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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf Steckverzahnungen mit kreis- oder ringförmig ausgebildeten Federelementen zur Zentrierung und Dämpfung der Kraftübertragung über die Steckverzahnung. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung einer Steckverzahnung zur Übertragung von Drehmomenten.
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Stand der Technik
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Zur Übertragung bzw. Weiterleitung von Drehmomenten, die von einer Welle über Zahnräder übertragen werden, ist eine gute Wellen-Naben-Verbindung erforderlich. Eine Verbindungsmöglichkeit einer Wellen-Naben-Verbindung ist durch eine spielbehaftete Steckverzahnung gegeben. Diese standardisiert ausgebildeten formschlüssigen und spielbehafteten Wellen-Naben-Verbindungen in Gestalt von Steckverzahnungen haben den Nachteil eines undefinierten Spiels und einer mangelhaften Zentrierung. Dies führt bei Drehmomentübertragung über den Zahnrädern zu Zahnflankenschlägen bzw. Zahnflankenversatz. Daraus resultieren ein unerwünschtes Geräusch sowie Tragbilder der Verzahnung, die asymmetrisch sind, sowie punktuelle Drehlastübertragungen. Als weiterer Nachteil sind bei derartigen Steckverzahnungen eine Erhöhung der Lagerbelastung um ca. 25 % zu erwähnen, ferner deutlich erhöhte Leistungsverluste und damit einhergehende verkürzte Lebensdauererwartungen an die beteiligten Kraftübertragungselemente sowie die Lagerung.
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DE 10 2015 200 661 A1 bezieht sich auf eine Kupplungsanordnung mit einem elektromagnetischen Aktuator. Die Kupplungsanordnung umfasst ein drehend antreibbares Getriebe, das zumindest einen Hülsenansatz zur drehbaren Lagerung in einem ortsfesten Gehäuse aufweist. Ferner ist ein Abtriebsteil vorgesehen, das drehbar in dem Getriebegehäuse angeordnet ist, ferner eine Kupplung, die im Leistungspfad zwischen dem Getriebegehäuse und dem Abtriebsteil angeordnet ist. Die Kupplung weist ein erstes Kupplungsteil auf, welches relativ zum Getriebegehäuse drehfest und axial beweglich gehalten ist sowie ein zweites Kupplungsteil, welches mit dem Abtriebsteil fest verbunden ist und im Getriebegehäuse angeordnet ist. Es wird ein steuerbarer Aktuator eingesetzt, der zum Betätigen der Kupplung dient, derart, dass das erste Kupplungsteil und das zweite Kupplungsteil zur Übertragung eines Drehmomentes optional miteinander verbunden werden können. Der Aktuator weist einen koaxial zum Hülsenansatz des Getriebegehäuses angeordneten ringförmigen Elektromagneten mit einem Magnetgehäuse und einem axial beweglichen Kolben auf.
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DE 10 2015 200 465 A1 bezieht sich auf eine Differentialvorrichtung für ein Fahrzeug. Die Differentialvorrichtung umfasst einen ersten Gehäuseabschnitt, wobei der erste Gehäuseabschnitt zur Lagerung von einem Sonnenrad und/oder zur Lagerung der Differentialvorrichtung an einer Umgebungskonstruktion ausgebildet ist. Des Weiteren ist ein zweiter Gehäuseabschnitt vorgesehen, ferner ein Antriebsradabschnitt und ein Befestigungsteil, wobei das Befestigungsteil, der zweite Gehäuseabschnitt und der Antriebsradabschnitt über eine Schraubverbindung miteinander verbunden sind und eine verschraubte Baugruppe bilden. Die verschraubte Baugruppe bildet eine formschlüssige Aufnahme, wobei der erste Gehäuseabschnitt in der formschlüssigen Aufnahme aufgenommen ist.
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DE 10 2012 213 405 A1 bezieht sich auf ein Kegelraddifferential für ein Fahrzeug. Das Kegelraddifferential umfasst ein Außenrad mit einem Differentialkorb, wobei der Differentialkorb über mindestens einen Verbindungsbereich mit dem Außenrad fest verbunden ist. Der Differentialkorb weist mindestens einen Stegbereich auf, an dem ein Ausgleichsrad angeordnet ist, wobei die Drehachse des Ausgleichsrades in einer axialen Draufsicht auf das Kegelraddifferential eine Ausgleichsachsrichtung definiert. In der axialen Draufsicht ist ein Ausgleichswinkelbereich von mindestens +/- 20° um die Ausgleichsachsrichtung von dem mindestens einen Verbindungsbereich freigestellt.
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Darstellung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine Wellenverbindung zwischen einer ersten Welle mit einer ersten Verzahnung und einer zweiten Welle mit einer zweiten Verzahnung vorgeschlagen, wobei auf der ersten Welle mindestens ein Federelement in Ringform oder in Stiftform aufgenommen ist, das die erste Welle zur zweiten Welle zentriert oder umgekehrt.
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Des Weiteren wird erfindungsgemäß eine Wellen-Naben-Verbindung vorgeschlagen zwischen einer ersten Welle mit Übertragungszähnen und einer Nabe mit Nuten in Umfangsrichtung, wobei die Übertragungszähne entweder von ringförmigen Federelementen umschlungen sind oder alternativ mit stiftförmigen Federelementen versehen sind, die Übertragungszähne in den Nuten der Nabe in Umfangsrichtung abstützen.
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In vorteilhafter Weise vermögen beide Ausführungsvarianten der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung eine Wellenverbindung, insbesondere eine Steckzahnverbindung, sowie eine Wellen-Naben-Verbindung derart zu realisieren, dass ein Auftreten von Zahnflankenschlägen aufgrund der zentrierten Führung erheblich herabgesetzt ist. Durch eine entsprechende Dimensionierung sowohl der ringförmig ausgebildeten Federelemente als auch der stiftförmig ausgebildeten Federelemente kann ein Optimum hinsichtlich der Belastungen und der Montagekräfte vom individuellen Lastfall abhängig erreicht werden.
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In Weiterbildung der beiden erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösungen kann die Wellenverbindung oder die Wellen-Naben-Verbindung derart ausgestaltet werden, dass das Federelement als gerollter Federring ausgeführt ist, bei dem ein Federringanfang und ein Federringende an einer Koppelstelle miteinander gekoppelt sind. Diese Ausführungsvariante eines Federelementes zeichnet sich durch eine besonders einfache Herstellbarkeit in beliebigen Dimensionierungsmöglichkeiten aus.
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In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung kann das Federelement als gerollter Federring ausgeführt werden, aus einem Federdraht, der einen Durchmesser im Bereich zwischen 0,2 mm und 0,5 mm aufweist, und in einem Federdurchmesser ausgebildet ist, der zwischen 1,2 mm und 5 mm liegt. Das Federelement als gerollter Federring wird vorzugsweise aus einem Federstahldraht, einem Edelstahlfederstahldraht oder aus dem Material EN 10270-3-14310 gefertigt.
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In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung kann das Federelement alternativ als gestanzter Federring aus einem Federstahlblech gefertigt werden. Bei der Herstellung des Federelements als gestanzter Federring sind in diesem ein erster Querschnitt und ein zweiter Querschnitt in Umfangsrichtung gesehen in alternierender Abfolge ausgebildet. Nach dem Ausstanzen des Federelementes aus einem Federstahlblech wird das erhaltene gestanzte Federstahlblech gebogen, so dass ein ringförmiger Hohlkörper entsteht, an dem in Umfangsrichtung erste und zweite Querschnitte in alternierender Reihenfolge verlaufen. Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Wellenverbindung oder der Wellen-Naben-Verbindung können an den Übertragungszähnen im Fußbereich Längsnuten ausgebildet sein, die der Aufnahme der stiftförmigen Federelemente in Gestalt von Wurmfedern oder von Spannstiften dienen.
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Um den eingesetzten stiftförmigen Federelementen, die als Spannstifte ausgeführt sind, eine Elastizität zu verleihen, sind die Spannstifte an ihrem Umfang mit einer Längsschlitzung versehen, die für die Federwirkung sorgt.
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Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Wellenverbindung oder bei der Wellen-Naben-Verbindung können die Federelemente an der ersten Welle oder der zweiten Welle, die zueinander an der Wellenverbindung zu zentrieren sind, in Nuten aufgenommen sein, die sich an der ersten Welle oder der zweiten Welle in Umfangsrichtung erstrecken.
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In einer vorteilhaften Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Wellenverbindung bzw. der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Wellen-Naben-Verbindung, können die Längsnuten im Fußbereich beider Flanken der Übertragungszähne ausgeführt sein. In diesem Falle bietet sich in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, an einer Wellen-Naben-Verbindung zwischen der Welle, an der die Übertragungszähne mit den in die Längsnuten eingelassenen stiftförmigen Federelemente aufgenommen sind, und einer Nabe mit Nuten in Umfangsrichtung in spielfreier Zentrierung der Komponenten der Wellen-Naben-Verbindung darzustellen, wobei die Spielfreiheit sowohl in einer ersten Drehrichtung als auch in einer zu dieser entgegengesetzten zweiten Drehrichtung vorliegt.
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Des Weiteren bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Verwendung der Wellenverbindung als Steckverzahnung zweier Wellen in einem Getriebe eines E-Achsen-Moduls eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs. Ferner bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung der Wellen-Naben-Verbindung zwischen einer Welle und einer Nabe in einem E-Achsen-Modul eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs. Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung der Wellenverbindung oder derselben Nabenverbindung in einem Getriebe eines mit einer Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Fahrzeugs, eines Hybridfahrzeugs (HEV = Hybrid Electric Vehicle) oder eines Plug-In-Hybridfahrzeugs (PHEV = Plug-In Hybrid Electric Vehicle).
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Vorteile der Erfindung
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Die Vorteile der erfindungsgemäß vorgeschlagenen zentrierten und spielfreien Wellenverbindung, vorzugsweise ausgeführt als Steckverzahnung sowie der erfindungsgemäß vorgeschlagenen zentrierten und spielfreien Wellen-Naben-Verbindung liegen in einem verbesserten Tragbild der Verzahnungen in Bezug auf die Steckverzahnung sowie auf die mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung erreichbaren Spielfreiheit, was sowohl für die Wellenverbindung als auch für die spielfreie unzentrierte Wellen-Naben-Verbindung gilt. Die eingesetzten ringförmig und stiftförmig ausgebildeten Federelemente dienen als Schwingungsdämpfer und sind mit einer relativ geringen Montage- und Demontagekraft zu montieren. Durch den Einsatz der in Ringform bzw. in Stiftform ausgebildeten Federelemente lassen sich die Übertragungsleistungsverluste verringern sowie Unwuchten vermeiden. Des Weiteren können Übertragungsstöße ausgeschlossen werden und die Laufruhe der entsprechenden Wellenverbindung, insbesondere einer Steckverzahnung sowie die Laufruhe einer Wellen-Naben-Verbindung kann erheblich verbessert werden, wodurch sich ein geräuscharmer Betrieb ergibt. Durch die Herabsetzung von Vibrationen sowie die Korrektur des Tragbildes ist eine erheblich höhere Standzeitüberlebensdauer zu erwarten. Des Weiteren stellt die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung durch die Verwendung eines Federdrahtes zur Herstellung von Wurmfedern bzw. Simmeringfedern oder Federringe als Stanz- und Biegeteile aus einem Federstahlblech eine sehr wirtschaftliche Lösung dar.
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Durch die Auswahl des entsprechenden Federmaterials, sei es des Federstahlblechs oder des Federdrahts, sowie die Variierbarkeit der Federdrahtdurchmesser, deren Durchmesser zwischen 0,2 mm und 5 mm variieren kann sowie des Federdurchmessers, der im Bereich von 1,2 mm bis 5 mm liegt, kann hinsichtlich der Federelemente eine Optimierung der Belastung sowie der Montagekräfte erreicht werden. Durch die eingesetzten Materialien Federstahlblech sowie gerollter Federdraht lassen sich hinsichtlich der Geometrie und der Dimensionierung der Federelemente vielfältigste Einsatzmöglichkeiten realisieren.
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Figurenliste
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Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Steckzahnverbindung ohne Zentrierung und eine sich einstellende Schrägstellung zweier Wellen in Bezug aufeinander,
- 2 eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Wellenverbindung,
- 3 ein als Ringfeder ausgebildetes Federelement,
- 3.1 eine Koppelstelle zwischen einem Federringanfang und einem Federringende einer Ringfeder,
- 3.2 eine gestreckte Anordnung eines gewickelten Federdrahtes,
- 3.3 eine vergrößerte Darstellung von Ringfederanfang und Ringfederende,
- 3.4 die schematische Darstellung einer Ringfeder,
- 4 eine Draufsicht auf ein aus einem Federstahlblech gestanztes Federelement,
- 4.1 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts gemäß 4,
- 4.2 einen ersten Querschnitt,
- 4.3 einen zweiten Querschnitt
- 5 eine Darstellung einer Wellen-Naben-Verbindung zwischen einer Welle mit Übertragungszähnen und einer als Zahnrad ausgeführten Nabe,
- 5.1 eine perspektivische Ansicht der Unterbringung einer Wurmfeder,
- 5.2 eine perspektivische Ansicht einer Welle mit Übertragungszähnen mit jeweils einer umschlungenen Wurmfeder,
- 6 eine schematische Darstellung der auftretenden Kräfte an einem Übertragungszahn, der in eine Nut in Umfangsrichtung einer Nabe eingreift,
- 7 eine vergrößerte Darstellung eines Wellenendes mit Übertragungszähnen sowie Längsnuten zur Aufnahme von Spannstiften,
- 8 Darstellung eines Spannstiftes mit Längsschlitzung und
- 9 eine vergrößerte Darstellung einer Draufsicht auf die Stirnseite des Wellenendes gemäß 7.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
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1 zeigt eine Wellenverbindung ausgeführt als spielbehaftete Steckzahnverbindung. Gemäß 1 ist eine erste Welle 12 mit ersten Verzahnung 14, die als Außenverzahnung ausgebildet ist, versehen. An einer zweiten Welle 22, ausgeführt als Hohlwelle, befindet sich eine zweite Verzahnung 16, hier ausgeführt als Innenverzahnung. Auf der ersten Welle 12 ist ein Zahnrad 18 aufgenommen, während die zweite Welle 22 mit einem Rotor 20 versehen ist. Die spielbehaftete Steckverzahnung 10 ist in einer Dreifachlagerung 24 gelagert. Eine Symmetrieachse ist mit Bezugszeichen 26 versehen. Bezugszeichen 28 bezeichnet eine Schrägstellung der ersten Welle 12 in Bezug auf die zweite Welle 22, die sich aufgrund der Spielbehaftung der in 1 dargestellten Steckverzahnung 10 ergibt. Die Schrägstellung 28 bedeutet ein Auftreten von Vibrationen, ein schiefes Tragbild in Bezug auf die Flanken der Zähne der ersten Verzahnung 14 sowie der zweiten Verzahnung 16 und führt zu einer erhöhten Geräuschentwicklung über die Lebensdauer, was der Standzeit der dargestellten spielbehafteten Steckverzahnung 10 abträglich ist. Der guten Ordnung halber sei erwähnt, dass die Dreifachlagerung 24 ein erstes Lager 30, ein zweites Lager 32 sowie ein drittes Lager 34 umfasst, die allesamt als Kugellager ausgeführt sind.
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2 zeigt demgegenüber die Ausführungsvariante einer erfindungsgemäß vorgeschlagenen zentrierten und spielfreien Wellenverbindung 40.
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Wie aus 2 hervorgeht, sind am Umfang der ersten Welle 12 ein erstes Federelement 42 sowie beabstandet zu diesem ein zweites Federelement 44 aufgenommen. Die beiden Federelemente 42, 44 sind jeweils als Federringe 46 ausgestaltet. Beide in Ringform als Federringe 46 ausgebildeten Federelemente 42, 44 sind so dimensioniert, dass deren Außenumfänge gegen den Kopfkreis der zweiten Verzahnung 16, d. h. der Innenverzahnung an der zweiten Welle 22, d. h. der Hohlwelle drücken und diese demzufolge gegenüber der ersten Welle 12 zentrieren. Darüber hinaus wird durch die voneinander beabstandeten in Umlaufnuten auf der ersten Welle 12 aufgenommenen Federelemente 42, 44 das Spiel aus der Wellenverbindung 40 gedrückt, wodurch die Laufruhe und das Tragbild zwischen den Zähnen der ersten Verzahnung 14 und der zweiten Verzahnung 16 erheblich verbessert werden. Aus der Darstellung gemäß 2 geht hervor, dass das erste Federelement 42, ausgeführt als Federring 46, sowie das zweite Federelement 44, ebenfalls ausgeführt als Federring 46, neben der ersten Verzahnung 14 der ersten Welle 12 liegen. Damit sind die beiden als Federringe 46 ausgebildeten Federelemente 42, 44 so positioniert, dass sie neben der Zahnflankenberührung zwischen der ersten Verzahnung 14 und der zweiten Verzahnung 16 liegen.
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3 ist zu entnehmen, dass am Umfang der ersten Welle 12 ein Federring 46 aufgenommen ist. Der Federring 46 ist als Wurmfeder beschaffen; ein Federringanfang 48 und ein Federringende 50 (vgl. Darstellung gemäß 3.1) sind an einer Koppelstelle 52 miteinander gekoppelt.
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Während in der Darstellung gemäß 3.1 der Federring 46 in einer gekrümmten Geometrie dargestellt ist, befinden sich in 3.2 der Federringanfang 48 und das Federringende 50 in einer gestreckten Lage. Aus der Darstellung gemäß 3.1 geht hervor, dass der Federringanfang 48 in das Federringende 50 eingesteckt ist und sich dadurch die Koppelstelle 52 zwischen dem Federringanfang 48 und dem Federringende 50 ergibt.
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Aus 3.3 geht hervor, dass der Federring 46 aus einem gewickelten Federdraht gefertigt ist. Der Federdraht, bei dem es sich um Edelstahlfederdraht oder um ein Material namens EN 10270-3-14310 handeln kann, weist einen Drahtdurchmesser 54 auf, der in der Größenordnung zwischen 0,2 mm und 0,5 mm liegt. Ein Federdurchmesser 56 liegt in der Größenordnung zwischen 1,2 mm und 5 mm. Je nach Wahl des Drahtdurchmessers 54 sowie des Federdurchmessers 56 lässt sich die Elastizität bzw. die Dämpfungsgradcharakteristik sowie die zur Montage und Demontage aufzubringenden Kräfte an den jeweiligen Anwendungsfall anpassen.
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Mit Bezugszeichen 57 ist eine Federlänge bezeichnet, welche der gewickelte Federdraht in seiner Längserstreckung annimmt, bevor dieser - wie aus der Darstellung gemäß 3 hervorgeht - an seiner gestreckten Länge der Form eines Federringes 46 überführt werden kann, indem der Federringanfang 48 und das Federringende 50 an der Koppelstelle 52 miteinander gefügt werden.
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3.4 ist eine etwa rechteckförmige Kontur eines gerollten Federringes 58 zu entnehmen. Ein derartiges Bauteil kann kreisförmig gebogen werden oder auch - wie in 3.4 dargestellt - eine im Wesentlichen rechteckförmig verlaufende Kontur aufweisen.
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4 ist die Darstellung eines gestanzten Federringes 60 zu entnehmen. Der hier dargestellte Federring 60 wird aus einem Federstahlblech 62 ausgestanzt. Zur Formgebung des gestanzten Federringes 60 werden in alternativer Abfolge in Umfangsrichtung gesehen Federzungen eines ersten Querschnittes 66 sowie Federabschnitte gemäß einem zweiten Querschnitt 68 gestanzt. Das in 4.1 in der X/Y-Ebene als Abwicklung 64 dargestellte Material des Federstahlbleches 62 wird danach rundgebogen, so dass sich in Bezug auf den ersten Querschnitt 66 der in 4.2 dargestellte erste Querschnitt 66 ergibt und zwischen zwei ersten Querschnitten 66 jeweils ein zweiter Querschnitt 68 gemäß der Darstellung in 4.3 ausgeführt wird. Der erste Querschnitt 66 und der zweite Querschnitt 68 erstrecken sich entlang der Umfangsrichtung des gestanzten Federringes 60 in alternierender Abfolge. Aufgrund des Umstandes, dass gemäß 2 am ersten Querschnitt 66 eine Öffnung verbleibt, sich die gestanzten Enden der Zungen gerade nicht berühren, wohnt dem gestanzten Federring 60 gemäß der Darstellung in 4.2, d. h. in gebogenem Zustand eine Elastizität inne, welche diesem ein Dämpfungs- bzw. Federverhalten verleiht.
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Anstelle der in 2 dargestellten als Federringe 46 ausgebildeten ersten und zweiten Federelemente 42, 44, die als gerollte Federringe 58 beschaffen sind, könnten alternativ auch gestanzte Federringe 60 gemäß der Ausführung in den 4, 4.1, 4.2 und 4.3 eingesetzt werden.
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5 zeigt eine Wellen-Naben-Verbindung 76 zwischen einer Nabe 74 und einer Welle 72, an deren Umfang eine Anzahl - im vorliegenden Falle vier - Nocken 84 oder als Übertragungszähne 92 ausgebildete Erhebungen ausgeführt sind. In der Darstellung gemäß 5 sind an der Welle 72 in 90°-Teilung vier Nocken 84 oder vier Übertragungszähne 92 ausgeführt.
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In 5.2 ist dargestellt, dass ein jeder der Nocken 84 bzw. Übertragungszähne 92 von einer umschlungenen Wurmfeder 86, die hier als Ring ausgebildet ist, umschlungen ist. Die umschlungene Wurmfeder 86 ist in eine Längsnut 94 eingelassen, die sich an einem jeden der Nocken 84 bzw. der Übertragungszähne 92 in deren Fußbereich, d. h. am Umfang des Mantels der Welle 72 erstreckt. Die Längsnuten 94 verlaufen, wie in der Darstellung gemäß 5.2 dargestellt, parallel zur Symmetrieachse der Welle 72 in axialer Richtung. 5.1 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnittes eines Nockens 84 bzw. eines Übertragungszahns 92 mit einer in eine Längsnut 94 eingelassenen Wurmfeder 80. Wie aus der Darstellung gemäß 5.1 hervorgeht, ist die Wurmfeder 80 aus gerolltem Federdrahtmaterial gefertigt. Durch die Wurmfeder 80, die in die Längsnut 94 eingelassen ist, wird ein Zahnflankenspiel 78, was sich andernfalls zwischen einer Anlagefläche 96 der sich in Umfangsrichtung erstreckenden Nut 82 der Nabe 74 einerseits und dem in diese eingreifenden Übertragungszahn 92 andererseits einstellen würde, herausgedrückt. Während in 5.1 eine Wurmfeder 80 am Übertragungszahn 92 aufgenommen ist, kann - wie in 5.2 dargestellt - an jedem der Übertragungszähne 92 eine umschlungene Wurmfeder 86 aufgenommen sein, die den jeweiligen Übertragungszahn 92 in Form eines Ringes umschlingt und als ein einziges Bauteil hergestellt ist.
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Die einzelnen umschlungenen Wurmfedern 86 können aus stiftförmig ausgebildeten Wurmfedern 80 in entsprechender Länge in Rechteckform (vgl. Darstellung gemäß 3.4) hergestellt werden und einfach von der Oberseite her vor der Herstellung der Wellen-Naben-Verbindung 76 auf die Nocken 84 bzw. die Übertragungszähne 92 von der Oberseite her aufgestülpt werden. Die Anlage der umschlungenen Wurmfedern 86 erfolgt dadurch, dass diese in die entsprechenden Längsnuten 94 im Fußbereich der Übertragungszähne 92 hineingedrückt werden und aufgrund der Federspannung dort dauerhaft arretiert sind. Dadurch ergibt sich, dass auf beiden Seiten der Übertragungszähne 92 jeweils ein Bereich der umschlungenen Wurmfeder 86 liegt.
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6 zeigt die Kräfteverhältnisse, die sich zwischen einer umschlungenen Wurmfeder 86 einstellen, die in Längsnuten 94 an beiden Flanken des Nockens 84 aufgenommen ist. Die umschlungene Wurmfeder 86 liegt einerseits in den Längsnuten 94 des Übertragungszahns 92 an und erstreckt sich in die Zeichenebene gemäß 6 und andererseits an den Anlageflächen 96 der Nut 82 in Umfangsrichtung der Nabe 74. Durch die Festlegung des Winkels α bzw. α/2 und β kann je nach zu erwartender mechanischer Belastung der sowohl in radiale als auch in tangentiale Richtung erforderliche Abstützkraftbedarf, fallgerecht ausgelegt und dimensioniert werden. Mit FAN ist ein Antriebskraftantriebanteil bezeichnet während mit FAEINB der Einbaukraftanteil bezeichnet ist. Dieser teilt sich in einen Radialanteil FR1... und in einen Tangentialanteil FTF1 .... auf, wie in der Darstellung gemäß 6 gezeigt ist. Aus der Darstellung gemäß 6 geht des Weiteren hervor, dass die umschlungene Wurmfeder 86 in Ringform ausgeführt, spielfrei an den Anlageflächen 96 der sich in Umfangsrichtung an der Nabe 74 erstreckenden Nut 82 eingreift.
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7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Wellenzapfens, der an einer Welle 72 ausgeführt ist. Aus der Darstellung gemäß 7 geht hervor, dass am Wellenzapfen der Welle 72 eine Anzahl von Übertragungszähnen 92 ausgebildet sind, die hier in einer 90°-Teilung vorliegen. An einer jeden Flanke 102 der Übertragungszähne 92 befindet sich eine sich in axialer Richtung erstreckende Längsnut 94. In jede der Längsnuten 94 ist ein Spannstift 88 eingelassen, wie er in 8 in vergrößertem Maßstab dargestellt ist. Der Spannstift 88 hat im Wesentlichen ein stiftförmiges Aussehen, wobei sein Umfang von einer Längsschlitzung 90 unterbrochen ist. Der Spannstift 88 ist bevorzugt aus einem Federstahlblech 62 gefertigt, ebenso wie der zuvor erwähnte gestanzte Federring 60. Nach der Stanzung wird der Spannstift 88 gebogen, so dass seine Enden ohne Kontakt miteinander zu haben entlang der Längsschlitzung 90 einander gegenüber liegen. Demzufolge wohnt dem aus Federstahlblech 62 gefertigten Spannstift 88 eine Elastizität inne. Wird nun auf jeder Seite in einer jeden Längsnut 94 an den Flanken 102 der Übertragungszähne 92 ein Spannstift 88 gemäß der Darstellung in 8 eingelassen, so kann der Wellenzapfen der Welle 72 mit einer Nabe 74 gefügt werden.
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Aus der in 9 dargestellten Draufsicht ergibt sich, dass im montierten Zustand der Wellen-Naben-Verbindung 76 die Nabe 74 mit der Welle 72 bzw. dem in 7 dargestellten Wellenzapfen gefügt ist. Dabei sind sämtliche Übertragungszähne 92 in die sich in Umfangsrichtung erstreckenden korrespondierenden Nuten 82 der Nabe 74 eingefahren. Es ergibt sich eine Anlage der Außenmantelflächen jeweils der Spannstifte 88 an Anlageflächen 96, welche die Nuten 82, die sich in der Nabe 74 in Umfangsrichtung erstrecken, berühren. Da an einer jeden der Flanken 102 eines jeden Übertragungszahnes 92 ein Spannstift 88 in einer Längsnut 94 angeordnet ist, ist aufgrund der Elastizität der Spannstifte 88 die Welle 72 bzw. deren Wellenzapfen spielfrei in der Nabe 74 aufgenommen und relativ zu dieser zentriert. Bei einer Rotation der Welle 72 sowohl in der ersten Drehrichtung 98 als auch in der dazu entgegengesetzten zweiten Drehrichtung 100 ist sichergestellt, dass ein Kontakt zwischen dem Außenumfang der Spannstifte 88 an einer der Flanken 102 je nach Drehrichtung 98, 100 mit einer korrespondierenden Anlagefläche 96 der sich in Umfangsrichtung erstreckenden Nuten 82 erfolgt. Sowohl in die erste Drehrichtung 98 als auch in die zweite Drehrichtung 100 ist ein flankenwechselfreier Betrieb der in 9 in der Draufsicht dargestellten Wellen-Naben-Verbindung 76 gewährleistet. Aus der Darstellung gemäß 9 ergibt sich, dass in der Draufsicht gemäß dieser Figur die Spannstifte 88, die in der sich in Zeichenebene erstreckenden Längsnut 94 aufgenommen sind, keine geschlossene Umfangsfläche aufweisen, sondern eine den Spannstiften 88 Elastizität verleihende Längsschlitzung 90 an deren Umfang ausgeführt ist.
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Aus 9 geht hervor, dass in dieser Ausführungsvariante der Welle 72 in 90°-Teilung vier Übertragungszähne 92 ausgebildet sind. An jeder von deren Flanken 102 befindet sich eine in die Zeichenebene erstreckende Längsnut 94, in die ein in 8 in perspektivischer Ansicht dargestellter Spannstift 88 eingelassen ist, der in dieser Darstellung aus einem Federstahlblech 62 gerollt sein kann und die sich in Längsrichtung erstreckende Längsschlitzung 90 aufweist.
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Sowohl durch die Wellenverbindung 40 gemäß der 4.3 als auch durch die Wellen-Naben-Verbindung 76 gemäß den 5 - 9 ist eine spielfreie und zentrierte Verbindung zweier Antriebskomponenten beispielsweise der ersten Welle 12 mit der zweiten Welle 22 für die Wellenverbindung 40 sowie zwischen der Welle 72 und der Nabe 74 für die Wellen-Naben-Verbindung 76 möglich. Es ergibt sich in beiden Varianten eine gute Zentrierung und eine definierte Positionierung sowie eine Schwingungsdämpfung innerhalb der Wellenverbindung 40 und der Wellen-Naben-Verbindung 76. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung in ihren beiden Ausführungsvarianten stellen sich erheblich geringere Übertragungsleistungsverluste sowie ein hervorragendes Dämpfungsverhalten ein. Unwuchten sowie Übertragungsstöße und eine damit einhergehende Geräuscharmut und Laufruhe sind weitere Charakteristika der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Wellenverbindung 40.
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Dadurch wiederum entfallen schiefe Tragbilder in Bezug auf die erste Verzahnung 14, die mit der zweiten Verzahnung 16 kämmt in Bezug auf die beispielsweise als Steckzahnverbindung ausgebildete Wellenverbindung 40. Die Lebensdauer der erfindungsgemäß vorgeschlagenen spielfrei ausgebildeten Wellenverbindung 40 sowie der zentrierten und spielfrei ausgebildeten Wellen-Naben-Verbindung 76 ist aufgrund der mechanisch geringeren Beanspruchung wesentlich höher zu veranschlagen.
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Durch die Auswahl entsprechender Federstahlbleche 62 sowie der hohen Variationsmöglichkeit in Bezug auf die Gestaltung des Drahtdurchmessers 54 sowie auch des Federdurchmessers 56 können die Federelemente 42 bzw. 44, seien sie als gerollte Federringe 58 oder als gestanzte Federringe 60 hergestellt, in nahezu beliebiger Geometrie und Dimensionierung gefertigt werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015200661 A1 [0003]
- DE 102015200465 A1 [0004]
- DE 102012213405 A1 [0005]
