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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Lagerung einer in einem Gehäuse angeordneten Schneckenwelle eines Schneckengetriebes im Bereich der Stirnseite eines Schneckenwellenendes. Die Erfindung kann analog in einem Schraubradgetriebe realisiert werden.
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Aus
DE 27 48 011 A1 ist ein Zahnstangen-Lenkgetriebe für Fahrzeuge mit einem in einem Getriebegehäuse drehbar gelagerten Ritzel und einer im Getriebegehäuse längsverschieblichen Zahnstange bekannt, bei welcher das Ritzel auf einer Ritzelwelle angeordnet ist, wobei die Ritzelwelle an einem Ende mittels eines Spurlagers gelagert ist, durch dessen Ausbildung und Anordnung im Getriebegehäuse die Ritzelwelle sowohl in axialer als auch in radialer Richtung fixiert ist. Die Verzahnungen des Ritzels und der Zahnstange werden über ein separates, senkrecht zur Drehachse der Ritzelwelle wirkendes, federbelastetes Joch in Eingriff gehalten.
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Aus
DE 10 2011 001 025 A1 ist ein Schneckengetriebe zur Übertragung eines Drehmoments eines Motors einer Servolenkung auf eine Lenkwelle bekannt, die eine auf einer Welle eines Motors angeordnete Schneckenwelle und ein Schneckenrad umfasst, die miteinander im Eingriff stehen. Das Schneckengetriebe umfasst ferner eine Kugel, die zumindest teilweise in einer ersten Ausnehmung der Schneckenwelle angeordnet ist und von einem Prisma von außen in die Schneckenwelle gepresst wird.
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Aus
EP 1 764 285 A1 ist ein Schneckengetriebe mit Schneckenwelle und ein Schneckenrad für eine Kraftfahrzeuglenkung bekannt, bei welcher die Schneckenwelle an einem Ende in einem zum Gehäuse beabstandeten, auf der Außenseite mit einer Schräge versehenen Stützelement mit eingesetztem Kugellager gelagert ist, wobei das Stützelement über ein ebenfalls schräg angeordnetes Federelement in Richtung Schneckenrad mit einer Federkraft beaufschlagt und somit vorgespannt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Lagerung einer Schneckenwelle in einem Schneckengetriebe bzw. zur Lagerung eines in einem Gehäuse angeordneten Schraubrades in einem Schraubradgetriebe zur Verfügung zu stellen, die eine reibungsarme und wartungsarme Lagerung mit gleichzeitiger Erzeugung einer Vorspannung der Schneckenwelle gegen das Schneckenrad bzw. des einen Schraubrades zu dem anderen Schraubrad ermöglicht und geringen Bauraum benötigt, wobei die Vorspannung leicht variierbar und die Anordnung einfach montierbar sein soll.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Eine erfindungsgemäße Anordnung zur Lagerung einer in einem Gehäuse angeordneten Schneckenwelle eines Schneckenradgetriebes im Bereich der Stirnseite eines Schneckenwellenendes umfasst ein gehäuseseitig festgelegtes Gehäuse-Lagerelement und ein im Bereich der Stirnseite des Schneckenwellenendes festgelegtes Getriebe-Lagerelement, wobei das Getriebe-Lagerelement und das Gehäuse-Lagerelement ein Steinlager bilden und das Getriebe-Lagerelement oder das Gehäuse-Lagerelement ein fest mit der Stirnseite der Schneckenwelle oder mit dem Gehäuse verbundenes Steinelement umfasst. Unter einem Steinelement werden in diesem Zusammenhang insbesondere Materialien aus Edelstein oder alternativ aus Materialien mit einer ähnlichen Härte verstanden. Diesbezüglich wird insbesondere auf die Materialien Saphir, Rubin, Aluminiumoxid oder Zirkondioxid verwiesen. Allgemein ausgedrückt werden als Steinelemente insbesondere solche Materialien verstanden, welche eine Härte nach Vickers (HV) zwischen ca. 1.000 und 2.500 (HV) und insbesondere 1.200 und 2.200 (HV) aufweisen. Eine erfindungsgemäße Anordnung kann insbesondere als Ersatz für eine klassische Loslagerung mittels eines Kugellagers oder sonstigen Wälzlagers ersetzt werden. Da das bei der Erfindung vorgesehene Steinlager an der Stirnseite der Schneckenwelle angreift, kann das Gehäuse im Bereich des Steinlagers sehr platzsparend und einfach und daher kostengünstig ausgeführt werden. Ferner kann mit einer erfindungsgemäßen Anordnung eine besonders reibungs- und verschleißarme Lagerung realisiert werden. Auch wird darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Anordnung die Lagerung einer Schneckenwelle mit einer relativ geringen Zahl von Elementen und insbesondere mit überwiegend oder sogar ausschließlich vormontierbaren Elementen ermöglicht.
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In einer praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung ist das Steinelement ein Planstein oder ein Lochstein. Unter einem Planstein wird insbesondere ein flächiges Element mit einer Vertiefung zur Aufnahme eines Gegenelements verstanden. Bei einem solchen Element kann es sich insbesondere um ein flächiges Element mit einer konischen Ausnehmung handeln, welches der Aufnahme eines komplementär geformten Gegenelements dient.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform, die alternativ oder in Ergänzung zu der vorstehend beschriebenen Ausführungsform vorgesehen sein kann, ist das Steinelement in einer Hülse angeordnet. Eine derartige Hülse ist vorzugsweise aus einem duktilen Werkstoff gefertigt. Darunter sind alle Werkstoffe zu verstehen, welche eine höhere Duktilität aufweisen als die Duktilität desjenigen Werkstoffs, welcher an die Hülse angrenzt, das heißt im vorliegenden Fall die Duktilität des Werkstoffs des Gehäuses bzw. der Schneckenwelle. Nur beispielhaft wird auf die Verwendung von Messing als geeignetes Material für die Hülse verwiesen. Die Verwendung einer das Steinelement umgebenden Hülse hat den Vorteil, dass in der Lagerung auftretende Kräfte vor Einleitung in das Gehäuse und/oder in die Schneckenwelle gedämpft werden und die Haltbarkeit des Gehäuses bzw. der Schneckenwelle dadurch deutlich verbessert wird.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung umfasst das Steinlager eine in einer Kulisse angeordnete Kippwelle und einen mit der Kippwelle zusammenwirkenden Lochstein und/oder ein Druckstück und einen mit dem Druckstück zusammenwirkenden Planstein. Es wurde festgestellt, dass diese konkreten Ausführungsformen eines Steinlagers insbesondere hinsichtlich der Dauerhaltbarkeit, der Teilevielzahl und des Montageaufwands besonders geeignet sind.
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Um den Bauraumbedarf zu minimieren und die Festlegung des Steinelements in dem Gehäuse bzw. in der Schneckenwelle besonders einfach und kostengünstig zu realisieren, ist das Steinelement in einer weiteren praktischen Ausführungsform in einer stirnseitigen Ausnehmung der Schneckenwelle oder in einer Ausnehmung des Gehäuses angeordnet.
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Die Montage und die Wartung eines Schneckenradgetriebes werden besonders vereinfacht, wenn das Gehäuse-Lagerelement in einer von außen zugänglichen Ausnehmung des Gehäuses angeordnet ist, denn dann kann das Gehäuse-Lagerelement von dieser Seite nicht nur eingesetzt, sondern auch modifiziert, gewartet und ggf. ausgetauscht werden. Unabhängig davon, ob die Ausnehmung von außen zugänglich ist, kann es vorteilhaft sein, die Ausnehmung in einem Winkel zur Schneckenwellenachse auf der sich der Schecke des Schneckenradgetriebes gegenüberliegenden Seite anzuordnen. In diesem Fall weist die Erstreckungsachse der Ausnehmung eine in Richtung des Schneckenrades des Schneckenradgetriebes weisende Richtungskomponente auf, über welche eine Vorspannungskraft auf die Schneckenwelle und von dieser in Richtung Schneckenrad aufgebracht werden kann.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung umfasst das Gehäuse-Lagerelement ein in Erstreckungsrichtung einer Ausnehmung des Gehäuses positionierbares Stellelement, bei welchem es sich vorzugsweise um eine Einstellschraube zur Veränderung der Relativposition im Gehäuse handelt. Über ein derartiges Stellelement kann auf einfache und kostengünstigere Art und Weise die Vorspannung der Schneckenwelle eingestellt und ggf. modifiziert werden. Es wird darauf hingewiesen, dass anstelle einer Einstellschraube auch ein sonstiges Stellelement verwendet werden kann, beispielsweise ein gleitend gelagertes Element, das mit einem federnd gelagerten Rastelement oder sonstigen Fixierelement zusammenwirkt und es ermöglicht, das Stellelement in verschiedenen Positionen zu fixieren, um die durch die resultierende Vorspannung zwischen Schneckenwelle und Schneckenrad einzustellen.
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In einem wie vorstehend beschriebenen Stellelement kann auf der dem Steinlager zugewandten Seite eine – bevorzugt zylindrische – Ausnehmung zur Aufnahme eines Druckstücks und/oder eines Federelements vorgesehen sein. Eine solche Ausnehmung weist vorzugsweise eine zylindrische Grundform auf und ist weiter vorzugsweise konzentrisch zum Außenumfang des ebenfalls zylindrisch ausgebildeten Stellelements ausgebildet.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung umfasst das Gehäuse-Lagerelement und/oder das Getriebe-Lagerelement ein elastisches Federelement, das derart angeordnet ist, dass Axialbewegungen der Schneckenwelle ausgleichbar sind. Wie vorstehend bereits erwähnt, kann ein derartiges elastisches Federelement in einer Ausnehmung eines Stellelements angeordnet sein. Eine weitere vorteilhafte Position zur Anordnung eines elastischen Federelements ist zwischen einer Hülse und der Schneckenwelle bzw. dem Gehäuse angeordnet.
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Eine erfindungsgemäße Anordnung kann besonders vorteilhaft eingesetzt werden, wenn die Schneckenwelle über eine Steckverzahnung mit einer koaxial angeordneten Welle eines Elektromotors verbunden ist. Eine derartige Anordnung ist insbesondere in lenksäulenbasierten Lenkhilfevorrichtungen vorgesehen, um mit Hilfe eines Elektromotors ein Lenkhilfsmoment auf eine Lenkwelle zu übertragen. Bei derartigen Anordnungen entsteht durch die koaxiale Anordnung einer Welle eines Elektromotors und einer Schneckenwelle ein sehr langes Gebilde, dessen Montage mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Anordnung besonders einfach erfolgen kann. Einzelheiten hierzu werden noch in Verbindung mit der Figurenbeschreibung erläutert.
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Schließlich wird noch darauf hingewiesen, dass eine erfindungsgemäße Anordnung auch analog zu der vorstehend beschriebenen Anordnung einer in einem Gehäuse angeordneten Schneckenwelle eines Schneckenradgetriebes auch an einem Schraubradgetriebe realisiert werden kann. In diesem Falle tritt anstelle der Schneckenwelle ein Schraubrad, das mit einem weiteren Schraubrad im Eingriff steht. Eine derartige Anordnung kann als vereinfachte Ausführung einer der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Anordnung betrachtet werden, wobei sämtliche, vorstehend in Verbindung mit einem Schneckengetriebe beschriebenen Details auch an einem Schraubradgetriebe verwirklicht werden können.
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Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung in einer Schnittdarstellung,
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2 den in 1 mit II gekennzeichneten Bereich einer erfindungsgemäßen Anordnung in einer vergrößerten Darstellung in einer Schnittdarstellung,
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3 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung in einer Schnittdarstellung,
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4 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung in einer Schnittdarstellung,
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5 die Kippwelle und die die Kippwelle umgebende Kulisse der in 4 gezeigten erfindungsgemäßen Anordnung in einer Explosionsdarstellung sowie
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6 eine vormontierte Schneckenwelle für die in 1 gezeigt erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung in einer Schnittdarstellung.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung 10 zur Lagerung einer in einem Gehäuse angeordneten Schneckenwelle 14 eines Schneckengetriebes 16. Das Schneckengetriebe 16 besteht im Wesentlichen aus der bereits erwähnten Schneckenwelle 14, welche mit einem in 1 nur schematisch dargestellten Schneckenrad 18 im Eingriff steht. Die Schneckenwelle 14 ist über eine nicht im Detail dargestellte Steckverzahnung 20 mit einer Welle 22 eines Elektromotors 24 verbunden, wobei die Welle 22 des Elektromotors 24 und die Schneckenwelle 14 koaxial zueinander angeordnet sind. Die Welle 22 des Elektromotors 24 dient im Wesentlichen der Lagerung des Rotors 26 des Elektromotors 24. Die Welle 22 ist über ein erstes Lager 28 direkt gelagert und über ein zweites Lager 30 mittelbar über die Schneckenwelle 14 gelagert. Das zweite Lager 30 ist in der gezeigten Ausführungsform ein gemeinsames Festlager für die Schneckenwelle 14 und die Welle 22 des Elektromotors 24.
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Wie bereits in 1 zu erkennen ist, ist die Schneckenwelle 14 auf der dem zweiten Lager 30 gegenüberliegenden Seite an deren Stirnseite 32 gelagert. Diesbezügliche Einzelheiten werden nachfolgend anhand der 2 beschrieben. Wie in 2 zu erkennen ist, weist die Schneckenwelle 14 an der Stirnseite 32 eine zylindrische Ausnehmung 34, welche eine maßhaltig gefertigte Hülse 36 aus Messing eingesetzt ist. In diese Hülse 36 ist als ein Getriebe-Lagerelement ein Planstein 40 mit einer konischen Ausnehmung 42 eingesetzt. Der Planstein 40 besteht in der gezeigten Ausführungsform aus Saphir.
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Wie in 2 ebenfalls zu erkennen ist, weist das Gehäuse 12 eine von der Außenseite 44 des Gehäuses 12 zugängliche, zylindrische Ausnehmung 46 auf. In diese Ausnehmung 46 ist über ein nicht im Detail dargestelltes Gewinde 48 eine als Stellelement 50 dienende Einstellschraube 52 eingesetzt. In der Einstellschraube 52 ist auf der der Schneckenwelle 14 zugewandten Seite eine zylindrische Ausnehmung 54 ausgebildet. In diese Ausnehmung 54 sind ein elastisches Federelement 56 und ein Druckstück 58 eingesetzt. Das Druckstück 58 ist an seinem der Schneckenwelle 14 zugewandten Ende komplementär zu der konischen Ausnehmung 42 des Plansteins 40 ausgebildet, so dass das Druckstück 58 und der Planstein 40 zusammen ein Steinlager 60 bilden. Das elastische Federelement 56 dient einerseits dazu, das Druckstück 58 in Erstreckungsrichtung der Ausnehmung 46 mit einer Kraft zu beaufschlagen und somit den Planstein 40 in axialer Richtung der Schneckenwelle 14 und in Richtung des Schneckenrades 18 vorzuspannen. Zum anderen dient das elastische Federelement 56 dazu, Axialbewegungen der Schneckenwelle 14 abzufedern und auszugleichen.
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Wie in 2 ferner zu erkennen ist, weist das Druckstück 58 beabstandet zu der Ausnehmung 54 einen radial abstehenden Kragen 62 auf, welcher das Druckstück 58 innerhalb der Ausnehmung 46 des Gehäuses 12 führt. Damit ist sichergestellt, dass das Druckstück 58 ausschließlich linear in der Ausnehmung 46 bewegt wird.
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Die 3 und 4 zeigen weitere Ausführungsformen erfindungsgemäßer Anordnungen 10, welche nachfolgend im Detail beschrieben werden. Für identische oder zumindest funktionsgleiche Elemente werden nachfolgend die gleichen Bezugszeichen wie in den 1 und 2 verwendet. Sofern nicht abweichend beschrieben, ist davon auszugehen, dass Einzelheiten der in den 3 und 4 gezeigten Ausführungsformen zu den in den 1 und 2 gezeigten Einzelheiten gestaltet sind.
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Die in 3 gezeigte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung 10 entspricht im Wesentlichen der in 2 gezeigten Ausführungsform. Sie unterscheidet sich allerdings zum einen dadurch, dass das Druckstück 58 keinen Kragen 62 aufweist und dass zwischen dem Druckstück 58 und dem als Getriebe-Lagerelement 38 dienenden Planstein 40 als weiteres Element eine Kugel 64 angeordnet ist. Ferner ist ein elastisches Federelement 56 zwischen der Hülse 36 und der Schneckenwelle 14 angeordnet.
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Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform ist die Erstreckungsachse der in dem Gehäuse 12 ausgebildeten Ausnehmung 46 in axialer Richtung der Schneckenwelle 14 und koaxial zu dieser angeordnet. Als Gehäuse-Lagerelemente 66 dient eine in dem Gehäuse 12 festgelegte Kulisse 68 sowie eine von der Kulisse 68 gestützte und darin gelagerte Kippwelle 70.
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Die Hülse 36 ist in der in 4 gezeigten Ausführungsform so ausgebildet, dass ein an der Kippwelle 70 ausgebildeter Zapfen 72 von der Hülse 36 aufgenommen und in seiner Einstecktiefe begrenzt wird. Dazu ist entweder der Zapfen 72 und/oder die Hülse 36 konisch ausgebildet. Wie in 5 zu erkennen ist, sind an der Kippwelle 70 zwei seitlich hervorragende, flächige Torsionselemente 73, 74, die in an der Kulisse 68 ausgebildete Schlitze 76, 78 eintauchen und somit Torsionsarme 73, 74 in das Gehäuse 12 eingesetzten Zustand in ihrer Lage fixieren. Wird die Schneckenwelle 14 durch Kraft- oder Momenteinwirkung radial ausgelenkt, führt dies dazu, dass die Torsionsarme 73, 74 tordiert werden und ein Rückstellmoment auf die Schneckenwelle 14 ausüben. Mit zunehmender Auslenkung vergrößert sich das Rückstellmoment, so dass durch entsprechende Auslegung der Torsionsarme 73, 74 sichergestellt werden kann, dass die Schneckenwelle 14 und das Schneckenrad 18 bei bestimmungsgemäßer Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung 10 stets im Eingriff bleiben.
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6 zeigt eine vormontierte Einheit aus einer Schneckenwelle 14, an deren Stirnseite 32 – wie in Verbindung mit den 1 und 2 beschrieben – eine Hülse 36 und ein Planstein 40 eingesetzt sind. Eine solche Einheit kann, wie in 6 dargestellt, vormontiert und in ein Gehäuse 12 eines Schneckengetriebes 16 eingesetzt werden. Zur Fertigstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung 10 ist es dann lediglich erforderlich, in die Ausnehmung 46 des Gehäuses 12 von außen ein Gehäuse-Lagerelement 66, insbesondere ein wie in den 1 und 2 gezeigtes Gehäuse-Lagerelement 66, einzusetzen. Aus 6 ist auch gut ersichtlich, dass der Bauraumbedarf für eine erfindungsgemäße Anordnung im Bereich des Steinlagers 60 sehr gering ist, insbesondere in radialer Richtung der Schneckenwelle 14. Das Gehäuse 12 kann daher im Bereich der Stirnseite 32 sehr kompakt gestaltet werden, wodurch zusätzlicher Bauraum für andere Elemente eines Kraftfahrzeuges geschaffen wird.
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Aus
6 ist auch ersichtlich, dass für das zweite Lager
30 ein Torsionsring
80 eingesetzt werden kann, wie er in der Patentanmeldung
DE 10 2013 213 708 beschrieben ist, vorgesehen sein kann. In diesem Fall ergeben sich besondere Vorteile, da eine Vorspannung der Schneckenwelle
14 auf das Schneckenrad
18 sowohl von dem zweiten Lager
30 als auch von der erfindungsgemäßen Anordnung
10 erzeugt wird.
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Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- erfindungsgemäße Anordnung
- 12
- Gehäuse
- 14
- Schneckenwelle
- 16
- Schneckengetriebe
- 18
- Schneckenrad
- 20
- Steckverzahnung
- 22
- Welle
- 24
- Elektromotor
- 26
- Rotor
- 28
- erstes Lager
- 30
- zweites Lager
- 32
- Stirnseite
- 34
- Ausnehmung
- 36
- Hülse
- 38
- Getriebe-Lagerelement
- 40
- Planstein
- 42
- Ausnehmung
- 44
- Außenseite
- 46
- Ausnehmung (des Gehäuses)
- 48
- Gewinde
- 50
- Stellelement
- 52
- Einstellschraube
- 54
- Ausnehmung
- 56
- elastisches Federelement
- 58
- Druckstück
- 60
- Steinlager
- 62
- Kragen
- 64
- Kugel
- 66
- Gehäuse-Lagerelement
- 68
- Kulisse
- 70
- Kippwelle
- 72
- Zapfen
- 73
- Torsionselement
- 74
- Torsionselement
- 76
- Schlitz
- 78
- Schlitz
- 80
- Torsionsring
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2748011 A1 [0002]
- DE 102011001025 A1 [0003]
- EP 1764285 A1 [0004]
- DE 102013213708 [0034]
