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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Keilnabe zur Bildung einer Welle-Nabe-Mitnehmerverbindung, wobei eine flächige Gehäuselage mit einer zentralen kreisförmigen Aussparung bereitgestellt wird, wobei an einem Innenumfang der Aussparung ein Mitnehmerprofil angeordnet ist. Die Gehäuselage weist mehrere Mantelflächenbereiche auf, die aneinandergereiht sind, die Aussparung umgeben und radial von der Aussparung abragen. Die Erfindung betrifft auch eine Keilnabe, die durch das Verfahren hergestellt ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Welle-Nabe-Mitnehmerverbindung mit der Keilnabe und mit einer Keilwelle zum Einsatz in einer Werkzeugmaschine und/oder in einer Antriebseinrichtung.
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Welle-Nabe-Verbindungen werden im Maschinenbau üblicherweise dazu verwendet, Drehmomente und Leistungen von einer Welle auf eine rotierende Nabe oder umgekehrt zu übertragen. Die Herstellung der Nabe kann gemäß der Druckschrift
DE 1 911 806 U durch Ziehen oder Pressen eines Rohrs erfolgen. Ein anderes Herstellverfahren ist in der Druckschrift
DE 29 17 391 A1 beschrieben. Demnach erfolgt die Fertigung einer Vielkeilnabe aus einem dickwandigen Tragrohr und einem darin eingesetzten dünnwandigen Zahnprofilrohr, wobei das Tragrohr und das Zahnprofilrohr mittels eines Hartlöt-Verfahrens miteinander verbunden werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Herstellverfahren mit Kosteneinsparpotentialen bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer Keilnabe zur Bildung einer Mitnehmerverbindung mit einer Keilwelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine durch das Verfahren hergestellte Keilnabe und durch eine Welle-Nabe-Mitnehmerverbindung mit der Keilnabe und mit einer Keilwelle zum Einsatz in einer Werkzeugmaschine und/oder in einer Antriebseinrichtung gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen der nachfolgenden Beschreibung und/oder den beigefügten Figuren.
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Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Keilnabe vorgeschlagen. Die Keilnabe ist dazu ausgebildet, eine Welle-Nabe-Mitnehmerverbindung mit einer Keilwelle zu bilden. Mitnehmerverbindungen zwischen der Keilwelle und der Keilnabe werden zur Übertragung großer und/oder wechselnder Drehmomente, zum Beispiel bei Schaltgetriebewellen von Werkzeugmaschinen oder bei Wellen von Elektromotoren und Hydraulikmotoren, verwendet. Vorzugsweise können neben den Drehmomenten auch Leistungen, Querkräfte, Axialkräfte und/oder Biegemomente zwischen der Keilnabe und der Keilwelle übertragen werden.
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Zur Herstellung der Keilnabe wird im Rahmen des Verfahrens zunächst eine flächige Gehäuselage bereitgestellt. Vorzugsweise wird im Verlauf des Verfahrens aus der Gehäuselage ein Mehrkantgehäuse der späteren Keilnabe gefertigt.
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Die Gehäuselage weist eine zentrale kreisförmige Aussparung auf. Vorzugsweise erstreckt sich die Aussparung kreisförmig um eine Mittelachse der Gehäuselage. An einem Innenumfang der Aussparung ist ein Mitnehmerprofil angeordnet. Beispielsweise umfasst das Mitnehmerprofil eine Vielzahl an Zähnen. Bevorzugt ist das Mitnehmerprofil dazu ausgebildet, in ein passendes Profil der Keilwelle einzugreifen und mit diesem zu kämmen.
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Die Gehäuselage weist mehrere Mantelflächenbereiche auf. Die Mantelflächenbereiche sind aneinandergereiht, insbesondere kreisförmig aufeinanderfolgend angeordnet. Sie umgeben die Aussparung bevorzugt vollständig und ragen von dieser radial ab. Vorzugsweise sind die Mantelflächenbereiche an und/oder entlang der Aussparung benachbart zueinander angeordnet.
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Beispielsweise weisen die Mantelflächenbereiche in einer axialen Draufsicht auf die Gehäuselage eine im Wesentlichen rechteckige Außenkontur auf. Aufgrund des radialen Abragens von der kreisförmigen Aussparung sind zwischen den einzelnen Mantelflächenbereichen dreieckige Freiflächen angeordnet.
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In einer möglichen konstruktiven Umsetzung der Erfindung weist jeder Mantelflächenbereich eine konkave Einbuchtung auf. Bevorzugt ist die Einbuchtung in radialer Richtung endseitig in den jeweiligen Mantelflächenbereich eingebracht. Insbesondere weisen alle Einbuchtungen übereinstimmende Radien auf. Im Speziellen beschreiben alle Einbuchtungen übereinstimmende Kreisbögen.
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Im Rahmen des Verfahrens werden die Mantelflächenbereiche insbesondere in eine axiale Richtung umgebogen. Vorzugsweise werden die Mantelflächenbereiche aus der Fläche heraus um 90 Grad umgebogen. Dadurch entsteht aus der flächigen Gehäuselage ein dreidimensionales Mehrkantgehäuse für die Keilnabe. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Mehrkantgehäuse um ein Sechskantgehäuse. Insbesondere sind jeweils zwei umgebogene benachbarte Mantelflächenbereiche zueinander in einem Winkel von 120 Grad angeordnet.
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In einer möglichen konstruktiven Ausgestaltung umfasst das Mehrkantgehäuse einen Gehäuseboden und einen Gehäusemantel. Bevorzugt umgibt der Gehäusemantel den Gehäuseboden vollständig. Vorzugsweise ist der Gehäusemantel aus den aneinandergereihten und umgebogenen Mantelflächenbereichen gebildet. Optional ist der Gehäusemantel gegenüber dem Gehäuseboden in einem rechten Winkel angeordnet.
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Die Aussparung ist zentral in dem Gehäuseboden des Mehrkantgehäuses angeordnet. Vorzugsweise ist eine Fläche des Gehäusebodens zu mindestens 60 Prozent, insbesondere zu mindestens 70 Prozent, im Speziellen zu mindestens 80 Prozent und/oder zu maximal 95 Prozent ausgespart und/oder von der Aussparung belegt.
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Im Rahmen des Verfahrens wird bevorzugt ein erster Mehrkanteinsatz bereitgestellt. Es können auch ein zweiter Mehrkanteinsatz und optional ergänzend mindestens ein weiterer Mehrkanteinsatz, insbesondere ein dritter Mehrkanteinsatz und/oder weitere Mehrkanteinsätze, bereitgestellt werden. Bevorzugt ist, dass insgesamt zwei, drei oder mehr als drei Mehrkanteinsätze vorgesehen sind.
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Zum Beispiel ist jeder Mehrkanteinsatz, insbesondere der erste, der zweite, der dritte Mehrkanteinsatz und/oder der mindestens eine weitere Mehrkanteinsatz, als ein flacher mehrkantiger Ring, z.B. als ein Sechskantring, ausgebildet. Bevorzugt sind alle Mehrkanteinsätze baugleich ausgebildet. Besonders bevorzugt ist, dass alle Mehrkanteinsätze in ihrer Ausdehnung, Form und/oder Kontur dem Gehäuseboden entsprechen.
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In einer möglichen konstruktiven Umsetzung der Erfindung weist jeder Mehrkanteinsatz eine zentrale kreisförmige Aussparung auf. Insbesondere entspricht die Aussparung des Mehrkanteinsatzes in ihrer Ausdehnung, Form und/oder Kontur der Aussparung, die in den Gehäuseboden des Mehrkantgehäuses eingebracht ist.
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Vorzugsweise weist die Aussparung jedes Mehrkanteinsatzes an ihrem Innenumfang ein Mitnehmerprofil auf. Beispielsweise umfasst das Mitnehmerprofil jedes Mehrkanteinsatzes zahlreiche Zähne. Im Speziellen stimmt das Mitnehmerprofil der Aussparung in dem jeweiligen Mehrkanteinsatz mit dem Mitnehmerprofil der Aussparung in dem Gehäuseboden überein.
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Im Rahmen eines möglichen Verfahrensschrittes wird der erste Mehrkanteinsatz in das Mehrkantgehäuse eingesetzt, sodass er auf dem Gehäuseboden aufliegt, sodass die Aussparung des ersten Mehrkanteinsatzes in einer axialen Draufsicht deckungsgleich mit der Aussparung in dem Gehäuseboden ist und/oder sodass der Mehrkanteinsatz von dem Gehäusemantel, insbesondere von den umgebogenen Mantelflächenbereichen, umrahmt ist.
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In einem weiteren möglichen Verfahrensschritt wird der zweite Mehrkanteinsatz danach in das Mehrkantgehäuse eingesetzt, sodass der zweite Mehrkanteinsatz auf dem ersten Mehrkanteinsatz aufliegt und sodass die Aussparung des zweiten Mehrkanteinsatzes mit der Aussparung des ersten Mehrkanteinsatzes und/oder mit der Aussparung in dem Gehäuseboden in einer axialen Draufsicht deckungsgleich ist. Insbesondere ist der in das Mehrkantgehäuse eingesetzte zweite Mehrkanteinsatz von den Mantelflächenbereichen umrahmt.
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Optional ergänzend wird der dritte Mehrkanteinsatz im Rahmen des Verfahrens in das Mehrkantgehäuse eingesetzt, sodass der dritte Mehrkanteinsatz auf dem zweiten Mehrkanteinsatz aufliegt, mit den Aussparungen des ersten und zweiten Mehrkanteinsatzes und/oder mit der Aussparung in dem Gehäuseboden deckungsgleich ist. Insbesondere ist der dritte Mehrkanteinsatz somit von dem Gehäusemantel umgeben.
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In einem weiteren möglichen Verfahrensschritt kann auf die gleiche Weise der mindestens eine weitere Mehrkanteinsatz in das Mehrkantgehäuse eingesetzt werden.
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Im Rahmen des Verfahrens ist es insbesondere vorgesehen, dass alle in das Mehrkantgehäuse eingesetzten Mehrkanteinsätze so übereinander gestapelt werden, dass alle Aussparungen und/oder Mitnehmerprofile der Mehrkanteinsätze mit der Aussparung und/oder dem Mitnehmerprofil in dem Gehäuseboden in einer axialen Draufsicht deckungsgleich sind und von dem Gehäusemantel vollständig umgeben sind.
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Eine bevorzugte konstruktive Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass jeder der Mantelflächenbereiche einen Endabschnitt umfasst. Vorzugsweise überragen die Endabschnitte den oder die in das Mehrkantgehäuse eingesetzten Mehrkanteinsätze in der Höhe. Vorzugsweise ist in jedem Endabschnitt die konkave Einbuchtung angeordnet.
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In einem weiteren möglichen Verfahrensschritt wird jeder Endabschnitt zur Fertigstellung der Keilnabe radial nach innen, insbesondere zu dem oder den eingesetzten Mehrkanteinsätzen umgebogen. Optional wird jeder Endabschnitt um 90 Grad umgebogen, sodass er parallel zu dem Gehäuseboden ausgerichtet ist.
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Bevorzugt ist im Rahmen der Erfindung, dass jede Einbuchtung in den umgebogenen Endabschnitten einen Kreisbogen um eine Mittelachse des Mehrkantgehäuses bildet. Insbesondere bilden die Kreisbögen aller umgebogenen Endabschnitte gemeinsam einen Kreis um die Mittelachse des Mehrkantgehäuses. Somit kann die gefertigte Keilnabe auf der Keilwelle angeordnet werden, um die Welle-Nabe-Mitnehmerverbindung zu bilden.
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Im Rahmen des Verfahrens werden die Endabschnitte so umgebogen, dass sie auf dem zuletzt und/oder zuoberst in das Mehrkantgehäuse eingesetzten Mehrkanteinsatz aufliegen. Dadurch werden alle eingesetzten Mehrkanteinsätze in dem Mehrkantgehäuse formschlüssig gehalten. Insbesondere sind die Mehrkanteinsätze in axialer Richtung durch den Gehäuseboden und durch die umgebogenen Endabschnitte gesichert.
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Besonders bevorzugt ist, dass die Keilnabe nach dem Umbiegen der Endabschnitte fertiggestellt ist. Insbesondere weist die Keilnabe an ihrem Innenumfang ein durch das Mitnehmerprofil in dem Gehäuseboden und durch die Mitnehmerprofile in den Mehrkanteinsätzen gebildetes Gesamt-Mitnehmerprofil zum Kämmen mit dem Profil der Keilwelle auf. Im Speziellen ist ein durch den Gehäusemantel gebildeter Außenumfang der Keilnabe hexogonal und/oder sechseckig ausgebildet.
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Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet eine Keilnabe zur Bildung einer Welle-Nabe-Mitnehmerverbindung, wobei die Keilnabe ein Mehrkantgehäuse umfasst, das einen einem aus umgebogenen Mantelflächenbereichen gebildeten Gehäusemantel und einen Gehäuseboden aufweist. Zentral in dem Gehäuseboden ist eine Aussparung angeordnet. Vorzugsweise umfasst die Keilnabe mindestens einen Mehrkanteinsatz, z.B. einen ersten, zweiten und dritten Mehrkanteinsatz. Insbesondere ist der mindestens eine Mehrkanteinsatz in das Mehrkantgehäuse eingesetzt, wobei er von umgebogenen Endabschnitten der Mantelflächenbereiche in dem Mehrkantgehäuse formschlüssig gesichert ist. Beispielsweise ist die Keilnabe in einer axialen Draufsicht hexagonal und/oder sechseckig ausgebildet. Alternativ oder ergänzend ist die Keilnabe durch das Verfahren nach der bisherigen Beschreibung und/oder nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt.
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Eine Welle-Nabe-Mitnehmerverbindung mit der Keilnabe nach Anspruch 8 oder 9 und mit einer Keilwelle zum Einsatz in einer Werkzeugmaschine und/oder in einer Antriebseinrichtung bildet einen weiteren Gegenstand der Erfindung. Vorzugsweise weist die Keilwelle an ihrem Außenumfang ein Profil auf, das ein Gegenstück zu dem Gesamt-Mitnehmerprofil der Keilnabe bildet.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigen:
- 1 eine Keilnabe für eine Welle-Nabe-Mitnehmerverbindung in einer perspektivischen Ansicht von unten;
- 2 eine perspektivische Draufsicht von unten auf eine flächige Gehäuselage mit mehreren Mantelflächenbereichen zur Bildung eines Mehrkantgehäuses;
- 3 perspektivische Seitenansichten dreier Mehrkanteinsätze zum Einsatz in das Mehrkantgehäuse;
- 4a das aus der flächigen Gehäuselage gebildete Mehrkantgehäuse in einer perspektivischen Draufsicht von unten;
- 4b das Mehrkantgehäuse in einer perspektivischen seitlichen Draufsicht;
- 5a die in das Mehrkantgehäuse eingesetzten Mehrkanteinsätze in einer perspektivischen seitlichen Ansicht;
- 5b die in das Mehrkantgehäuse eingesetzten Mehrkanteinsätze in einer axialen Schnittansicht;
- 6a das Mehrkantgehäuse mit den darin eingesetzten Mehrkanteinsätzen in der perspektivischen seitlichen Draufsicht, wobei Endabschnitte der Mantelflächenbereiche radial nach innen umgebogen werden;
- 6b das Mehrkantgehäuse mit den darin eingesetzten Mehrkanteinsätzen in der axialen Schnittansicht, wobei die Endabschnitte der Mantelflächenbereiche radial nach innen umgebogen werden;
- 7a das Mehrkantgehäuse in der perspektivischen seitlichen Draufsicht mit den durch die umgebogenen Endabschnitte axial formschlüssig gesicherten Mehrkanteinsätzen;
- 7b das Mehrkantgehäuse in der axialen Schnittansicht mit den durch die umgebogenen Endabschnitte axial formschlüssig gesicherten Mehrkanteinsätzen.
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Einander entsprechende oder gleiche Teile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 zeigt eine Keilnabe 1, die zur Bildung einer Welle-Nabe-Mitnehmerverbindung ausgebildet ist. Die Mitnehmerverbindung ist aus der Keilnabe 1 und einer nicht gezeigten Keilwelle gebildet, um Drehmomente und optional ergänzend Leistungen, Querkräfte, Axialkräfte und/oder Biegemomente von der Keilnabe 1 auf die Keilwelle oder umgekehrt zu übertragen. Die Mitnehmerverbindung zwischen der Keilwelle und der Keilnabe 1 kann z.B. in Schaltgetrieben von Werkzeugmaschinen oder in Motoreinrichtungen verwendet werden.
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Die Keilnabe 1 ist aus mehreren Einzelstücken zusammengesetzt und nicht aus einem Vollbauteil z.B. durch ein abtragendes und/oder umformendes Verfahren gefertigt. Zur Herstellung der Keilnabe 1 werden eine in der 2 dargestellte Gehäuselage 2 und mehrere, z.B. drei, Mehrkanteinsätze 3a, 3b, 3c, bereitgestellt, die in der 3 gezeigt sind.
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Die Gehäuselage 2 ist als ein Flächenbauteil ausgebildet. Es weist eine kreisförmige Aussparung 4 auf, die zentral in dem Flächenbauteil angeordnet ist und sich um eine Mittelachse A der Gehäuselage 2 erstreckt. An einem Innenumfang der Aussparung 4 ist ein Mitnahmeprofil 12 angeordnet. Das Mitnahmeprofil 12 weist eine Vielzahl an Zähnen auf, die mit Zähnen eines passenden Mitnahmeprofils der Keilwelle kämmen können.
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Um die Aussparung 4 sind mehrere, z.B. sechs, Mantelflächenbereiche 5 nacheinander angeordnet, die die Aussparung 4 vollständig umgeben. Die Mantelflächenbereiche 5 sind im Wesentlichen rechteckig ausgebildet. Sie ragen radial von der Aussparung 4 ab, sodass zwischen je zwei Mantelflächenbereichen 5 ein im Wesentlichen dreieckiger Freibereich gebildet ist.
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Endseitig weist jeder Mantelflächenbereich 5 eine konkave Einbuchtung 13 auf. Die konkaven Einbuchtungen 13 jedes Mantelflächenbereichs 5 weisen übereinstimmende Radien auf. Beispielsweise sind die Mantelflächenbereiche 5 sind in der perspektivischen Ansicht der 2 wie Blütenblätter angeordnet, die von einer Blütenmitte abstehen, wobei die Mantelflächenbereiche 5 die Blütenblätter bilden und die Blütenmitte durch die Aussparung gebildet ist.
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Die in der 3 dargestellten Mehrkanteinsätze 3a, 3b, 3c sind als flache Mehrkantringe, insbesondere als Sechskantringe, ausgebildet. Alle Mehrkanteinsätze 3a, 3b, 3c sind baugleich in Größe, Form und/oder Kontur. Jeder Mehrkanteinsatz 3a, 3b, 3c weist eine zentrale Aussparung 6a, 6b, 6c auf. An dem Innenumfang jeder Aussparung 6a, 6b, 6c ist ein Mitnahmeprofil 7a, 7b, 7c angeordnet.
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Die Größe der Aussparungen 6a, 6b, 6c der Mehrkanteinsätze 3a, 3b, 3c entspricht der Größe der Aussparung 4 in der Gehäuselage 2 (2). Außerdem stimmen die Mitnahmeprofile 7a, 7b, 7c der Mehrkanteinsätze 3a, 3b, 3c mit dem Mitnahmeprofil 12 der Gehäuselage 2 überein.
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Die 4a und 4b zeigen unterschiedliche perspektivische Ansichten eines Mehrkantgehäuses 8 für die Keilnabe 1 (1). Zur Bildung des Mehrkantgehäuses 8 werden Mantelflächenbereiche 5 der in der 2 dargestellten Gehäuselage 2 aus der Fläche heraus axial, insbesondere um 90 Grad, umgebogen. Jeweils zwei benachbarte Mantelflächenbereiche 5 werden dadurch winklig zueinander, insbesondere in einem Winkel von 120 Grad, angeordnet. Das daraus entstandene Mehrkantgehäuse 8 ist ein Sechskantgehäuse. Es umfasst einen sechskantigen Gehäusemantel 9 und einen Gehäuseboden 10, der von dem Gehäusemantel 9 vollständig umgeben ist.
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Der Gehäusemantel 9 ist durch die umgebogenen Mantelflächenbereiche 5 gebildet. In dem Gehäuseboden 10 ist die Aussparung 4 mit dem Mitnahmeprofil 12 verblieben. Ein Flächenanteil der Aussparung 4 an einer Gesamtfläche des Gehäusebodens 10 beträgt mindestens 60 Prozent, vorzugsweise mindestens 70 Prozent, insbesondere mindestens 80 Prozent und/oder maximal 95 Prozent des Gehäusebodens 10.
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Wie es in den 5a und 5b in einer perspektivischen seitlichen Ansicht und in einer axialen Schnittansicht des Gehäusemantels 9 gezeigt ist, werden die Mehrkanteinsätze 6a, 6b, 6c in den Gehäusemantel 9 nacheinander eingesetzt und auf den Gehäuseboden 10 aufeinander gestapelt.
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Die eingesetzten Mehrkanteinsätze 3a, 3b, 3c werden von den umgebogenen Mantelflächenbereichen 5 überragt. Jeder Mantelflächenbereich 5 weist einen Endabschnitt 11 auf, der über die Mehrkanteinsätze 3a, 3b, 3c hinaussteht. In den Endabschnitten 11 sind die konkaven Einbuchtungen 13 angeordnet.
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Wie aus den 6a und 6b zu entnehmen werden die Endabschnitte 11 radial nach innen zu den eingesetzten Mehrkanteinsätzen 3a, 3b, 3c hin umgebogen, bis sie gemäß den 7a, 7b auf dem zuoberst angeordneten Mehrkanteinsatz 3c aufliegen. Durch die aufliegenden Endabschnitte 11 sind die Mehrkanteinsätze 3a, 3b, 3c in dem Mehrkantgehäuse 8 zusammengehalten und darin formschlüssig gesichert.
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Die konkaven Einbuchtungen 13 in den umgebogenen Mantelflächenbereichen 5 bilden Kreisbögen, die sich zu einem Kreis um die Mittelachse A (2) ergänzen. Entstanden ist dadurch die fertig hergestellte Keilnabe 1 gemäß der 1 mit dem Gesamt-Mitnehmerprofil 14 und mit einem hexogonalen und/oder sechseckigen Außenumfang 15.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Keilnabe
- 2
- Gehäuselage
- 3a-c
- Mehrkanteinsätze
- 4
- Aussparung in der Gehäuselage/ in dem Gehäuseboden
- 5
- Mantelflächenbereiche
- 6a-c
- Aussparungen in den Mehrkanteinsätzen
- 7a-c
- Mitnahmeprofile in den Mehrkanteinsätzen
- 8
- Mehrkantgehäuse
- 9
- Gehäusemantel
- 10
- Gehäuseboden
- 11
- Endabschnitte
- 12
- Mitnahmeprofil in der Gehäuselage/in dem Gehäuseboden
- 13
- konkave Einbuchtung
- 14
- Gesamt-Mitnehmerprofil
- 15
- Außenumfang
- A
- Mittelachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1911806 U [0002]
- DE 2917391 A1 [0002]
