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Die
Erfindung betrifft eine Motorbaugruppe eines elektromotorischen
Stellantriebs zum Einsatz in Kraftfahrzeugen, insbesondere in Kraftfahrzeugschlössern, mit
den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Elektromotorische
Stellantriebe mit einer Motorbaugruppe der in Rede stehenden Art
werden in Kraftfahrzeugen für
eine Vielzahl von Anwendungszwecken eingesetzt. Ein besonderes Anwendungsfeld
sind die Stellantriebe an Kraftfahrzeugschlössern (Türschlösser, Kofferraumschlösser, Heckklappenschlösser etc.).
Zudem sind weitere Anwendungsfelder bekannt, wie z. B. die Verstellung von
Sitzen, die Verstellung der Scheinwerfer und die Verstellung der
Seitenspiegel.
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Ausgangspunkt
für die
Lehre der vorliegenden Erfindung ist eine Motorbaugruppe eines elektromotorischen
Stellantriebs zum Einsatz in Kraftfahrzeugen (
DE 197 25 414 A1 ), bei
dem ein Antriebselement für
ein Getriebe in Form einer Schnecke auf eine Abtriebswelle eines
elektrischen Antriebsmotors aufgesteckt ist. Das Antriebselement
ist als Kunststoffteil ausgeführt,
insbesondere aus einem thermoplastischen Kunststoff, wohingegen
die Abtriebswelle aus Metall oder einer Metallverbindung gefertigt
ist. Zur Befestigung des Antriebselementes auf der Abtriebswelle
weist die Motorbaugruppe zusätzlich
einen Mitnehmer auf, der aus Metall oder einer Metallverbindung
gefertigt ist. Der Mitnehmer ist auf die Abtriebswelle aufgesteckt
und mit dieser über
korrespondierende Formschlußelemente
verbunden. Das Antriebselement wiederum ist mit dem Mitnehmer durch
korrespondierende Formschlußelemente
so verbunden, daß es
von der Abtriebswelle angetrieben werden kann.
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Bei
diesem Stand der Technik wird ein aus Kunststoff gefertigtes Antriebselement
verwendet, da hierdurch ein bestimmter Reibungskoeffizient zwischen
dem Antriebselement und der folgenden Stufe des Getriebes erreicht
wird. Der Einsatz von Antriebselementen aus Kunststoff ist auch
bevorzugt, weil die aus Kunststoff gefertigten Antriebselemente
im Vergleich zu Antriebselementen aus Metall kostengünstiger
sind.
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Nachteilig
ist jedoch, daß zur
Befestigung des Antriebselements auf der Abtriebswelle ein weiteres
Bauteil, nämlich
der Mitnehmer, notwendig ist. Das Aufstecken des Antriebselements
auf die Abtriebswelle mittels einer Preßpassung reicht nicht aus,
da sich der üblicherweise
verwendete Kunststoff unter dauerhafter Belastung plastisch verformt.
Eine dauerhafte Verbindung ist somit durch Aufpressen allein nicht
gewährleistet.
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Der
Lehre der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, den Aufbau
einer Motorbaugruppe eines elektrischen Stellantriebs zu vereinfachen
und die Kosten für
eine solche Motorbaugruppe zu reduzieren.
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Das
zuvor aufgezeigte Problem wird bei einer Motorbaugruppe mit den
Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden
Teils von Anspruch 1 gelöst.
Ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Motorbaugruppe
wird in Anspruch 14 beschrieben. Bevorzugte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine
grundlegende Idee der vorliegenden Erfindung liegt darin, das Antriebselement
mit der Abtriebswelle durch Klebung materialschlüssig zu verbinden. Hierdurch
kann auf weitere Elemente zur Befestigung des Antriebselements verzichtet
werden, so daß der
Aufbau der Motorbaugruppe vereinfacht wird.
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Auf
einem gänzlich
anderem Sachgebiet, nämlich
bei Hilfskraftlenkventilen und der Herstellung dieser ist eine ähnliche
Problematik seit langem bekannt (
DE 695 27 539 T2 ). Die Problematik besteht hier
darin, einen Torsionsstab aus Metall auf einer Abtriebswelle aus
Metall zu befestigen. Das Problem wird dort u. a. durch eine Klebeverbindung
gelöst.
Die Klebeverbindung kommt jedoch nur zusammen mit einer Preßpassung
zwischen dem Torsionsstab und der Abtriebswelle zum Einsatz. Da
sich Metalle auch bei dauerhafter Belastung nicht oder nur geringfügig verformen,
müssen
durch die Klebverbindung nur geringe Kräfte aufgenommen werden. Diese
seit langem bekannte Technik bei Hilfskraftlenkventilen hat auf
das Gebiet von Motorbaugruppen elektromotorischer Stellantriebe
zum Einsatz in Kraftfahrzeugen keinen Einfluß gehabt.
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Für die vorliegende
Erfindung ist es vorteilhaft, wenn zwischen Abtriebswelle und Antriebselement
mindestens in einem Bereich ein Abstand vorhanden ist. Der Klebstoff
kann dann in den Bereich zwischen Abtriebswelle und Antriebselement
eingeführt
werden.
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Wenn
der Abstand zusätzlich
noch etwa 0,1 μm
bis etwa 100,0 μm
beträgt,
vorzugsweise etwa 1,0 μm
bis etwa 20,0 μm,
kann der Klebstoff besonders einfach eingeführt werden, da durch den Abstand
Kapillarkanäle
gebildet sind. Der Klebstoff fließt dann aufgrund von Kapillarkräften durch
die Kapillarkanäle
und verteilt sich gleichmäßig. An
Stellen, an denen der Abstand größer wird,
insbesondere wenn eine Stufe auftritt, wie dies z. B. am Ende des
Antriebselements der Fall ist, wird die Fließbewegung des Klebstoffs aufgrund
der geänderten
Kapillarkräfte
gestoppt. Es wird dadurch verhindert, daß der Klebstoff Stellen der
Motorbaugruppe erreicht, an denen dies nicht gewünscht ist.
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Für die Fertigung
besonders zweckmäßig ist es,
wenn das Antriebselement auf der Abtriebswelle in axialer Richtung
vorfixiert ist, so daß ein
Verrutschen des Antriebselements während der Aushärtung des
Klebstoffs verhindert ist.
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Insbesondere
vorteilhaft ist es, wenn das Antriebselement aus einem thermoplastischen
Kunststoff, wie z. B. einem PMMA (Polymethylmethacrylat), einem
PA (Polyamid), einem PBT (Polybutylenterephtalat), einem POM (Polyoxymethylen) oder
einem PC (Polycarbonat) gefertigt ist. Diese Kunststoffe sind besonders
geeignet, da sie leicht zu verarbeiten sind und eine ausreichende
Härte zur Kraftübertragung
auf das Getriebe aufweisen.
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Weiter
vorteilhaft ist es, wenn als Klebstoff ein isocyanatbasierter Reaktivklebstoff
oder ein methylacrylatbasierter Klebstoff verwendet wird. Diese Arten
von Klebstoffen sind für
die verwendeten Materialien besonders geeignet.
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Für das Kleben
von Antriebselement und Abtriebswelle ist die Kapillartechnik besonders
bevorzugt, da hierdurch der Klebstoff auf besonders einfache Weise
gleichmäßig verteilt
wird.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung unter Bezugnahme
auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
bzw. bevorzugte Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Im
Zuge dieser Erläuterungen
werden weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen und weitere Merkmale,
Eigenschaften, Aspekte und Vorteile der Erfindung mit erläutert. In
der Zeichnung zeigt
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1 in
einer schematischen Ansicht einen elektromotorischen Stellantrieb
mit einer erfindungsgemäßen Motorbaugruppe,
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2 einen
Schnitt entlang A-A in 1,
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3 eine 2 entsprechende
Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels
an einer erfindungsgemäßen Motorbaugruppe
und
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4 einen
Ausschnitt aus 1.
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1 zeigt
eine klassische Anordnung eines elektromotorischen Stellantriebs
zum Einsatz in Kraftfahrzeugen mit einer erfindungsgemäßen Motorbaugruppe 1.
Der elektromotorische Stellantrieb weist einen Träger 2 auf,
der hier nur angedeutet ist. Die Motorbaugruppe 1 ist an
dem Träger 2 montiert.
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Die
Motorbaugruppe 1 weist einen elektrischen Antriebsmotor 3 mit
einer Abtriebswelle 4 und ein Antriebselement 5 eines
Getriebes 6 auf. Das Antriebselement 5 ist auf
die Abtriebswelle 4 des elektrischen Antriebsmotors 3 aufgesteckt
und steht mit dem Getriebe 6 so in Eingriff, daß es das
Getriebe 6 bei eingeschaltetem Antriebsmotor 3 antreibt.
Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel
ist das Antriebselement 5 als Schnecke ausgeführt, die
Teil eines Schneckengetriebes ist. Bei dem Antriebselement 5 kann
es sich auch um ein Zahnrad o. dgl. handeln. Je nach Antriebselement 5 ist
auch das Getriebe 6 entsprechend ausgeführt.
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Das
Antriebselement 5 ist als Kunststoffteil ausgeführt, wohingegen
die Abtriebswelle 4 aus Metall oder einer Metallverbindung
gefertigt ist. Das Antriebselement 5 ist mit der Abtriebswelle 4 durch
Klebung materialschlüssig
verbunden.
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Das
Ausführungsbeispiel
(2) weist hier und vorzugsweise zwischen Abtriebswelle 4 und
Antriebselement 5 in einem Bereich 7 einen Abstand auf.
Der Klebstoff zur materialschlüssigen
Verbindung von Abtriebswelle 4 und Antriebselement 5 ist
in den Bereich 7 eingeführt.
Der Bereich 7 erstreckt sich hier und vorzugsweise vollständig um
die Abtriebswelle 4, so daß der Abstand zwischen Abtriebswelle 4 und
Antriebselement 5 im wesentlichen konstant ist. Der Abstand
ist hier durch eine Spielpassung von Abtriebswelle und Antriebselement 5 gebildet.
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Das
Antriebselement 5 weist hier darüber hinaus mindestens ein Loch 8,
hier mehrere Löcher 8 auf,
die im wesentlichen radial zu der Lagerachse des Antriebselements 5 auf
der Abtriebswelle 4 ausgerichtet sind. Der Klebstoff ist
dann durch die Löcher 8 in
den Abstand zwischen Abtriebswelle 4 und Antriebselement 5 einführbar. Durch
die Verwendung mehrerer Löcher 8 und
insbesondere durch deren symmetrische Anordnung wird eine gleichmäßige Verteilung
des Klebstoffs erleichtert. In axialer Richtung können die
Löcher 8 beliebig
angeordnet sein.
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In
bevorzugter Ausführung
betragen der Abstand und vorzugsweise auch der Durchmesser der Löcher 8 etwa
0,1 μm bis
etwa 100,0 μm,
vorzugsweise etwa 1,0 μm
bis etwa 20,0 μm
. Hierdurch werden Kapillarkanäle
für den
Klebstoff gebildet. Der Durchmesser der Löcher 8 kann aber auch,
insbesondere im äußeren Randbereich,
deutlich größer sein,
so daß der
Klebstoff leichter in die Kapillarkanäle einführbar ist. Beim Einführen des
Klebstoffes in die Kapillarkanäle
wird dieser aufgrund eines Kapillareffekts gleichmäßig in den
Kapillarkanälen
verteilt. Vorraussetzung hierfür
ist nur, daß die
Enden der Kapillarkanäle
offen sind, so daß kein Über- oder
Unterdruck in den Kapillarkanälen
entsteht.
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Vorteilhaft
ist zudem noch, wenn sog. Kapillarstopstrukturen eingesetzt werden.
Dies sind Bereiche, in denen der Kapillarkanal stufenartig erweitert ist,
um den Kapillareffekt zu unterbinden und damit das weitere Verteilen
des Klebstoffes zu verhindern. Solche Kapillarstopstrukturen können besonders
an den Enden des Antriebselements 5 eingesetzt werden,
so daß kein
Klebstoff aus dem Abstand zwischen Abtriebswelle 4 und
Antriebselement 5 herausläuft.
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3 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Motorbaugruppe 1,
bei dem das Antriebselement 5 hier und vorzugsweise drei
Bereiche 7 mit einem größeren Abstand
zwischen Abtriebswelle 4 und Antriebselement 5 aufweist.
Dieser größere Abstand
dient als Kanal für
den Klebstoff in axialer Richtung. Eine gleichmäßigere Verteilung des Klebstoffs
wird hierdurch vereinfacht.
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4 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
mit, vorzugsweise, an mehreren Seiten abgeflachter Abtriebswelle 4.
Das Antriebselement 5 ist hier in Spielpassung auf die
Abtriebswelle 4 aufgesteckt. Es ist ggf. an der Innenseite
korrespondierend zu den abgeflachten Seiten der Abtriebswelle 4 abgeflacht. Das
Antriebselement 5 kann aber auch auf die Abtriebswelle 4 aufgepreßt sein.
Eine Preßpassung kann
dabei zwischen den abgeflachten Bereichen oder aber zwischen den
abgerundeten Bereichen vorgesehen sein. In den jeweils nicht gepreßten Bereichen 7 ist
dann ein Abstand gebildet, der zur Aufnahme der Klebstoffs dient.
Die Abflachung einer oder mehrerer Seiten dient in allen Fällen dazu,
daß Antriebselement 5 auf
der Abtriebswelle 4 radial weitestgehend zu fixieren, um
ein radiales Verrutschen des Antriebselements 5 während der
Aushärtung
des Klebstoffs zu verhindern. Bei einer Ausführung mit einer Preßpassung
wird zusätzlich
noch das axiale Verrutschen des Antriebselements 5 verhindert.
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In 5 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Motorbaugruppe 1 dargestellt,
bei dem die Abtriebswelle 4 eine Rändelung 9 aufweist.
Das Antriebselement 5 ist dann auf die Abtriebswelle 4 mit
der Rändelung 9 aufgesteckt.
Die Innenseite des Antriebselements 5 kann dabei wie im hier
dargestellten Ausführungsbeispiel
glatt sein oder aber so geformt sein, daß die Innenseite des Antriebselements 5 in
die Rändelung 9 der
Abtriebswelle 4 eingreift. Hier dargestellt ist das Antriebselement 5 auf
die gerändelte
Abtriebswelle 4 aufgepreßt. Das Antriebselement 5 ist
somit in axialer Richtung durch eine Preßpassung zwischen Abtriebswelle 4 und
Antriebselement 5 vorfixiert. Gleichzeitig werden aufgrund
der Rändelung 9 zwischen
der Abtriebswelle 4 und dem Antriebselement 5 mehrere
Bereiche 7 mit einem Abstand gebildet, so daß der Klebstoff
in die Abstände
einfürbar
ist.
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Die
Vorfixierung des Antriebselements 5 auf der Abtriebswelle 4 ist
insbesondere vorteilhaft, da hierdurch das Verrutschen des Antriebselements 5 in axialer
Richtung auf der Abtriebswelle 4 während der Aushärtung des
Klebstoffs verhindert wird. Die Vorfixierung kann dabei auf unterschiedliche
Art und Weise realisiert sein. Eine Möglichkeit stellt die zuvor
beschriebene Preßpassung
dar. Eine weitere Möglichkeit
ist, daß das
Antriebselement 5 während
des Fertigungsprozesses so lange mechanisch von außen gehalten
wird, bis der Klebstoff ausgehärtet
ist.
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6 zeigt
eine dritte Möglichkeit,
das Antriebselement 5 auf der Abtriebswelle 4 in
axialer Richtung vorzufixieren. Hierzu weist die Abtriebswelle 4 eine
Ringnut 10 auf. Das Antriebselement 5 weist mindestens
einen Noppen 11, hier dargestellt zwei Noppen 11 auf,
die an der Innenseite des Antriebselements 5 angeordnet
sind. Die Noppen 11 sind dabei so geformt und angeordnet,
daß sie
bei auf die Abtriebswelle 4 aufgestecktem Antriebselement 5 in
die Ringnut 10 eingreifen und somit das Antriebselement 5 in
axialer Richtung vorfixieren. Die Noppen 11 können in
axialer Richtung an jeder beliebigen Stelle des Antriebselements 5 angeordnet
sein. Wesentlich ist jedoch, daß bei
Auftreten mehrerer Noppen diese so angeordnet sind, daß alle in
die Ringnut 10 eingreifen.
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Insbesondere
vorteilhaft ist es, wenn anstelle der Noppen 11 eine umlaufende
Auswölbung
vorgesehen ist, die vollständig
in die Ringnut 10 eingreift und wenn die Auswölbung an
einem Rand des Antriebselements 5 angeordnet ist. Die Auswölbung kann
das gleichzeitig zur Fixierung und als randseitige Begrenzung für den Klebstoff
dienen. Wenn die Löcher 8 zum
Einführen
des Klebstoffs nahe an der Auswölbung
angeordnet sind, kann sich der Klebstoff dann von dort ausgehend
in die andere Richtung verteilen. Diese Anordnung ist insbesondere
für das
Kapillarkleben vorteilhaft.
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Die
Vorfixierung insbesondere durch Verwendung einer Preßpassung
oder durch Verwendung der Ringnut 10 und dieser zugeordneter
Noppen 11 ist vorteilhaft, da das Aushärten des Klebstoffs während des
Fertigungsprozesses nicht abgewartet werden muß. Es ist möglich, die Motorbaugruppe 1 sofort
weiterzuverarbeiten oder auszuliefern. Das Aushärten des Klebstoffes erfolgt
dann während
der Weiterverarbeitung oder der weiteren Handhabung, so daß der Klebstoff
noch vor Verwendung der Motorbaugruppe 1 vollständig ausgehärtet ist.
Die Fertigungszyklen für
eine Motorbaugruppe 1 werden dadurch deutlich verkürzt.
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Das
Antriebselement 5 ist in bevorzugter Ausführung aus
einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere aus einem PMMA,
einem PA, einem PBT, einem POM oder einem PC, gefertigt. Dies sind Materialien,
die preiswert und leicht zu verarbeiten sind und zudem die notwendige
Härte aufweisen.
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Als
Klebstoff kommen besonders isocyanatbasierte Reaktivklebstoffe,
vorzugsweise ein polyurethanbasierter Reaktivklebstoff, oder ein
methylacrylatbasierter Klebstoff in Frage. Diese Klebstoffe ermöglichen
die notwendige Festigkeit der materialschlüssigen Verbindung zwischen
Abtriebswelle 4 und Antriebselement 5, insbesondere
unter Berücksichtigung
einer Materialpaarung Stahl/PMMA, PA, PBT, POM oder PC. Zusätzlich sollte
der verwendete Klebstoff im flüssigen
Verarbeitungszustand eine Viskosität von etwa 10 mPas bis etwa
600 mPas, vorzugsweise von etwa 100 mPas bis etwa 400 mPas, aufweisen.
Diese Viskositäten
sind für
das Kapillarkleben besonders vorteilhaft. Es kann aber auch jeder
weitere Klebstoff verwendet werden, der zu der notwendigen Festigkeit
führt und
annähernd
gleichmäßig verteilt
werden kann.
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Die
Herstellung einer Motorbaugruppe eines elektromotorischen Stellantriebs
zum Einsatz in Kraftfahrzeugen verläuft in mehreren Verfahrensschritten.
In einem Verfahrensschritt wird ein Antriebselement aus Kunststoff
auf eine Abtriebswelle aufgesteckt. Das Antriebselement wird in
einem weiteren Verfahrensschritt materialschlüssig mit der Abtriebswelle
durch Klebung verbunden. Der Klebstoff kann dabei zuerst auf das
Antriebselement und/oder die Abtriebswelle aufgetragen werden, so
daß anschließend das
Antriebselement auf die Abtriebswelle aufgesteckt wird und die materialschlüssige Verbindung
erfolgt. Es kann aber auch zuerst das Antriebselement auf die Abtriebswelle
aufgesteckt werden und der Klebstoff anschließend zwischen Antriebselement
und Abtriebswelle eingeführt
werden.
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In
einem bevorzugten Verfahren wird das Antriebselement bei dem oder
nach dem Aufstecken auf die Abtriebswelle in axialer Richtung vorfixiert.
Die axiale Vorfixierung kann dadurch erreicht werden, daß das Antriebselement
auf eine zuvor gerändelte Abtriebswelle
aufgepreßt
wird. Die Vorfixierung kann aber auch dadurch erreicht werden, daß das Antriebselement
so weit auf die Abtriebswelle aufgesteckt wird, bis an dem Antriebselement
angeordnete Noppen in eine Ringnut der Abtriebswelle eingreifen. Eine
weitere Möglichkeit
der Vorfixierung ist dadurch gegeben, daß Antriebselement und Abtriebswelle von
außen
während
der Aushärtung
des Klebstoffs gehalten werden.
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In
einem besonders bevorzugten Verfahren wird der Klebstoff durch Löcher, die
in dem Antriebselement angeordnet und im wesentlichen radial zur Lagerachse
auf der Abtriebswelle ausgerichtet sind in einen Abstand zwischen
Abtriebswelle und Antriebselement eingeführt. Zur gleichmäßigen Verteilung
des Klebstoffs ist es vorteilhaft, wenn der elektrische Antriebsmotor
solange eingeschaltet wird, bis der Klebstoff verteilt ist. Hierfür sollte
das Antriebselement allerdings in axialer Richtung vorfixiert sein, um
ein Verrutschen zu verhindern.
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Insbesondere
vorteilhaft ist es auch, wenn das Einführen des Klebstoffes mittels
der zuvor beschriebenen Kapillarklebetechnik ausgeführt wird. Für das Kleben
können
im übrigen
alle zusätzlichen Maßnahmen
getroffen werden, die als solche aus dem Stand der Technik bekannt
sind, z. B. das Kleben bei erhöhter
Temperatur oder ein Aktivieren des Klebstoffes durch Ultraviolett-Strahlung.