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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung zur axialen Fixierung zweier Bauteile mittels einer Sicherungsvorrichtung, welche beispielsweise in einem Kraftfahrzeuggetriebe eingesetzt wird.
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Die
DE 74 31 973 U offenbart eine drehbewegliche axiale Fixierung einer Welle in einem, die Welle umschließenden Gehäuse. Hierbei findet ein Sicherungsring Verwendung, der zur Montage bzw. Demontage über eine Ein- bzw. Ausführfase in die vorgesehene Aussparung in das Gehäuse eingebracht bzw. ausgeführt wird. Die zu diesem Zweck aufzuwendende Kraft wird durch die Ausprägung der jeweiligen Fase beeinflusst.
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Mit der vorliegenden Erfindung soll eine Verbindungsanordnung zur axialen Fixierung zweier Bauteile mittels einer Sicherungsvorrichtung vorgeschlagen werden, welche konstruktiv einfach aufgebaut ist und eine gute Montier-/Demontierbarkeit sicherstellt.
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Die vorgenannten Vorteile werden mit der Verbindungsanordnung gemäß Patentanspruch 1 erreicht, wobei ein hohl ausgebildetes erstes Bauteil in ein zweites Bauteil stirnseitig eingreift, mit einer Sicherungsvorrichtung, mittels welcher das zweite Bauteil an dem ersten Bauteil in Längsrichtung der Verbindungsanordnung haltbar ist.
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Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter einer Längsrichtung eine parallel zur gemeinsamen Längsachse des ersten und zweiten Bauteils verlaufende axiale Richtung verstanden.
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Die Sicherungsvorrichtung weist ein Verbindungsteil auf, welches in eine Vertiefung, welche in dem ersten Bauteil angeordnet ist, eingreifbar ausgebildet ist, und an dem zweiten Bauteil ortsfest verbindbar ist.
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Die vorgenannte Verbindungsanordnung wird vorzugsweise in einem Kraftfahrzeuggetriebe verwendet, wobei das erste Bauteil, vorzugsweise eine Hohlwelle, ein Mitnehmer oder ein sonstiges Bauteil, hohl ausgebildet ist. An dem zweiten Bauteil, vorzugsweise als Welle ausgeführt, welches innen in den Hohlraum des ersten Bauteils eingreift, wird eine Sicherungsvorrichtung stirnseitig ortsfest angebracht. Dabei greift das Verbindungsteil in eine Vertiefung in dem ersten Bauteil ein. Vorzugsweise wird somit eine Fixierung des ersten Bauteils in Längsrichtung gewährleistet.
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Das Verbindungsteil kann vorzugsweise als einfaches rechteckiges Blech ausgeführt sein. Eine weitere bevorzugte Form der Ausgestaltung stellt ein, der Kontur der Vertiefung folgendes Kreissegment dar. Prinzipiell ist jede Kontur des Verbindungsteils denkbar, die einerseits das Einführen des Verbindungsteils zur Anlagestelle und andererseits die Fixierung an dem zweiten Bauteil, sowie den Eingriff des Verbindungsteils in die Vertiefung gewährleisten.
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Damit kann eine konstruktiv sehr einfache Verbindungsanordnung bereitgestellt werden, welche die beiden Bauteile miteinander verbindet, gleichzeitig Axialbewegungen eliminiert oder zumindest auf ein gewünschtes Maß reduziert. Durch eine lösbare Verbindung zwischen Verbindungsteil und dem zweiten Bauteil ist darüber hinaus eine gute Montier-/Demontierbarkeit gegeben. Auch die Übertragung von unerwünschten Ausweichbewegungen zwischen den Bauteilen kann durch eine entsprechende Auslegung der Verzahnung und die Bereitstellung von axialem Spiel vermieden werden.
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Im Sinne der vorliegenden Erfindung werden unter Ausweichbewegungen unerwünschte radiale und axiale Bewegungen verstanden, die ungleichmäßig und/oder unkontrollierbar, beispielsweise durch Lastwechsel, das Einbringen von Kräften und Momenten, Unwucht, Lagerspiel, Durchbiegung oder ähnliche Einflüsse, hervorgerufen werden.
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Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verbindungsteil eine kleinere Querschnittsfläche als die Vertiefung im ersten Bauteil in axialer Richtung auf. Dadurch wird ein axiales Spiel zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil bereitgestellt. Dies trägt dazu bei, das Übertragen ungewollter Ausweichbewegungen zu vermeiden. In bevorzugter Weise kann ein zusätzlicher Bewegungsfreiraum unter Berücksichtigung der zulässigen Bauteiltoleranzbereiche bereitgestellt werden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Verbindungsteil eine geringere Bauteilhöhe als ein in dem ersten Bauteil ausgebildeter seitlicher Zugang auf. Der seitliche Zugang wird durch die durchgehend hohle Ausführung des ersten Bauteils bereitgestellt und ist vorzugsweise zentriert, d.h. koaxial zur Längsachse des ersten Bauteils ausgeformt. Dadurch kann das Verbindungsteil in das erste Bauteil auf einfache Weise seitlich eingeführt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Verbindungsteil eine, der stirnseitigen Kontur des zweiten Bauteils parallel folgende Ausgestaltung auf. Vorzugsweise entspricht die stirnseitige Kontur einer Kontur der dem ersten Bauteil in axialer Richtung zugewandten Seite. In Abhängigkeit der stirnseitigen Konturform des zweiten Bauteils kann das Verbindungsteil vorzugsweise gewinkelt, oder S-förmig ausgestaltet sein. Diese Ausgestaltung wird besonders bevorzugt, wenn die Stirnseite des zweiten Bauteils einen Ausnehmung, vorzugsweise eine topfförmige Ausnehmung, aufweist. Die Ausnehmung, bzw. topfförmige Ausnehmung, kann koaxial zur Längsachse des zweiten Bauteils oder exzentrisch dazu ausgebildet sein. Über diese bevorzugte Gestaltung des Verbindungsteils lässt sich eine bauraumoptimierte Verbindungsanordnung realisieren. Weiter bevorzugt kann das Verbindungsteil dergestalt sein, dass es klemmend in der Ausnehmung haltbar ist. Durch diese Form der kraftschlüssigen Verbindung ist eine Fixierung unter Verzicht der Verwendung eines weiteren Bauteils, z. B. einer Schraube oder eines ähnlichen Verbindungselements, möglich.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Verbindungsteil ebenfalls eine kraftschlüssige Verbindung zu dessen Fixierung an dem zweiten Bauteil auf. Vorzugsweise wird hierbei die Fixierung durch Verwendung eines Verbindungselements hergestellt. Eine mögliche Form der Ausgestaltung des Verbindungselements stellt dabei eine Schraube dar. Diese wird durch einen Durchlass im Verbindungsteil geführt und stellt beim Eingreifen in eine Bohrung, vorzugsweise eine Gewindebohrung, den Kraftschluss bereit. Der Durchlass des Verbindungsteils kann in Form einer U-förmigen Aussparung ausgestaltet sein. In einer weiteren Ausführungsform ist auch eine einfache Bohrung als Durchlass denkbar. Die Anwendung einer Schraubverbindung ermöglicht die zerstörungsfreie Demontage. Darüber hinaus können auftretende Montage-/Demontagekräfte vermindert werden.
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Soweit eine zerstörungsfreie Demontage nicht erforderlich ist, kann die Fixierung durch eine Nietverbindung hergestellt werden. In einer weiteren Ausführungsform ist auch eine stoffschlüssige Verbindung, vorzugsweise eine Schweißverbindung, denkbar. Dies stellt eine weitere Vereinfachung des Montageablaufs dar.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen das erste Bauteil innen und das zweite Bauteil an einer dieser gegenüberliegenden Oberfläche eine ineinander greifende Verzahnung zur kraftschlüssigen Verbindung in Radialrichtung der Verbindungsanordnung auf.
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Die Verzahnung ist hierbei derart ausgelegt, dass die beiden Bauteile untereinander frei von ausweichbewegungsbedingten Einflüssen sind, damit keine zusätzlichen Kräfte über die Verbindungsanordnung von dem zweiten Bauteil über das erste Bauteil in die Lagerung, beispielsweise Nadel- oder Kugellager oder ähnliche, eingeleitet werden.
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Die Verzahnung ist beispielsweise bei gerader Verzahnung mit einem Spiel derart vorzusehen, dass eine Übertragung von radialen Ausweichbewegungen zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil vermieden wird. Für Schrägverzahnungen ist die Verzahnung mit einem Spiel derart auszulegen, dass eine Übertragung von radialen und axialen Ausweichbewegungen zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil vermieden wird. In Verbindung mit dem, ein axiales Spiel vorsehendes, Verbindungsteil kann zuverlässig eine Übertragung von Ausweichbewegungen des ersten und/oder zweiten Bauteils auf andere, mit der Verbindungsanordnung mechanisch verbundene, Komponenten vermieden werden.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die, an der inneren Oberfläche des ersten Bauteils ausgeführte Vertiefung an einem Ort ausgeformt, an dem im Verbindungszustand eine, die Stirnseite des zweiten Bauteils beinhaltende Ebene über die Vertiefung verläuft. In bevorzugter Weise liegen die Stirnseite des zweiten Bauteils und eine dem zweiten Bauteil zugewandte Begrenzung der Vertiefung in einer gemeinsamen Ebene. Weiter bevorzugt greift das Verbindungsblech mittig in die Vertiefung ein. Dies kann durch eine entsprechende Ausgestaltung der Länge des sich im Eingriff mit dem ersten Bauteil befindlichen Teil des zweiten Bauteils oder durch eine Anpassung des Abstandes zwischen der Vertiefung und dem eingriffseitigen Bauteilende des ersten Bauteils realisiert werden. Durch die vorgenannten Maßnahmen kann eine weitere Bauraumoptimierung erreicht werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Vertiefung entweder partiell als Aussparung oder umlaufend in Form einer Nut ausgestaltet. Hierdurch wird zunächst die axiale Fixierung bereitgestellt.
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Mittels der partiellen Aussparung kann neben der axialen Fixierung zusätzlich eine radiale Fixierung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil erreicht werden, wobei die radiale Fixierung vorzugsweise spielbehaftet sein kann. Hierfür ist die Kontur der partiellen Aussparung in dem ersten Bauteil vorzugsweise derart auszuführen, dass eine formschlüssige Verbindung zwischen dieser und dem Verbindungsteil hergestellt werden kann. Es können mehr als eine Aussparung oder genau eine Aussparung in Umfangsrichtung des ersten Bauteils und/oder in axialer Richtung vorgesehen sein. Daraus resultiert eine zusätzliche Möglichkeit der Kraft- bzw. Momentübertragung zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil.
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Mittels der alternativen Ausgestaltung einer umlaufenden Nut wird eine verbesserte Montierbarkeit erzielt, da die Positionierung des Verbindungsteils erleichtert wird.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das zweite Bauteil auf der dem ersten Bauteil zugewandten Seite eine Ausnehmung, vorzugsweise eine topfförmige Ausnehmung, auf. Die Ausnehmung kann dabei jede geometrische Form wie z. B. dreieckförmig, rechteckförmig oder eine freie Kontur annehmen. Unter einer topfförmigen Ausnehmung wird eine kreisförmige Aussparung verstanden. Das Verbindungsteil ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass es zumindest mit einem Abschnitt von der Ausnehmung aufgenommen werden kann. Das Verbindungsteil weist weiter bevorzugt im Bereich der Aufnahme in der Ausnehmung eine dieser Kontur folgende Ausgestaltung auf. Dabei kann das Verbindungsteil wie vorher beschrieben gewinkelt oder S-förmig ausgebildet sein.
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Weiter bevorzugt ist die Ausnehmung mit einer Tiefe in axialer Richtung derart auszuformen, dass wenigstens der zur Aufnahme vorgesehene Abschnitt des Verbindungsteils, in einer weiteren bevorzugten Ausführung auch das Verbindungsteil und das Verbindungselement, vollständig in axialer Richtung aufgenommen werden können. Mit anderen Worten reicht das Verbindungsteil bzw. das Verbindungsteil in Verbindung mit dem Verbindungselement im Bereich der Aufnahme maximal bis an eine, die Stirnseite des zweiten Bauteils beinhaltende, Ebene heran. Dies trägt zu einer weiteren Bauraumreduzierung bei.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das zweite Bauteil eine Bohrung an der dem ersten Bauteil zugewandten Seite zur Aufnahme eines das Verbindungsteil an dem zweiten Bauteil haltenden Verbindungselements auf. Dabei kann die Bohrung vorzugsweise in Form einer Gewindebohrung ausgestaltet sein, um eine wie vorher beschriebene kraftschlüssige Verbindung mittels einer Schraubverbindung zur zerstörungsfreien Montage/Demontage bereitzustellen. Gleichzeitig können aufzubringende Montagekräfte reduziert bzw. vermieden werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Ausgestaltung einer Klemmverbindung denkbar. Dies kann beispielsweise über eine Presspassung eines in die Bohrung ragenden Verbindungselementes realisiert werden, wobei das Verbindungselement integral mit dem Verbindungsteil oder als einzelnes Bauteil ausgebildet sein kann.
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Alternativ dazu kann das Verbindungselement in einer bevorzugten Ausführungsform wenigstens zwei federelastische Elemente aufweisen, welche von der Bohrung derart aufnehmbar sind, dass diese eine radiale Klemmkraft in der Bohrung bewirken.
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In einer weiteren alternativ bevorzugten Ausführungsform kann die Befestigung des Verbindungsteils über ein in die Bohrung ragendes Verbindungselement mittels einer Klebeverbindung verwirklicht werden.
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Dadurch kann beispielsweise das Herstellungsverfahren des zweiten Bauteils vereinfacht werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile mittels einer Sicherungsvorrichtung vorgeschlagen. Hierbei weist ein erstes Bauteil einen zu einer in einer inneren Oberfläche ausgebildete Vertiefung führenden Zugang auf. Die Sicherungsvorrichtung umfasst ein Verbindungsteil, das eine wenigstens einem Konturabschnitt einer dem Zugang zugewandten Stirnseite des zweiten Bauteils entsprechende Kontur zur Anlage an der Stirnseite und einen Eingriffsabschnitt zum Eingriff in die Vertiefung des ersten Bauteils in einem Verbindungszustand des ersten Bauteils mit dem zweiten Bauteil aufweist.
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Das Verfahren umfasst einen Schritt des Anordnens der Stirnseite des zweiten Bauteils gegenüberliegend zu einer dem Zugang zugeordneten ersten Zugangsseite des ersten Bauteils. Vorzugsweise sind die Stirnseite und die erste Zugangsseite koaxial zueinander anzuordnen. Dadurch werden die Bauteile gleich zueinander ausgerichtet angeordnet, wodurch das Verfahren weiter vereinfacht werden kann.
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Das Verfahren umfasst einen weiteren Schritt des Einbringens des Verbindungsteils über eine dem Zugang zugeordnete zweite Zugangsseite des ersten Bauteils. Vorzugsweise sind die erste Zugangsseite und die zweite Zugangsseite zueinander gegenüberliegend vorgesehen. Dies lässt sich beispielsweise durch eine hohle Ausgestaltung des ersten Bauteils auf einfache Art und Weise erreichen.
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Das Verfahren umfasst einen weiteren Schritt des Anordnens des Verbindungsteils in Anlage mit der Stirnseite unter Eingriff des Eingriffsabschnitts in die Vertiefung. Dabei kann das Verbindungsteil zunächst in Eingriff mit der Vertiefung und anschließend in Anlage mit der Stirnseite oder in umgekehrter Reihenfolge verbracht werden.
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Das Verfahren umfasst einen weiteren Schritt des Befestigens des Verbindungsteils an der Stirnseite des zweiten Bauteils. Die Befestigung kann beispielsweise über eine kraftschlüssige Verbindung, vorzugsweise eine Schraubverbindung, oder eine stoffschlüssige Verbindung, vorzugsweise eine Schweißverbindung, durchgeführt werden.
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Mit dem Verfahren wird ein einfaches Montageverfahren zum Verbinden zweier Bauteile mittels einer Sicherungsvorrichtung, vorzugsweise zum Herstellen einer Verbindungsanordnung, wie vorher beschrieben bereitgestellt. Dabei können das erste Bauteil, das zweite Bauteil und die Sicherungsvorrichtung eine wie vorher beschriebene Ausgestaltung aufweisen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Patentansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Schnittansicht der Verbindungsanordnung nach einem Ausführungsbeispiel in einem montierten Zustand; und
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2 eine Schnittansicht der in 1 gezeigten Verbindungsanordnung während des Einbringens einer Sicherungsvorrichtung.
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In 1 wird eine Schnittansicht der Verbindungsanordnung nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einem montierten Zustand gezeigt. Die Verbindungsanordnung ist bei diesem Ausführungsbeispiel in einem Kraftfahrzeuggetriebe, vorzugsweise einem Baumaschinengetriebe, angeordnet. Das Baumaschinengetriebe umfasst ein erstes Bauteil 1 in Form eines Mitnehmers und ein zweites Bauteil 2, hier als Welle dargestellt. Das erste Bauteil 1 ist hohl ausgebildet und weist neben einer äußeren Oberfläche 12 auch eine innere Oberfläche 13 auf, welche über eine Stirnseite des ersten Bauteils 1 miteinander verbunden sind. Entlang der äußeren Oberfläche 12 ist das erste Bauteil 1 durch Nadellager 8, 9 drehbeweglich um die eigene Längsachse 11 gelagert. Die innere Oberfläche 13 des ersten Bauteils 1 weist eine Vertiefung 3 auf, welche hier als umlaufende Nut ausgeformt ist. Das erste Bauteil 1 und das zweite Bauteil 2 stehen mittels einer Verzahnung 5 zur Übertragung von Kräften und Momenten miteinander im Eingriff, wobei die Verzahnung 5 des zweiten Bauteils 2 an der, der inneren Oberfläche 13 des ersten Bauteils 1 gegenüberliegenden Seite eines Zapfens 15 ausgeprägt ist. Obwohl die Verzahnung 5 in den Figuren nicht im Detail gezeigt ist, ist diese derart ausgelegt, dass das erste Bauteil 1 und das zweite Bauteil 2 untereinander frei von ausweichbewegungsbedingten Einflüssen sind. Der Zapfen 15 weist stirnseitig eine zur Längsachse 11 koaxiale Bohrung 6 und eine topfförmige Ausnehmung 14 auf. Die Kontur der topfförmigen Ausnehmung 14 ist dabei derart ausgeführt, dass sie ein gewinkeltes Verbindungsteil 4 in Form eines Exzenterblechs zumindest zu einem Teil aufnehmen kann. Dieses, der Kontur der topfförmigen Ausnehmung 14 parallel folgende Verbindungsteil 4 umfasst einen Durchlass 10, durch welchen dieses mittels eines Verbindungselements 7, hier als Schraube umgesetzt, an dem zweiten Bauteil 2 kraftschlüssig fixiert ist. Das Verbindungselement 7 greift dabei in die Bohrung 6, welche als Gewindebohrung ausgeformt ist, in dem zweiten Bauteil 2 ein, während ein freies Ende 16 des Verbindungsteils 4 im Einbauzustand in die Vertiefung 3 ragt. Das Verbindungsteil 4 weist in Richtung der Längsachse 11 einen kleineren Querschnitt als die Vertiefung 3 auf.
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Weiterhin ist die axiale Bauteillänge zwischen der zum zweiten Bauteil 2 gerichteten Stirnseite des ersten Bauteils 1 und dem Beginn der Vertiefung 3 geringer als die axiale Länge des Zapfens 15. Dadurch wird ein axiales Spiel (nicht gezeigt) zwischen dem ersten Bauteil 1, dem zweiten Bauteil 2 und dem freien Ende 16 des Verbindungsteils 4 in Richtung der Längsachse 11 bereitgestellt.
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2 zeigt eine Schnittansicht der vorbeschriebenen Verbindungsanordnung in einem Montagezustand, bei welchem das Verbindungsteil 4 und das Verbindungselement 7 vor einem Schritt des Befestigens an dem zweiten Bauteil 2 in das erste Bauteil 1 eingebracht sind. Eine Bauteilhöhe des Verbindungsteils 4 ist geringer, als der Durchmesser eines zentrierten, d.h. mit dem ersten Bauteil 1 koaxialen Zugangs 17. Die Bauteilhöhe des Verbindungsteils 4 wird durch die Kontur und die Abmessungen des zentrierten Zugangs 17 des ersten Bauteils 1 vorgegeben, wobei der zentrierte Zugang 17 durch die innere Oberfläche 13 radial begrenzt ist.
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Der in der 2 gezeigte Montagezustand wird erreicht, indem zunächst das erste Bauteil 1 und das zweite Bauteil 2 stirnseitig positioniert und mittels der Verzahnung 5 in Eingriff gebracht werden. Das Verbindungsteil 4 und das Verbindungselement 7 werden durch den zentrierten Zugang 17 in das erste Bauteil 1 eingeführt und an der topfförmigen Ausnehmung 14 des Zapfens 15 zur Anlage gebracht. Sobald das Verbindungsteil 4 korrekt positioniert ist, ragt dieses in die Vertiefung 3 des ersten Bauteils 1. Der Durchlass 10 im Verbindungsteil 4 liegt koaxial zur Bohrung 6 auf der Längsachse 11, wodurch das Verbindungsteil 4 mittels des Verbindungselements 7 kraftschlüssig an dem zweiten Bauteil 2 fixiert wird. Hiermit ist die axiale Fixierung des ersten Bauteils 1 mit dem zweiten Bauteil 2 bereitgestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Erstes Bauteil
- 2
- Zweites Bauteil
- 3
- (Partielle) Vertiefung
- 4
- Verbindungsteil
- 5
- Verzahnung
- 6
- Bohrung
- 7
- Verbindungselement
- 8
- Lagerung
- 9
- Lagerung
- 10
- Durchlass in Verbindungsteil
- 11
- Längsachse
- 12
- Äußere Oberfläche erstes Bauteil
- 13
- Innere Oberfläche erstes Bauteil
- 14
- Ausnehmung
- 15
- Zapfen
- 16
- Freies Ende Verbindungsteil
- 17
- Zentrierter Zugang
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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