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DE1931300A1 - Kupplungsverbindung fuer umlaufende Teile,wie Ringe von Kugellagern od.dgl. - Google Patents

Kupplungsverbindung fuer umlaufende Teile,wie Ringe von Kugellagern od.dgl.

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Publication number
DE1931300A1
DE1931300A1 DE19691931300 DE1931300A DE1931300A1 DE 1931300 A1 DE1931300 A1 DE 1931300A1 DE 19691931300 DE19691931300 DE 19691931300 DE 1931300 A DE1931300 A DE 1931300A DE 1931300 A1 DE1931300 A1 DE 1931300A1
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DE
Germany
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parts
coupling connection
teeth
connection according
rings
Prior art date
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DE19691931300
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DE1931300C3 (de
DE1931300B2 (de
Inventor
Michel Orain
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Glaenzer Spicer SA
Original Assignee
Glaenzer Spicer SA
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Publication date
Application filed by Glaenzer Spicer SA filed Critical Glaenzer Spicer SA
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Publication of DE1931300B2 publication Critical patent/DE1931300B2/de
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    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C35/00—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers
    • F16C35/04—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers in the case of ball or roller bearings
    • F16C35/06—Mounting or dismounting of ball or roller bearings; Fixing them onto shaft or in housing
    • F16C35/063—Fixing them on the shaft
    • F16C35/0635—Fixing them on the shaft the bore of the inner ring being of special non-cylindrical shape which co-operates with a complementary shape on the shaft, e.g. teeth, polygonal sections
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00—Making machine elements
    • B21K1/76—Making machine elements elements not mentioned in one of the preceding groups
    • B21K1/762—Coupling members for conveying mechanical motion, e.g. universal joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21K1/00—Making machine elements
    • B21K1/76—Making machine elements elements not mentioned in one of the preceding groups
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D1/00—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
    • F16D1/06—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mounting Of Bearings Or Others (AREA)

Description

Beschreibung
zum Patentgesuch -.-...-·.
der GLAEMZER 5PICER SA, 10, Rue Jean-Pierre Timhaud POISSY
(Yvelines) Frankreich
betreffend: ...
"Kupplungsverbindung fur umlaufende Teile, wie Ringe von Kugellagern oder dgl."
-Bie Erfindung bezieht sich auf eine Kupplungsverbindung fur umlaufende Teile, wie z.B. Ringe von Kugellagern, Rollenlagern oder dglo.
Meistens erfolgt die Kupplungsverbindung solcher Teile für die Übertragung von Drehbewegungen durch einfaches Festspannen von Klemmschrauben oder dgl· auf den glatten Abschnitten dieser Teile.
Eine solche Kupplungsverbindung und ihre verschiedenen Varianten sind jedoch mit dem großen Nachteil behaftetj daß sie an den miteinander zusammenzubauenden Teilen eine maschinelle Bearbeitung von Abschnitten fur eine genaue Zentrierung, wie
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BAD QFIIQlNAL
1 S3 1300
von Ringschultern für einen leichteren; Zusammenbau der Teile -■ oder zur Verhinderung von möglichem Spiel und schließlich ■' zur .Sicherstellung einer Austauschbarkeit der Teiley erfor— -: dern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe-zugrunde, den Zusammenbau solcher Teile beträchtlich zu vereinfachen und zu be— · ■"■■"■ schleunigen, und zwar sowohl in der Herstellung der Kupplungsverbindung ^ .al-s auch in ihrer Verwendungν"Wobei sie durch eik ne Verbesserung oder Vervollkommnung -von großer Einfachheit · ~: eine genaue Zentrierung und eine gegenseitige v/inkelmäßi'ge Verkeilung zwischen den umlaufenden Teilen gestattet.
-Diese Aufgabe findet ihre Lösung nach der Erfindung dadurch, daß an den miteinander zu kuppelnden Teilen und' ' ' Elementen außer herkömmlichen Verbindungsmitteln auf den miteinander oder mit den Flächen der antreibenden und der getriebenen Elemente in Berührung zu bringenden Seitenflächen radial angeordnete, ineinandergreifende> identische Verzahnungen eingearbeitet sind,, die durch ihren gegensei—' tigen Eingriff die winkelmäßige Verkeilung der Teile und ihre Zentrierung gegenüber der Drehachse sicherstellen»
-"■: Die Verzahnungen haben vorzugsweise gerade Flanken und ihr Modul hängt nur von den Abmessungen der Teile und der Größe der von einem Teil zum anderen zu übertragenden Momente ab· v -. ,...."■ *?■■- *■
Die Verzahnungen können auf dem ganzen Umfang der Teile angebracht sein; oder iiur auf zwei öder-mefarerdn Kreisbogenabschnitten, die jeder nur einen--S in gäbschnitt an den Tbi len e innehmern »
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9 D 9 3 8 Λ / H TI 8 ©
Die Verzahnungen können rings um herkömmliche, zu der Achse der Teile parallele Verbindungsmittel oder näher zu der Drehachse als diese Verbindungsmittel oder aber auch zwischen diesen Verbindungsmitteln angeordnet sein.
Die Verzahnungen sollten vorzugsweise kurz sein zwecks Sicherstellung einer maximalen Wirksamkeit der Kupplung der Teile.
Die Erfindung hat gleichermaßen ein Verfahren zum Herstellen der Verzahnungen auf den zusammenzubauenden Teilen zum Gegenstand, das darin besteht, die Verzahnungen an den Teilen durch eine Kaltverformung auf einer Presse mittels eines oder zweier Werkzeuge mit entsprechenden Prägeverzahnungen und eines Einspannwerkzeuges mit einer dem Abschnitt an dem zu prägenden Teil entsprechenden Abstützfläche einzupressen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 einen Schnitt durch eine zerlegbare Kupplungsverbindung von Kugel-, Rollen- oder Nadellagerringen,
Fig. 2 eine gegenüber Fig. 1 hinsichtlich ihres Zusammenbaus abgewandelte Ausführungsform,
Fig. 3 ein elastisches Zwischenlager für Antriebs-. weIlen und
Fig. 4 eine Art der Herstellung von Verzahnungen an den Stirnflächen von Wälzlagerlaufringen.
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-A-
Die,Erfindung kann in zahlreichen Fällen Anwendung ' finden. Nur beispielsweise und keineswegs einschränkend sei auf ihre Anwendung bei einer zerlegbaren Kupplungsverbindung hingewiesen, bei der. zwischengeschaltete Kugel-, Rollen- oder Nadellagerlaufringe axial vorgespannt sind·
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer derartigen Kupplungsverbindung, beispielsweise in Anwendung bei einer Antriebsradnabe eines Fahrzeuges. Das teilweise dargestellte ^ Rad 70 ist an den Flansch 71 eines Nabenteiles angeschraubtj das seinerseits durch die in die Glocke 73 eines homokinetischen Kraftübertragungsgelenkes eingreifende Schraube 72 axial festgelegt ist. Zwischen der Glocke 7,3 und dem. Flanschteil 71 sind die beiden.inneren Kugellaufringe 77 und 78 dieser Nabe eingesetzt und auch axial vorgespannt. . ·..·
Gemäß der Erfindung trägt jeder dieser beiden inneren Laufringe 77 und 78 auf seinen beiden Stirnflächen eine Verzahnung. Der Ring 77 besitzt eine Verzahnung 75 auf seiner äußeren Stirnfläche und eine Verzahnung 74 auf seiner inneren Stirnfläche, die in Eingriff steht mit einer gleichartigen Verzahnung auf der Innenstirnfläche des Ringes 78, der fc auf seiner äußeren Stirnfläche eine Verzahnung 76 trägt.
Die' Verzahnung 75 des Ringes 77 greift unter der. Wirkung der von der Schraube 72 ausgeübten axialen Kraft in eine entsprechende Verzahnung an dem Flanschteil 71 ein.
Die Verzahnungen 74 der beiden "Ringe 77 und 78 verbinden'diese' beiden Lauf bahn teile.
Die Verzahnung"76 "des Ringes "78 greift in eine entsprechende," an der Glocke 73 des Kr'af tüber'tragürigsgelenkes ausgebildete Verzahnung ein.
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ν.
Die ganze Anordnung isfc axial vorgespannt .und alle Verzahnungen stehen einzig über Ihre Planken in Berührung, wobei die durch die Planschnabe 71, die Laufbahnrint--e 77 und 78, die Glocke 73 und die Schraube 72 gebildete Anordnung sich unter fuAeren I.eanspruchun-:en no verhält:. als wäre sie einstückig ausgebildet. Diese äußeren Beanspruchungen slno. hauptsächlich das Antriebsmoment C3 die Last P und das Abtricbsiuoment Γ:.
Das an der Glocke 73 des homokinetischen Gelenkes anf reif ende Antriebsmoment C wird durch die Verzahnungen Ii, 7l\. 7:i auf die Planschnabe 71 übertragen.
Die. von dem Rad abgestützte Last P wird auf die Innenlaufringe durch die stirnseitipen Verzahnungen 75 und 71I übertragen. Die Zähne, die sich in der Nähe eines Winkels von 90° in bezug auf die Richtung der radialen Last P befinden, stehen mit ihrer Achse im wesentlichen rechtwinklig zu dieser Last und bieten somit radialen Belastungen und Beanspruchungen, wie durch die Last P, einen großen Widerstand.
Das dem Rad erteilte Abtriebsraoment Ii wirkt sich durch Druckänderungen an den Flanken der Verzahnungen aus, wobei dem Moment M Drücke entsprechen, die auf einer Seite des Rades wesentlich größer sind als auf der anderen Seite.
Diese Montage der Radnabe hat zahlreiche Vorteile, die hauptsächlich in den Herstellungskosten, den technischen Eigenschaften und der Zuverlässigkeit in Erscheinung treten.
Was die Herstellungskosten betrifft, so lassen sich die stirnseitigen Verzahnungen schnell und auf Standardpressen, also zu einem geringen Preis, herstellen. Die Ge-
BAD
nauigkeit der Kaltverformung ist für diesen Anwendungsfall ausreichend, und es ist auch keine Nachprüfung oder gegenseitige Anpassung erforderlich, um die leichte und spielfreie Montage ebenso v/ie die absolute Austauschbarkeit der Teile sicherzustellen. Der bei allen herkömmlichen AnbrLngungsarten unentbehrliche Wellenhals mit dem unbedingt erforderlichen Schleifen der Rollenlagerfläche sowie der Ausrichtung dieser Lagerflächen mit den trotz der Verformungen von der Wärmebehandlung eingearbeiteten Toleranzrillen oder -nuten wird hier vermieden. Die Herstellung von Innenlaufringen nach der Erfindung ist wesentlich einfacher als selbst in dem Falle, wo bei herkömmlichen Naben dieselbe Lagerart Anwendung findet. Tatsächlich ist hier nur eine einzige Schleifbearbeitung erforderlich, und zv/ar an den Laufbahnen für die Kugeln oder Wälzkörper o Für diesen Bearbeitungsvorgang wird der Ring eingespannt und über seine stirnseitigen Verzahnungen 74 in seiner Einspannstellung gehalten. Die sonst bei den herkömmlichen Laufringen im Inneren und an den Stirnseiten erforderlichen Schleifbearbeitungen werden vermieden.
Hinsichtlich ihrer qualitativen Eigenschaften verhält sich die Anordnung nach der Erfindung so, als bestünde sie aus einem einzigen Stück, und zwischen den die Anordnung bildenden verschiedenen Teilen tritt auch nicht die geringste Gleitbewegung ein.
Bei den herkömmlichen Naben wird demgegenüber der Wellenhais beim Auftreten wechselnder Momente einer elastischen Torsionsdrehung ausgesetzt, und außerdem ergeben die Rillen oder Nuten stets ein leichtes Spiel. Auch treten Gleitbewegungen einerseits zwischen den Abstützflächen der inneren Lagerringe und der homokinetischen Gelenkverbindung auf und andererseits zwischen der Wellenmutter und ihrer Abstützfläche an dem Nabenteil. Das kann zu Knirsch- oder Knarrge-
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BAD
rauschen infolge von Korrosion an den Berührungsflächen, zu einem Festfressen und auch "zum Lösen der Wellenmutter führen.
Bei der Ausführuhgsform nach der Erfindung kann demgegenüber zwischen den Abstützflächen der"Lager und des Nabenteiles keinerlei radiale Gleitbewegung auftreten, wie dies bei den herkömmlichen Naben der Fall ist. Gleitbewegungen derselben Art treten ebenso zwischen den beiden inneren Lagerringen der herkömmlichen Lager auf. Dadurch, daß dies bei der erfindungsgemäßen Kupplungsverbindung vermieden wird', wird auch die Befestigung des Laufrades verbessert. ~ '' ■
Was schließlich die Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Kupplungsverbindung angeht, so ist die zentrale Halteschraube lediglich einer geringen statischen Spannung ausge-J setzt, was im übrigen die Verwendung eines Stahles mit großer Bruchdehnung gestattet. : - "" : " -:
Das Antriebsmoment des Rades wird lediglich durch, ' die Innenringe des Lagers übertragen,' die mehr als' reich-1 : *''"-'-lieh für die Aufnahme der auftretenden Torsionsbeanspruchung bemessen sind. Selbst in- dem unmöglichen Falle, "daß- idie Antriebs verzahnungen zerstört würden, so blieb*e; das" Rad noch an' der Nabe dauerhaft befestigt. * -"-;~" '· ;: ' ■
Im Gegensatz dazu werden bei den herkömmlichen Be-'1 ' festigungsarten die alternierenden Antriebs- oder Bremsmomerite vom -Motor' her durch die' Welienachse- übertragen. Setzt, diese Wei'lenachse den-'auf tretenden Momenten einen· ' unSöreicheiiden^Widerstan'd entgegen, Vas' beispielsweise ' -" " dufShT-"eine''falsche1 WärmeiDeharidiung bedingt·-sein kann/ so- wird-^siyabwecnse^rnden Verdrehungen bis -in den piaBtischen · Bereich "ausgesetzt,>vBis" ihr Bruch zürn Verlust des-Fahrzeug-' rades' führt'land' 'dadurch' einen'rs'chwer en Unfall nach sich ' ' -1 ziehen larin.;'r" r' ' ' "' . ^-"-" '- ■ < ' -"--· ---· "■-■-·■ ■ -■■"--■:.-^
t> Γ i- f \ Λ ■": :
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Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der vorstehend beschriebenen Kupplungsverbindung, bei der die Innenringe 79 und 80 eines Kegelrollenlagers stirnseitige Verzahnungen 81, 82 und 83 aufweisen.
Der Kopf der zentralen Halteschraube 84 ist in die Schale 85 des Übertragungsgelenkes eingezogen. Zum axialen Festklemmen der Radnabe ist eine Mutter 86 vorgesehen* Am Grunde der Schale 85 und auf der inneren Ringfläche der Schraube 84 hergestellte Stirnverzahnungen 87 verhindern die Drehung der Schraube oder des Schraubbolzens 84 beim Anziehen der Mutter 86.
Das Schleifen der Rollenbahnen 88 und der Lagerstellen 89 an den Ringen 79 und 80 geschieht, indem diese Ringe an der Schleifmaschine in Stellung gebracht und durch ihre Verzahnungen 82 festgehalten werden.
Im vorstehenden sind alle Vorteile der Kupplungsverbindung der umlaufenden Teile durch an ihren Seitenoder Stirnflächen angeordnete radiale Verzahnungsrillen oder -nuten dargelegt worden, wobei als Beispiel die Kupplungsverbindung zwischen einem Fahrzeugrad und dem zugehörigen homokinetischen Kraftübertragungsgelenk gewählt wurde, doch können dieselben Vorteile auch in allen anderen Anwendungsfällen erhalten werden, in denen die Kupplungsverbindung nach der Erfindung eingesetzt werden kann.
Zu diesen Anwendungsfällen gehört auch beispielsweise die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform eines elastischen Zwischenlagers für eine Antriebswelle· In diesem Falle überträgt eine Antriebswelle 90 ein Moment C auf das Flanschteil 91, das seinerseits für die Aufnahme eines
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nicht dargestellten Universalgelenkes''vorgesehen ist. Die Schraube 93 erzeugt eine axiale Kraft, die' einerseits1 das an tie röhrformi'ge Antriebswelle 90 angeschweißte Ansatzstück 92 und andererseits das Flanschteil 91 kräftig- gegen den Innenring 94 des Kugellagers 95 andrückt.
Die stirnseitigen Verzahnungen 96 stellen die Kupplungsverbindung und die radiale^ Zentrierung zwischen dem Ansatzstück 92 -und dem Ring 94 sicher und die stirnseitigen Verzahnungen 97 die Kupplungsverbindung und 'die radiale Zentrierung zwischen diesem Ring 94 und dem· Flanschteil 91.· Dabei ergibt sich auch ein einfacher und wirtschaftlicher Zusammenbau dieses Zwischenlagers.
Die stirnseitigen Verzahnungen 96 und 97 des Ringes 94 sind ebenso wie die Verzahnungen an den Ringen 77 und der in Fig. 1 und 2 dargestellten Küpplungsverbindungen in der Weise, wie in Fig. 4 gezeigt, durch Kaltverformung auf einer Presse hergestellt worden. Bei dieser5 Herstellung stellt"eine kräftig 'und genau ausgebildete Führungsstänge-98 sicher, ;'daÜ die Achsen der Werkzeuge 99 'Und 1ÖÖ während der Betätigung1 des" Andruckstempels 101 -der Presse zusammenfallen. Die aus· hochfestem Stahl 'bestehende« 'Werkzeuge 99 " und 1OO; weisen Prägeverzahnuhgen 102 auf, die sich gleichzeitig in die- beiden Stirn-Flachen ües be arbeiteten Wäl-z-' '■-''-lagerinneriringes 103 eiiidrückeri.· " ! '■"' :· -~:- -·- ; ' -
Obgleich die Erfindung besonders auf Kugellager ■ oder andere, mit diesen in Vergleich zu setzende Lager anwendbar ist, kann die" Möglichkeit zürn Antrieb und zur Zentrierung der Ku'pplüngselemente überall dort Anwendung finden, wo es um die Kupplungsverbindung von zwei oder mehr miteinander zu verbinderideri oder mite'inahöer in Berührung zu bringenden Teilen handelt; \ϊηα zwar unter Abwantilungen in der Form und in Einzelheiten, die jeder dieser besonderen Anwendungsfälle verlangt. 9 0 9884/1188
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Claims (7)

Pa t, e η t a η s ρ, r ü c h e
1."Kupplungsverbindung für umlaufende Teile, wie Ringe von "Kugel-, Rollen- oder Nadellagern; die' zwischen einem Antrieb se lerne nt und einem getriebenen Element angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß ah den miteinander zu "kuppelnden" Teilen und Elementen (71, 73 , 77:,7&, 79,80^84/8S", 9ΐ;92,94;) außer' herkömmlichen Verbindungsmittelh auf den miteinander öder mit den Flächen der antreibenden und der getriebenen Elemente in Berührung zu'bringenden Seitenflächen radial angeordnete, ineinandergreifende, identische Verzahnungen (74,75, 76, 8Ϊ,82y83 , 96,97')' eingearbeitet sind, die durch" ihren gegenseitigen' Eiri-J griff die winkelmäßige Verkeilung der Teile und ihre Zeh- ■- ' trierüng gegenüber der Drehachse sicherstellen. "'---·■■'
2. Kupplungsverbindung nach Arfspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnungen (74,75,76,81,82,83,96,97) vorzugsweise gerade Flanken haben und ihr Modul nur von den Abmessungen der Teile und der Größe der von einem Teil zum
" anderen zu übertragenden Momente abhängt.
3. Kupplungsverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnungen (74,75,76,81,82,83,96,97) auf dem ganzen Umfang der Teile angebracht sind.
4. Kupplungsverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnungen (74,75,76,81,82,83,96,97) lediglich auf zwei oder mehreren Kreisbogenabschnitten angebracht sind, die jeder nur einen Ringabschnitt an den Teilen überdecken.
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- αϊ -
5. Kupplungsverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnungen (74,75,76,81,82,83,96,97) vorzugsweise kurz sind zwecks Sicherstellung einer maximalen Wirksamkeit der Kupplung der Teile.
6» Kupplungsverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Stirnverzahnungen. (74,75,76,81,82,83, 96,97) aufweisenden Teile zwischen die zu verbindenden Teile eingesetzt sind und die so gebildete Gesamtanordnung unter axiale Vorspannung gesetzt ist.
7. Kupplungsverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnungen ( 74, 75 , 76,81,82 ,83-, 96, 97) in die Teile durch Kaltverformung auf einer Presse mittels eines oder zweier Werkzeuge (99,100) mit entsprechenden Prägeverzahnungen (1Ο2) und mittels eines Einspannwerkzeuges (98) zum teilweisen Abstützen des Teiles vor der Verformung eingepreßt sind.
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