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Die
Erfindung geht aus von einem Getriebe mit einer fliegend gelagerten
Welle an deren Wellenende beispielsweise ein Ritzel oder eine Zahnriemenscheibe
angeordnet ist.
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Das
Wellenende eines Getriebes wird häufig als Wellenstummel
oder runde mechanische Schnittstelle, wie sie beispielsweise in
der Norm EN ISO 9004-1-A definiert sind, ausgeführt.
Dabei wird zum Beispiel die Abtriebswelle fliegend gelagert. Solche Getriebe
werden in großen Serien als Koaxialgetriebe, als Zykloidengetriebe,
als Flex-Spline-Getriebe oder Planetengetriebe und anderen Bauarten
gefertigt.
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Allgemeine
wird immer versucht, vorhanden Anforderungen hinsichtlich Untersetzungsverhältnis und
Drehmoment in einer möglichst kompakten Bauweise und kleinen
Abmessungen zu realisieren. Dies führt dazu, dass die Ritzel,
welche auf dem Wellenstumpf des Getriebes oder einer runden mechanischen
Schnittstelle befestigt werden, eine möglichst kleine Zähnezahl
und in Folge dessen auch einen immer kleineren Außendurchmesser
aufweisen.
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Wenn
beispielsweise das Ritzel von einer Abtriebswelle eines Getriebes
angetriebene Ritzel mit einer Zahnstange kämmt, resultieren
aus dem Abtriebsdrehmoment des Ritzels Kräfte, die auf
die Lagerung des Wellenendes wirken. Dazu kommt noch ein belastungsabhängiges
Kippmoment, das die Lagerung der fliegend gelagerten Abtriebswelle belastet.
Häufig ist dieses Kippmoment der limitierende Faktor für
ein Getriebe.
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Infolgedessen
ist es trotz ausreichendem Abtriebsdrehmoment des Getriebes erforderlich,
die nächste Baugröße einer Getriebeserie
zu verwenden, was naturgemäß höhere Kosten,
größeres Gewicht und einen erhöhten Bauraumbedarf
mit sich bringt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Leistungsfähigkeit
eines Getriebes mit fliegend gelagerter Welle bei gleicher Abmessung
des Getriebes zu erhöhen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Getriebe
mit einem Gehäuse und einer in dem Gehäuse fliegend
gelagerten Welle, wobei ein Ritzel oder eine Riemenscheibe drehfest
mit der Welle verbunden sind, dadurch gelöst, dass an dem
Ritzel oder der Riemenscheibe ein Lagerzapfen ausgebildet ist, dass
der Lagerzapfen in einem Gegenlager drehbar gelagert ist und dass
das Gegenlager mit dem Gehäuse des Getriebes verbunden
ist.
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Dadurch
ist es erfindungsgemäß möglich, trotz
einer fliegend gelagerten Welle des Getriebes eine beidseitige Lagerung
für das auf der Welle montierte Ritzel oder Riemenscheibe
bereitzustellen. Dadurch wird die Wellenlagerung entlastet und das
Getriebe kann ohne konstruktive Änderungen höher
belastet werden. Dadurch, dass das Ritzel oder die Riemenscheibe
beidseitig gelagert ist, wirkt insbesondere das Kippmoment nicht
mehr nur ausschließlich auf die fliegende Lagerung der
Welle, sondern die aus dem Kippmoment resultierenden Lagerbelastungen werden
auf die Lager zu beiden Seiten des Ritzels oder der Riemenscheibe
verteilt. Dadurch ergibt sich eine deutliche Entlastung der im Getriebe
angeordneten Lagerung der fliegend gelagerten Welle. Konstruktive Änderungen
an dem Getriebe selbst sind dazu nicht erforderlich.
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Das
erfindungsgemäße Gegenlager kann somit als Zubehörteil
zu einem in Serie gefertigten Standardgetriebe angeboten werden
und bei Bedarf mit dem Getriebegehäuse verschraubt werden.
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Dies
ist insbesondere dann vorteilhaft und auf einfachste Weise möglich,
wenn das Getriebegehäuse einen Befestigungsflansch aufweist
und das Gegenlager mit dem Befestigungsflansch verschraubt ist.
Dabei können die ohnehin in dem Befestigungsflansch vorhandenen
Bohrungen genutzt werden. Gleichzeitig ist es möglich,
auch das Getriebe mit dem Gegenlager über diese Befestigungsbohrungen
mit einer Maschine, einem Portal oder einem anderen Bauteil zu verschrauben.
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Es
ergibt sich somit eine vollständig modulare Bauweise und
es ist nahezu ohne Änderungen an der Maschine, in die das
Getriebe integriert wird, möglich, eine Gegenlagerung und
damit eine Entlastung der Welle des Getriebes herbeizuführen.
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Damit
das Gegenlager bestmöglich koaxial zur Drehachse der Welle
positioniert wird, weist das Gehäuse einen Zentrierbund
auf. Dieser Zentrierbund wird vorteilhafterweise zur Positionierung
des Gegenlagers koaxial zu der Drehachse der Welle genutzt.
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Selbstverständlich
kann es häufig vorteilhaft sein, wenn das Gegenlager an
seinem Außendurchmesser ebenfalls einen Zentrierbund aufweist,
so dass die Baugruppe bestehend aus Getriebe und Gegenlager zusammen über
den Zentrierbund des Gegenlagers in einer Maschine oder einem Portal
oder einer anderen übergeordneten Baueinheit zentriert werden
kann. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn das Ritzel
des Getriebes beispielsweise mit einer Zahnstange kämmt
und daher die Positionierung des Ritzels relativ zur Zahnstange
von Bedeutung ist.
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Es
hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Gegenlager als Wälzlager,
insbesondere als Nadellager, ausgebildet ist. Dann kann eine besonders platzsparende
und leistungsfähige Lagerung bereitgestellt werden. Diese
Lagerung kann in den von Ritzeln üblicherweise geforderten
Betriebsdrehzahlen sehr wartungsarm und langlebig konzipiert werden.
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Wenn
das Gegenlager in einer bereichsweise offenen Glocke aufgenommen
wird und die Glocke an ihrem dem Gegenlager gegenüberliegenden Ende
kompatibel zu dem Flansch und/oder dem Zentrierbund ausgebildet
ist, kann die Verbindung zwischen Gegenlager und Getriebegehäuse
auf einfachste bewerkstelligt werden. Gleichzeitig wird das Ritzel
auch noch durch die Glocke weitestgehend von der Umgebung abgeschirmt,
so dass die Verschmutzung des Ritzels verringert wird und die Verletzungsgefahr
ebenfalls verringert wird.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
in die Glocke eine Schmierstoffversorgungseinrichtung mindestens
teilweise zu integrieren. Eine besonders vorteilhafte Schmierstoffversorgungseinrichtung
umfasst ein Schmierritzel aus einem saugfähigen Werkstoff,
insbesondere aus Filz, wobei das Schmierritzel mit dem auf der Welle
des Getriebes angeordneten Ritzels kämmt.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
das Schmierritzel auf einer mindestens abschnittsweise hohl gebohrten
Achse zu lagern und die Achse durch einen Öler, bevorzugt einen
zeitgesteuerten Öler, mit Schmierstoff zu versorgen. Dann
ist es möglich, über ein langes Wartungsintervall
das Schmierritzel mit Schmierstoff zu versorgen.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der
nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen
entnehmbar.
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Alle
in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen
offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in
beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
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Zeichnung
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Es
zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel eines Getriebes mit runder mechanischer
Schnittstelle auf einem erfindungsgemäßen Ritzel
mit Lagerzapfen,
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2 ein
weiteres Ausführungsbeispiel eines Getriebes mit einem
Wellenstumpf und aufgesetztem Ritzel mit Lagerzapfen,
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3 eine
isometrische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Getriebes mit Gegenlager, wobei das Ritzel mit einer Zahnstange
kämmt,
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4 einen
Längsschnitt durch 3,
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5 einen
Querschnitt durch das Getriebe gemäß 3,
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6a)
bis c) verschiedene Darstellungen eines weiteren erfindungsgemäßen
Getriebes.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
ein Getriebe 1 im Teilschnitt an dessen Abtriebswelle ein
Adapter 3 für ein Ritzel 5 befestigt
ist.
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Die
Abtriebswelle des Getriebes 1 ist mit dem Bezugszeichen 7 versehen
worden; eine Eingangswelle ist nicht dargestellt.
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In
dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel
sind an der Abtriebswelle 7 eine Planfläche 9 und
eine zylindrische Außenfläche 11 ausgebildet.
Die zylindrische Außenfläche 11 ist koaxial
zu einer Drehachse (ohne Bezugszeichen) der Abtriebswelle 7 angeordnet
und dient der Zentrierung des Adapters 3.
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In
der Planfläche 9 sind Befestigungsgewinde 13 ausgebildet,
die ebenfalls konzentrisch zur Drehachse der Abtriebswelle 7 geordnet
sind, ausgebildet. Der Teilkreisdurchmesser auf dem die Befestigungsgewinde 13 angeordnet
sind, hat das Bezugszeichen Dtk.
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An
dem Adapter 3 ist ein mit der Planfläche 9 und
der zylindrischen Außenfläche 11 der
Abtriebswelle 7 zusammenwirkender Einpass 15 ausgebildet. Durch
den Einpass 15 wird der Adapter 3 konzentrisch
zur zylindrischen Außenfläche 11 der
Abtriebswelle 7 positioniert.
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In
dem Adapter 3 sind Befestigungsbohrungen 17 angeordnet,
die den gleichen Teilkreisdurchmesser Dtk wie die Befestigungsgewinde 13 in
der Planfläche 9 haben. Durch die Befestigungsbohrungen 17 können
Schrauben 19 in die Befestigungsgewinde 13 der
Abtriebswelle 7 geschraubt werden und auf diese Weise der
Adapter 3 an der Abtriebswelle 7 positioniert
und drehfest befestigt werden.
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Bei
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist
der Adapter 3 eine durchgehende Aufnahmebohrung 23 auf.
Diese Aufnahmebohrung 23 kann jedoch als auch Sacklochbohrung
(nicht dargestellt) ausgebildet sein. In der Aufnahmebohrung 23 befindet
sich ein Stumpf 25 des Ritzels 5. Der Adapter 3 und
der Stumpf 25 sind miteinander verschweißt (siehe
die Schweißnaht 27).
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Es
liegt auf der Hand, dass die Erfindung nicht auf die exemplarisch
dargestellte und beschriebene Verbindung zwischen dem Stumpf 25 des
Ritzels 5 und der Aufnahmebohrung 23 des Adapters 3 beschränkt
ist. Vielmehr können alle kraftschlüssigen und/oder
formschlüssigen Verbindungen, die aus dem Stand der Technik
bekannt sind, eingesetzt werden. Aus dem Vergleich des Außendurchmessers
Da des Ritzels 5 und des Teilkreisdurchmessers Dtk in 1 wird
deutlich, dass auch sehr kleine Ritzel 5 an der Abtriebswelle 7 des
Getriebes 1 befestigt werden können. Dadurch kann
die Tangentialkraft am Außendurchmesser Da des Ritzels 5 bei
gleichem Ausgangsdrehmoment des Abtriebswelle 7 erhöht
werden. In Folge dessen ist es möglich, kleine Getriebe einzusetzen,
um eine vorgegebene Tangentialkraft am Ritzel 5 zu erreichen.
Dadurch ergibt sich ein erheblicher wirtschaftlicher Vorteil und
außerdem benötigen diese Getriebe weniger Bauraum,
was stets ein großer Vorteil ist. Besonders vorteilhaft
ist dies, wenn das Ritzel 5 eine Zahnstange 37 antreibt.
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Allerdings
entsteht neben der gewünschten Tangentialkraft am Ritzel 5 auch
noch ein Kippmoment Mkipp, das in 1 durch
einen entsprechend gekennzeichneten gekrümmten Pfeil dargestellt
ist.
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Das
Kippmoment Mkipp führt bei herkömmlichen
Getrieben mit fliehend gelagerter Welle 7 zu einer sehr
hohen Belastung der Getriebelagerung. Es hat sich bei Untersuchungen
herausgestellt, dass das Kippmoment häufig der limitierende
Faktor für die Belastung des Getriebes darstellt.
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Erfindungsgemäß ist
daher vorgesehen, an dem Ritzel 5 einen Lagerstummel 29 auszubilden, der
in einem erfindungsgemäßen Gegenlager (nicht dargestellt
in den 1 und 2) drehbar gelagert wird und
dadurch die Lagerbelastung der ursprünglich fliegend gelagerten
Welle 7 reduziert.
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An
dem Gehäuse 1 des Getriebes ist ein Befestigungsflansch 20 mit über
den Umfang verteilten Befestigungsbohrungen 22 angeordnet.
Des Weiteren weist das Gehäuse 1 des Getriebes
einen Zentrierbund 21 auf.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 weist
die Welle 7 einen Wellenstumpf 31 auf. Das Ritzel 5 weist
einen Stumpf 25 und einen Lagerstummel 29 auf.
In dem Ritzel 25 ist eine Aufnahmebohrung 23 ausgebildet,
die sich über bei diesem Beispiel die gesamte Länge
des Ritzels 5 erstreckt.
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Das
Drehmoment wird von einer Passfeder 33 zwischen der Welle 7 und
dem Ritzel 5 übertragen.
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In
der 3 ist eine isometrische Darstellung eines ersten
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Gegenlagers dargestellt. Wie aus 3 ersichtlich,
wird das Getriebe 1 von einem Motor 33, der an
das Getriebegehäuse 1 angeflanscht ist, angetrieben.
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An
dem Befestigungsflansch 20 ist eine Glocke 35 und
mit Hilfe der Befestigungsbohrungen 22 an dem Flansch 20 des
Gehäuses 1 befestigt. Zentriert wird die Glocke 35 über
den ersten Zentrierbund 21 (nicht sichtbar in 3)
des Gehäuses 1.
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An
dem dem Flansch abgewandten Ende der Glocke 35 ist ein
Gegenlager 39 ausgebildet, in dem der Lagerstummel 29 des
Ritzels 5 drehbar gelagert ist. Damit die Zahnstange 37 mit
dem in 3 nicht sichtbaren Ritzel 5 kämmen
kann, ist an dem in 3 unteren Ende der Glocke 35 eine
Aussparung vorgesehen. Die Glocke 35 dient unter anderem
dazu, die über den Lagerstummel 29 in das Gegenlager 39 eingeleiteten
Kräfte auf den Flansch 20 des Getriebegehäuses 1 zu übertragen.
Dadurch wird das Ritzel 5 (siehe 1 und 2)
beidseitig gelagert, so dass das Kippmoment MKipp nicht
mehr zu einer Überlastung der Lagerung der Welle 7 führt.
Vielmehr wird das Kippmoment auf die Lagerung der Welle 7 und
das Gegenlager 39 verteilt, so dass auch die auf die Welle 7 wirkenden
Biegemomente verringert werden. Im Ergebnis wird dadurch die Belastbarkeit
des Ritzels 5 und des vorgeschalteten Getriebes erhebliche
gesteigert, ohne konstruktive Änderungen an dem Getriebe
vorzunehmen.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass die Glocke 35 und mit ihr das Gegenlager 39 an
dem Flansch des Gehäuses 1 befestigt wird, so
dass es auf einfachste Weise möglich ist, die Glocke 35 fest
und belastbar an dem Getriebe zu befestigen. Die Positionierung wird
durch den ersten Zentrierbund 21 bewirkt.
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Des
Weiteren ist es möglich, den Befestigungsflansch 20 zusätzlich
noch dazu zu nutzen, um die erfindungsgemäße Kombination
aus Getriebe 1 und Gegenlager 39 an einer Maschine
nicht dargestellt zu befestigen. Dazu ist an dem Außendurchmesser
der Glocke 35 ein zweiter Zentrierbund 41 vorgesehen.
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Der
zweite Zentrierbund 41 ermöglicht es, die Kombination
aus Getriebe 1 und Gegenlager 39 in an sich bekannter
Weise in einer Aufnahmebohrung beispielsweise einer Maschine oder
eines Portals zu positionieren und mit Hilfe der Befestigungsbohrungen 20 zu
befestigen. Dies bedeutet, dass durch die erfindungsgemäße
Glocke 35 mit Gegenlager 39 nahezu keine konstruktiven Änderungen
an der Maschine, in welche das Getriebe 1 eingebaut wird,
vorzunehmen sind. Der einzige Unterschied besteht darin, dass die
Aufnahmebohrung für den zweiten Zentrierbund 41 etwas
vergrößert werden muss. Allerdings können
die Befestigungsbohrungen 22 unverändert übernommen
werden. Das bedeutet, dass der Lochkreisdurchmesser an der Maschine
für die Befestigungsbohrungen nicht geändert werden muss.
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In
der 4 ist ein Längsschnitt durch das Ausführungsbeispiel
gemäß 3 dargestellt. In diesem Längsschnitt
ist sehr gut zu erkennen, dass der erste Zentrierbund 21 einen
kleineren Durchmesser als der zweite Zentrierbund 41 hat,
jedoch die Befestigungsbohrungen 22 sowohl für
die Befestigung der Glocke 35 an dem Flansch 20 als
auch zur Befestigung der gesamten Einheit in einer Maschine genutzt werden
können. Maschinensetig müssen dazu lediglich ein
entsprechender Lochkreis und eine Aufnahmebohrung, die mit dem zweiten
Zentrierbund 41 zusammenwirkt, vorhanden sein.
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In 4 ist
auch gut zu erkennen, dass oberhalb des Ritzels 5 ein zweites
Ritzel, das sogenannte Schmierritzel 43, vorhanden ist.
Es ist auf einer hohlgebohrten Achse 45 drehbar gelagert.
Das Schmierritzel 43 ist aus einem Schmierstoff aufnehmenden Werkstoff,
wie beispielsweise Filz, hergestellt und kämmt mit dem
Ritzel 5. Die hohlgebohrte Achse 45 wird seitlich
aus der Glocke 35 herausgeführt und weist ein
Anschlussgewinde 47 auf, mit dem es mit einem nicht dargestellten Öler,
insbesondere einem elektronisch gesteuerten Öler, verbunden
ist. Dies bedeutet, dass immer wenn das Getriebe 1 in Betrieb ist, über
die hohlgebohrte Achse 45 eine ausreichende Schmierstoffmenge
in die Nabe des Schmierritzels 43 geführt wird
und von dort über die Zähne des Schmierritzels 43 auf
das Ritzel 5 übertragen wird. Dadurch wird eine
sehr leistungsfähige Schmierung von Ritzel 5 und
der Zahnstange 37 erreicht. Gleichzeitig ist der Schmierstoffbedarf
sehr gering.
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5 zeigt
einen Querschnitt durch die Zahnstange 37, das Ritzel 5 und
das Schmierritzel 43. Aus dieser Ansicht wird deutlich,
dass bei diesem Ausführungsbeispiel das Schmierritzel 43 vollständig innerhalb
der Glocke 35 angeordnet ist, so dass es zusammen mit dem
Gegenlager in einer Maschine vormontiert werden kann. Dies bedeutet,
dass das gesamte Gegenlager 39 mit Glocke 35 und
Schmierritzel 43 vormontiert auf das Getriebe 1 aufgesteckt werden
kann und diese Einheit dann verbaut werden kann.
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In
den 6a und 6b ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Gegenlagerung dargestellt, bei dem das Ritzel 5 so groß ist,
dass das Schmierritzel 43 nur teilweise innerhalb der Glocke 35 angeordnet
sein kann. Dies bedeutet, dass ein Durchbruch 49 in der
Glocke 35 vorgesehen werden muss und ein Teil des Schmierritzels 43 die Außenkontur
der Glocke 35 überragt.
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In 6b ist
gut zu erkennen, dass ausgehend von der Achse 45 zwei radiale
Schmierkanäle 51 in dem Schmierritzel 43 ausgebildet
sind, welche den durch die hohl gebohrte Achse 45 ankommenden
Schmierstoff nach außen an den Außendurchmesser
des Schmierritzels 43 verteilen.
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Die
erfindungsgemäße Konstruktion lässt sich
naturgemäß nicht nur für Getriebe, die
mit einer Zahnstange 37 zusammenwirken, einsetzen. Es ist vielmehr
auch möglich, anstelle des Ritzels 5 mit einer
Zahnradverzahnung auch ein Ritzel eines Zahnriemens oder eine Riemenscheibe
aufzusetzen. Bei Riemengetrieben, insbesondere bei Zahnriemengetrieben,
treten ebenfalls erhebliche Kippmomente MKipp während
des Betriebs auf, die sich häufig als limitierender Faktor
für die Belastbarkeit des Getriebes erweisen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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9004-1-A [0002]