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Die Erfindung betrifft eine Zahnkupplung für einen Kugelgewindetrieb eines Lenkgetriebes, insbesondere eines Zahnstangengetriebes, eines Kraftfahrzeugs.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Kugelgewindetrieb für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein elektromechanisches Lenksystem für ein Kraftfahrzeug.
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Stand der Technik
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DE 102020206429 A1 offenbart ein Lenksystem, das zumindest eine in einem Gehäuse längsaxial verschiebbar gelagerte Lenkstange und einen Lenkmotor aufweist, wobei der Lenkmotor über einen Kugelgewindetrieb auf die Lenkstange wirkt, wozu die Lenkstange in zumindest einem Abschnitt ein Kugelumlaufgewinde ausbildet, das über kugelförmige Übertragungselemente mit einer von dem Lenkmotor antreibbaren Getriebemutter zusammenwirkt.
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Im Rahmen eines solchen Kugelgewindetriebs werden herkömmlicherweise Zahnkupplungen wie beispielsweise eine Bogenzahnkupplung zum Ausgleich kleiner Achs- oder Winkelversätze zwischen treibender und getriebener Welle eingesetzt. Jedoch ist im Lastbetrieb nur eine Drehrichtung und keine Drehrichtungsänderung vorgesehen. Um die Winkelversätze ausgleichen zu können, muß nominal ein bestimmtes Drehflankenspiel vorhanden sein. Bei Drehrichtungsänderungen im Betrieb würden so Flankenstöße erzeugt, welche zu akustischen Auffälligkeiten führen.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Zahnkupplung für einen Kugelgewindetrieb eines Lenkgetriebes vorzusehen, welche es ermöglicht, akustische Auffälligkeiten zu vermeiden bzw. einzudämmen.
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Die Aufgabe wird mit einer Zahnkupplung für einen Kugelgewindetrieb eines Lenkgetriebes, insbesondere eines Zahnstangengetriebes, eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Des Weiteren wird die Aufgabe mit Kugelgewindetrieb für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.
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Darüber hinaus wird die Aufgabe mit einem elektromechanischen Lenksystem für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Zahnkupplung für einen Kugelgewindetrieb eines Lenkgetriebes, insbesondere eines Zahnstangengetriebes, eines Kraftfahrzeugs.
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Die Zahnkupplung umfasst eine, eine Zahnstange antreibende Kugelumlaufmutter, wobei die Kugelumlaufmutter eine an ihrem Außenumfang ausgebildete erste Verzahnung aufweist.
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Ferner umfasst die Zahnkupplung eine an einem Lenkungsgehäuse gelagerte Nabe, welche eine an ihrem Innenumfang ausgebildete zweite Verzahnung aufweist. Die erste Verzahnung der Kugelumlaufmutter kämmt mit der zweiten Verzahnung der Nabe, wobei ein jeweiliger Zahn der ersten Verzahnung der Kugelumlaufmutter in einer Neutralstellung, in welcher die erste Verzahnung der Kugelumlaufmutter zur zweiten Verzahnung der Nabe koaxial ausgerichtet ist, im Bereich einer, in Umfangsrichtung der Kugelumlaufmutter ausgebildeten, Mittelachse der ersten Verzahnung der Kugelumlaufmutter punktförmigen Kontakt aufweist.
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Ferner weist ein jeweiliger Zahn der ersten Verzahnung bei einem Verkippen der Kugelumlaufmutter, insbesondere um eine Längsachse der Kugelumlaufmutter, zur Nabe mit einer Zahnflanke eines jeweiligen Zahns der zweiten Verzahnung der Nabe Linienkontakt auf.
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Unter Neutralstellung der Zahnkupplung wird ein lastfreier Zustand der Lenkung verstanden. Sobald sich das Fahrzeug bewegt, wird die Zahnspange über die mit den Rädern verbundene Spurstange sowohl axial als auch radial belastetet.
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Die vorliegende Erfindung schafft ferner einen Kugelgewindetrieb für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, mit einer Kugelgewindemutter und einer darin geführten Zahnstange, einer an einem Lenkungsgehäuse gelagerten Nabe, und einer zwischen der Kugelgewindemutter und der Nabe ausgebildeten erfindungsgemäßen Zahnkupplung.
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Die vorliegende Erfindung schafft überdies ein elektromechanisches Lenksystem für ein Kraftfahrzeug, mit einer mit einer Zahnstange verbundenen Lenkspindel, einem zur Lenkspindel achsparallel angeordneten Servogetriebe mit einem erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb, welches Servogetriebe dazu ausgebildet ist, ein Lenkunterstützungsmoment auf die Zahnstange aufzubringen.
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Während dem Betrieb der Zahnstangenlenkung verbiegt sich durch von außen angewendete Querkräfte die Zahnstange. Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, einen durch die Verbiegung der Zahnstange verursachten Winkelversatz auszugleichen.
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Aufgrund einer geringeren Beschleunigung erfolgt ein Aufprall von Drehflanken der ersten Verzahnung der Kugelumlaufmutter an jeweiligen Zahnflanken der zweiten Verzahnung der Nabe mit geringerer Energie. Somit kann ein geringeres Geräuschverhalten ermöglicht werden.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste Verzahnung der Kugelumlaufmutter durch eine rhombusförmige Evolventenverzahnung ausgebildet ist, wobei die jeweiligen Zähne der ersten Verzahnung von der in Umfangsrichtung der Kugelumlaufmutter ausgebildeten Mittelachse der ersten Verzahnung der Kugelumlaufmutter zu Stirnseiten des jeweiligen Zahns hin konisch verjüngt sind. Die konische Verjüngung der ersten Verzahnung ermöglicht in vorteilhafter Weise ein geringes Drehflankenspiel.
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Da bei der Rhombuszahnkupplung ferner die Freibearbeitung der Zahnflanke der ersten Verzahnung der Kugelumlaufmutter nicht wie bei einer Bogenzahnkupplung ballig erfolgt, sondern die Zahnflanken linear verjüngt werden, kann eine im Wesentlichen spielfreie Flankenpassung erzielt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die zweite Verzahnung der Nabe geradflankig ausgebildet ist, und wobei die jeweiligen Zähne der ersten Verzahnung um bis zu 2° um die in Umfangsrichtung der Kugelumlaufmutter ausgebildete Mittelachse verkippbar sind. Somit kann ein Verkippen der ersten Verzahnung der Kugelumlaufmutter zur zweiten Verzahnung der Nabe ausgeglichen werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die jeweiligen Zähne der ersten Verzahnung über einen gesamten Verkippungsbereich eine im Wesentlichen spielfreie Flankenpassung zur zweiten Verzahnung der Nabe aufweisen. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise ein günstiges akustisches Verhalten der Zahnkupplung.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Zahnkupplung derart ausgebildet ist, dass sich der zwischen den jeweiligen Zähnen der ersten Verzahnung und dem jeweiligen Zahn der zweiten Verzahnung ausgebildete Linienkontakt bei dem Verkippen der Kugelumlaufmutter zur Nabe mit zunehmendem Verkippungswinkel vergrößert. Die Geometrie der ersten Verzahnung der Kugelumlaufmutter ermöglicht somit in vorteilhafter Weise eine effiziente Anlage an den jeweiligen Zähnen der zweiten Verzahnung der Nabe.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die jeweiligen Zähne der ersten Verzahnung in Neutralstellung im Bereich der, in Umfangsrichtung der Kugelumlaufmutter ausgebildeten Mittelachse der ersten Verzahnung eine Berührellipse mit der zweiten Verzahnung der Nabe bilden.
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Die geringflächige Anlage der ersten Verzahnung der Kugelumlaufmutter an der zweiten Verzahnung der Nabe verhindert somit ein Verklemmen der Verzahnungen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass sich der Linienkontakt der jeweiligen Zähne der ersten Verzahnung bei dem Verkippen der Kugelumlaufmutter zur Nabe mit einer Zahnflanke der jeweiligen Zähne der zweiten Verzahnung der Nabe bei einem maximalen Verkippungswinkel von der Mittelachse der ersten Verzahnung bis zu Stirnseiten der jeweiligen Zähne der ersten Verzahnung erstreckt.
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Der langlinige Kontakt ermöglicht in vorteilhafter Weise eine effiziente Kraftübertragung zwischen der ersten Verzahnung der Kugelumlaufmutter und der zweiten Verzahnung der Nabe.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Linienkontakt zwischen den jeweiligen Zähnen der ersten Verzahnung der Kugelumlaufmutter und den jeweiligen Zähnen der zweiten Verzahnung der Nabe von der Mittelachse der ersten Verzahnung bis zu einer ersten Stirnseite der jeweiligen Zähne der ersten Verzahnung an einer ersten Zahnflanke der jeweiligen Zähne der zweiten Verzahnung der Nabe gebildet wird.
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Dies ermöglicht eine konstante, ununterbrochene Anlage der jeweiligen Zähne der ersten Verzahnung an der ersten Zahnflanke der jeweiligen Zähne der zweiten Verzahnung der Nabe.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Linienkontakt zwischen den jeweiligen Zähnen der ersten Verzahnung der Kugelumlaufmutter und den jeweiligen Zähnen der zweiten Verzahnung der Nabe von der Mittelachse der ersten Verzahnung bis zu einer zweiten Stirnseite der jeweiligen Zähne der ersten Verzahnung an einer zweiten Zahnflanke der jeweiligen Zähne der zweiten Verzahnung der Nabe gebildet wird.
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Dies ermöglicht eine konstante, ununterbrochene Anlage der jeweiligen Zähne der ersten Verzahnung an der zweiten Zahnflanke der jeweiligen Zähne der zweiten Verzahnung der Nabe.
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Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.
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Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung.
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Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
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Es zeigen:
- 1 eine Längsschnittansicht eines elektromechanischen Lenksystems mit einem eine Zahnkupplung aufweisenden Kugelgewindetrieb gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 2a eine Draufsicht der Zahnkupplung in einer Neutralstellung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 2b eine Draufsicht der Zahnkupplung in einer verkippten Stellung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 3 eine perspektivische Darstellung der Zahnkupplung in einer Neutralstellung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 4 eine vergrößerte Detailansicht der Zahnkupplung in der Neutralstellung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
- 5 eine perspektivische Darstellung der Zahnkupplung in der verkippten Stellung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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In den Figuren der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile oder Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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1 zeigt eine Längsschnittansicht eines elektromechanischen Lenksystems mit einem eine Zahnkupplung 10 aufweisenden Kugelgewindetrieb 12 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Das elektromechanische Lenksystem umfasst eine mit einer Zahnstange 16 verbundene Lenkspindel, ein zur Lenkspindel achsparallel angeordnetes Servogetriebe 28 mit dem erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb 12, welches dazu ausgebildet ist, ein Lenkunterstützungsmoment auf die Zahnstange 16 aufzubringen.
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Der Kugelgewindetrieb 12 umfasst eine Kugelumlaufmutter 18 und die darin geführte Zahnstange 16, eine an einem Lenkungsgehäuse gelagerte Nabe 22 und eine zwischen der Kugelumlaufmutter 18 und der Nabe 22 ausgebildete erfindungsgemäße Zahnkupplung 10. Die Kugelumlaufmutter 18 weist eine an ihrem Außenumfang ausgebildete erste Verzahnung 20 auf. Die Nabe 22 weist ferner eine an ihrem Innenumfang ausgebildete zweite Verzahnung 24 auf.
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2a zeigt eine Draufsicht der Zahnkupplung 10 in einer Neutralstellung N gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Die erste Verzahnung 20 der Kugelumlaufmutter 18 kämmt mit der zweiten Verzahnung 24 der Nabe 22, wobei ein jeweiliger Zahn der ersten Verzahnung 20 der Kugelumlaufmutter 18 in einer Neutralstellung N, in welcher die erste Verzahnung 20 der Kugelumlaufmutter 18 zur zweiten Verzahnung 24 der Nabe 22 koaxial ausgerichtet ist, im Bereich einer, in Umfangsrichtung der Kugelumlaufmutter 18 ausgebildeten, Mittelachse A der ersten Verzahnung 20 der Kugelumlaufmutter 18 punktförmigen Kontakt P aufweist.
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Die erste Verzahnung 20 der Kugelumlaufmutter 18 ist durch eine rhombusförmige Evolventenverzahnung ausgebildet. Die jeweiligen Zähne der ersten Verzahnung 20 sind dabei von der in Umfangsrichtung der Kugelumlaufmutter 18 ausgebildeten Mittelachse A der ersten Verzahnung 20 der Kugelumlaufmutter 18 zu Stirnseiten des jeweiligen Zahns hin konisch verjüngt.
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Die zweite Verzahnung 24 der Nabe 22 ist geradflankig ausgebildet. Die jeweiligen Zähne der ersten Verzahnung 20 sind um bis zu 2° um die in Umfangsrichtung der Kugelumlaufmutter 18 ausgebildete Mittelachse A verkippbar.
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2b zeigt eine Draufsicht der Zahnkupplung 10 in einer verkippten Stellung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Ein jeweiliger Zahn der ersten Verzahnung 20 weist bei einem Verkippen der Kugelumlaufmutter 18, insbesondere um eine Längsachse L der Kugelumlaufmutter 18, zur Nabe 22 mit einer Zahnflanke eines jeweiligen Zahns der zweiten Verzahnung 24 der Nabe 22 Linienkontakt LK auf.
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Die Zahnkupplung 10 ist derart ausgebildet, dass sich der zwischen den jeweiligen Zähnen der ersten Verzahnung 20 und dem jeweiligen Zahn der zweiten Verzahnung 24 ausgebildete Linienkontakt LK bei dem Verkippen der Kugelumlaufmutter 18 zur Nabe 22 mit zunehmendem Verkippungswinkel vergrößert.
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Der Linienkontakt LK der jeweiligen Zähne der ersten Verzahnung 20 erstreckt sich bei dem Verkippen der Kugelumlaufmutter 18 zur Nabe 22 mit einer Zahnflanke der jeweiligen Zähne der zweiten Verzahnung 24 der Nabe 22 bei einem maximalen Verkippungswinkel von 2° von der Mittelachse A der ersten Verzahnung 20 bis zu Stirnseiten der jeweiligen Zähne der ersten Verzahnung 20.
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Der Linienkontakt LK zwischen den jeweiligen Zähnen der ersten Verzahnung 20 der Kugelumlaufmutter 18 und den jeweiligen Zähnen der zweiten Verzahnung 24 der Nabe 22 von der Mittelachse A der ersten Verzahnung 20 bis zu einer ersten Stirnseite 26a der jeweiligen Zähne der ersten Verzahnung 20 wird dabei an einer ersten Zahnflanke der jeweiligen Zähne der zweiten Verzahnung 24 der Nabe 22 gebildet.
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Ferner wird der Linienkontakt LK zwischen den jeweiligen Zähnen der ersten Verzahnung 20 der Kugelumlaufmutter 18 und den jeweiligen Zähnen der zweiten Verzahnung 24 der Nabe 22 von der Mittelachse A der ersten Verzahnung 20 bis zu einer zweiten Stirnseite 26b der jeweiligen Zähne der ersten Verzahnung 20 an einer zweiten Zahnflanke der jeweiligen Zähne der zweiten Verzahnung 24 der Nabe 22 gebildet.
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3 zeigt eine perspektivische Darstellung der Zahnkupplung 10 in einer Neutralstellung N gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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In dieser Darstellung ist die ringförmig ausgebildete Zahnkupplung 10 gezeigt. Der innere Ring ist dabei durch die die erste Verzahnung 20 aufweisende Kugelumlaufmutter 18 gebildet.
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Die Kugelumlaufmutter 18 weist eine an ihrem Außenumfang ausgebildete erste Verzahnung 20 auf. Die an dem in 3 nicht dargestellten Lenkungsgehäuse gelagerte Nabe 22, weist eine an ihrem Innenumfang ausgebildete zweite Verzahnung 24 auf. Die erste Verzahnung 20 der Kugelumlaufmutter 18 kämmt dabei mit der zweiten Verzahnung 24 der Nabe 22.
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4 zeigt eine vergrößerte Detailansicht der Zahnkupplung 10 in der Neutralstellung N gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Die jeweiligen Zähne der ersten Verzahnung 20 bilden in Neutralstellung N im Bereich der, in Umfangsrichtung der Kugelumlaufmutter 18 ausgebildeten, Mittelachse A der ersten Verzahnung 20 eine Berührellipse mit der zweiten Verzahnung 24 der Nabe 22.
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5 zeigt eine perspektivische Darstellung der Zahnkupplung 10 in der verkippten Stellung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Die jeweiligen Zähne der ersten Verzahnung 20 weisen über einen gesamten Verkippungsbereich eine im Wesentlichen spielfreie Flankenpassung zur zweiten Verzahnung 24 der Nabe 22 auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102020206429 A1 [0004]
