelagerten zweiten Welle aus Stahl;
- 2: Eine Detailansicht des der ersten Welle abgewandten Endes der zweiten Welle zur Veranschaulichung der Anordnung der Anlaufscheibe und der Einstellschraube bei der Ausgestaltung nach 1;
- 3: Eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausgestaltung einer formschlüssigen Verbindung zwischen einer in einem ersten Gehäuse aus Leichtmetall gelagerten ersten Welle aus Stahl und einer in einem zweiten Gehäuse aus Leichtmetall gelagerten zweiten Welle aus Stahl;
- 4: Eine Detailansicht des der ersten Welle abgewandten Endes der zweiten Welle zur Veranschaulichung der Anordnung der Einstellscheibe und des Stopfens Einstellschraube bei der Ausgestaltung nach 3;
- 5: Eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausgestaltung einer formschlüssigen Verbindung zwischen einer in einem ersten Gehäuse aus Leichtmetall gelagerten ersten Welle aus Stahl und einer in einem zweiten Gehäuse aus Leichtmetall gelagerten zweiten Welle aus Stahl;
- 6: Eine Detailansicht des der ersten Welle abgewandten Endes der zweiten Welle zur Veranschaulichung der Anordnung der Einstellscheibe und der Dehnschaftschraube bei der Ausgestaltung nach 5;
- 7: Eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausgestaltung einer formschlüssigen Verbindung zwischen einer in einem ersten Gehäuse aus Leichtmetall gelagerten ersten Welle aus Stahl und einer in einem zweiten Gehäuse aus Leichtmetall gelagerten zweiten Welle aus Stahl;
- 8: Eine Detailansicht des der ersten Welle abgewandten Endes der zweiten Welle zur Veranschaulichung der Anordnung der Schraube bei der Ausgestaltung nach 7; und
- 9: Eine Detailansicht des der zweiten Welle zugewandten Endes der ersten Welle zur Veranschaulichung der Anordnung des Sicherungsstiftes und des Innengewindes der ersten Welle bei der Ausgestaltung nach 7.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße formschlüssige Verbindung zwischen einer ersten Welle 1 aus Stahl, die bei dem gezeigten Beispiel als Ritzelwelle ausgeführt ist und einer zweiten Welle 2 aus Stahl, die als mit einem Stirnrad einstückig ausgeführte Welle 2 ausgeführt ist, dargestellt. Die erste Welle 1 ist mittels Lager 3 in einem ersten Gehäuse 4 aus Leichtmetall, beispielsweise aus Aluminium axial gelagert, wobei die zweite Welle 2 an ihrem der ersten Welle 1 abgewandten Ende durch ein Axiallager 5 gelagert ist und an ihrem anderen Ende durch die Axiallagerung der ersten Welle 1 axial gelagert ist und wobei die zweite Welle mittels als Nadellager ausgeführter Radiallager 6 in einem zweiten Gehäuse 7 aus Leichtmetall, beispielsweise aus Aluminium, radial gelagert ist.
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Wie aus 1 ersichtlich, sind die erste und die zweite Welle 1, 2 über eine als Hohlwelle ausgeführte Verbindungswelle 8, die bei dem gezeigten Beispiel aus Stahl hergestellt ist, drehfest miteinander verbunden, welche an den Wellenenden jeweils ein Innenzahnprofil 9 als Passverzahnung aufweist, wobei die Innenzahnprofile 9 im montierten Zustand auf korrespondierende Außenzahnprofile 10 der ersten und der zweiten Welle 1, 2 unter Aufrechterhaltung von Axialspiel aufgeschoben sind. Durch die Verbindungswelle 8 wird der Drehmoment- und Axialkraftübertrag zwischen der ersten und der zweiten Welle 1, 2 gewährleistet.
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Gemäß der Erfindung ist ein Wärmeausdehnungsausgleichselement 11 vorgesehen, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient größer ist, als der Wärmeausdehnungskoeffizient der Verbindungswelle 8, welches im montierten Zustand abschnittsweise innerhalb der Verbindungswelle 8 und koaxial dazu angeordnet und zwischen der ersten und der zweiten Welle 1, 2 mit definierter Vorspannung axial eingespannt ist. Das Wärmeausdehnungsausgleichselement 11 steht gemäß der Erfindung mit der ersten und zweiten Welle 1, 2 mit axial betrachtet definierter Vorspannung in Wirkverbindung.
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Das Wärmeausdehnungsausgleichselement 11 ist bei dem gezeigten Beispiel aus Leichtmetall, beispielsweise aus Aluminium hergestellt und als Hohlwelle ausgeführt. Es überträgt die axialen Kräfte in Richtung auf die erste Welle 1, wodurch die Verbindungswelle 8 entlastet wird.
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Ferner wird durch das Wärmeausdehnungsausgleichselement 11 die unterschiedliche Wärmeausdehnung der aus Leichtmetall und Stahl hergestellten Bauteile ausgeglichen, wodurch ein wesentlich geringeres Axialspiel bei hohen Temperaturen entsteht, als bei einer Verbindung ohne ein gemäß der Erfindung vorgesehenes Wärmeausdehnungsausgleichselement.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und bezugnehmend auf 1 und 2 ist eine Einstellschraube 12 vorgesehen, welche eine genaue Einstellung einer definierten Vorspannung der Anordnung des Wärmeausdehnungsausgleichselementes 11 und somit des Axialspiels der Verbindung bei hohen Temperaturen ermöglicht. Bei dem gezeigten Beispiel ist das Wärmeausdehnungsausgleichselement 11 durch einen Teil der zweiten Welle 2 geführt und stützt sich über die Einstellschraube 12 axial gegen eine Anlaufscheibe 13 ab. Bei dem in 1 und 2 gezeigte Beispiel ist das der ersten Welle 1 zugewandte Ende des Wärmeausdehnungsausgleichselementes 11 in die erste Welle 1 gesteckt.
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Da erfindungsgemäß die Einstellung der definierten Vorspannung der Anordnung des Wärmeausdehnungsausgleichselementes 11 als definierte Vorspannung zwischen der ersten und der zweiten Welle 1, 2 erfolgt, wird dadurch die Wälzpunktposition zwischen der zweiten Welle und einem Gegenrad nicht beeinflusst.
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Da die Einstellschraube 12 nicht in allen Betriebszuständen, insbesondere bei hohen Temperaturen axial belastet ist, ist diese vorzugsweise verdrehgesichert angeordnet. Hierbei können das der Axiallagerung 5 der zweiten Welle 2 zugewandte Ende der zweiten Welle 2 und die Einstellschraube 12 wie eine Kronenmutter ausgelegt und durch die Anlaufscheibe 13, welche als Splint dient, miteinander verbunden sein, wie anhand 2 veranschaulicht.
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Gegenstand der 3 und 4 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, welche sich von der Ausgestaltung nach 1 dadurch unterscheidet, dass die Einstellschraube entfällt. Hierbei ist eine Einstellscheibe 14 vorgesehen, welche durch einen in das der zweiten Welle 2 zugewandte Ende des als Hohlwelle ausgeführten Wärmeausdehnungsausgleichselementes 11 einführbaren Stopfen 15 in Position zwischen dem Wärmeausdehnungsausgleichselement 11 und dem Stopfen 15 gehalten wird. Die Einstellscheibe 14 ist derart dimensioniert, dass das Wärmeausdehnungsausgleichselement 11 mit der ersten und zweiten Welle 1, 2 mit axial betrachtet definierter Vorspannung in Wirkverbindung steht.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung und bezugnehmend auf 5 und 6 ist eine Dehnschaftschraube 16 vorgesehen, welche durch das als Hohlwelle ausgeführte Wärmeausdehnungsausgleichselement 11 und die zweite Welle 2 geführt ist und in ein Innengewinde 20 der ersten Welle 1 greift, wobei eine Einstellscheibe 14 vorgesehen ist, die zwischen dem Wärmeausdehnungsausgleichselement 11 und der zweiten Welle 2 in Position gehalten wird.
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Die Einstellscheibe 14 ist derart dimensioniert, dass das Wärmeausdehnungsausgleichselement 11 mit der ersten und zweiten Welle 1, 2 mit axial betrachtet definierter Vorspannung in Wirkverbindung steht. In 5 und 6 ist der Schraubenkopf der Dehnschaftschraube 16 mit dem Bezugszeichen 18 versehen.
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Das Radiallager der zweiten Welle 2 ist bei dem gezeigten Beispiel als Rollenlager 17 ausgeführt, welches in einem Gehäuse 19 angeordnet ist. Durch diese Konzeption werden mittels der Dehnschaftschraube 16 die Axialkräfte im Schubbetrieb, d.h. wenn die erste Welle 1 die zweite Welle 2 antreibt, durch die Lagerstellen der ersten Welle 1 aufgenommen, so dass die Notwendigkeit eines Axiallagers gemäß 1-4 an dem der ersten Welle 1 abgewandten Ende der zweiten Welle 2 in vorteilhafter Weise entfallen kann.
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Gegenstand der 7, 8 und 9 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Hierbei weist das der zweiten Welle 2 zugewandte Ende des Wärmeausdehnungsausgleichselementes 11 ein Innengewinde 21 auf, mittels dessen und einer Schraube 22 die zweite Welle 2 mit dem der zweiten Welle zugewandten Ende des Wärmeausdehnungsausgleichselementes 11 verschraubt wird, wobei das der ersten Welle 1 zugewandte Ende des Wärmeausdehnungsausgleichselementes 11 ein Außengewinde 23 aufweist, welches in ein Innengewinde 24 der ersten Welle 1 greift. Durch diese Konzeption werden die Axialkräfte im Schubbetrieb durch die Lagerstellen der ersten Welle 1 aufgenommen, so dass ein Axiallager gemäß 1-4 an dem der ersten Welle 1 abgewandten Ende der zweiten Welle 2 in vorteilhafter Weise entfallen kann.
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Das Wärmeausdehnungsausgleichselement 11 wird durch einen Sicherungsstift 25, der im montierten Zustand mit einer verlängerten Passverzahnung 26 des Innenzahnprofils 9 der Verbindungswelle 8 wirkverbunden ist, gegen Verdrehen in Bezug auf die erste Welle 1 gesichert.
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Durch die erfindungsgemäße Konzeption wird eine formschlüssige Verbindung zwischen einer in einem ersten Gehäuse gelagerten ersten Welle und einer in einem zweiten Gehäuse gelagerten zweiten Welle geschaffen, wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten und des zweiten Gehäuses größer ist, als der Wärmeausdehnungskoeffizient der ersten und zweiten Welle, bei der das aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Gehäuse und der Wellen bei hohen Temperaturen entstehende Axialspiel im Vergleich zum Stand der Technik in vorteilhafter Weise signifikant reduziert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erste Welle
- 2
- zweite Welle
- 3
- Axiallager
- 4
- erstes Gehäuse
- 5
- Axiallager
- 6
- Radiallager
- 7
- zweites Gehäuse
- 8
- Verbindungswelle
- 9
- Innenzahnprofil
- 10
- Außenzahnprofil
- 11
- Wärmeausdehnungsausgleichselement
- 12
- Einstellschraube
- 13
- Anlaufscheibe
- 14
- Einstellscheibe
- 15
- Stopfen
- 16
- Dehnschaftschraube
- 17
- Rollenlager
- 18
- Schraubenkopf der Dehnschaftschraube 16
- 19
- Gehäuse
- 20
- Innengewinde 20 der ersten Welle 1
- 21
- Innengewinde
- 22
- Schraube
- 23
- Außengewinde
- 24
- Innengewinde
- 25
- Sicherungsstift
- 26
- verlängerte Passverzahnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4523864 A [0002]
- DE 3340857 A1 [0003]
- DE 10043799 A1 [0004]
- DE 10355340 A1 [0005]
- US 2003223666 A1 [0006]
