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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Planetenbolzen sowie ein Planetengetriebe gemäß der im Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche näher definierten Art.
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Für eine gleichmäßige Lastverteilung in einem Planetengetriebe werden insbesondere bei Windenergieanlagen in der Regel drei oder mehr Planetenräder eingesetzt. Hierdurch wird die Anzahl der Zahneingriffe erhöht, so dass die Last auf eine Vielzahl einzelner Bauteile verteilt wird, wodurch diese wiederum kleiner und leichter ausgebildet sein können. Weist das Planetengetriebe jedoch drei oder mehr Planetenräder auf, kann insbesondere aufgrund von Fertigungstoleranzen eine ungleichmäßige Aufteilung der Last auf die einzelnen Planetenräder erfolgen.
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Aus der
DE 682 354 ist ein Umlaufrädergetriebe bekannt, das zwischen zwei gemeinsamen Trägern gelagerte Umlaufräder aufweist. Diese sind mittels eines Bolzens federnd gelagert. Der Bolzen ist durch Verjüngung nach seinen Enden hin federnd ausgebildet und nur in der Mitte zwischen beiden Trägern an einer Hülse befestigt, die den Bolzen mit Spiel umschließt und auf der das zugehörige Umlaufrad mittels Wälzlagern abgestützt ist.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Zeichnung.
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Es wird eine Baugruppe zum Halten eines Planetenrades in einem Planetengetriebe mit einem Planetenbolzen und einer Buchse vorgeschlagen, wobei der Planetenbolzen ein erstes und ein zweites Ende zum drehfesten Befestigen zwischen zwei gegenüberliegenden Wangen eines Planetenträgers aufweist. Der Planetenbolzen ist mittels eines ersten und zweiten Biegeabschnittes flexibel ausgebildet. Ferner weist der Planetenbolzen an seinem Außenumfang zur Kopplung mit dem Planetenrad einen Tragabschnitt auf. Der Tragabschnitt ist mittig zwischen den beiden Biegeabschnitten ausgebildet. Der Planetenbolzen weist im Bereich des Tragabschnittes einen größeren Außendurchmesser auf als im Bereich der beiden Biegeabschnitte. Somit weist der Planetenbolzen im Bereich des Tragabschnittes eine höhere Festigkeit sowie Steifigkeit auf als im Bereich der Biegeabschnitte. Die benachbart angeordneten Biegeabschnitte sind somit elastischer und/oder flexibler ausgebildet als der Tragabschnitt. Die Buchse ist mit dem Planetenbolzen im Bereich des Tragabschnittes drehfest verbunden. Die Buchse ist mit dem Planetenbolzen insbesondere form-, stoff- und/oder kraftschlüssig gekoppelt. Vorteilhafterweise wird hierdurch eine sehr einfache und kostengünstige Herstellung des Planetenbolzens sichergestellt.
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Die beiden Enden des Planetenbolzens, die zum drehfesten Befestigen zwischen den zwei gegenüberliegenden Wangen des Planetenträgers vorgesehen sind, weisen vorzugsweise einen größeren Durchmesser auf als die beiden Biegeabschnitte. Somit wird vorteilhafterweise die Festigkeit des Planetenbolzens im Befestigungsbereich mit den beiden gegenüberliegenden Wangen des Planetenträgers erhöht. Eine elastische Verformung des Planetenbolzens erfolgt demnach im Wesentlichen in den Biegeabschnitten des Planetenbolzens. Alternativ kann aber auch nur eines der beiden Enden des Planetenbolzens einen größeren Durchmesser aufweisen als zumindest einer der beiden Biegeabschnitte. Ferner kann aber auch zumindest eines der beiden Enden den gleichen oder einen geringeren Durchmesser aufweisen als zumindest einer der beiden Biegeabschnitte.
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Der Planetenbolzen kann im Bereich zumindest einer seiner Enden, seiner Biegeabschnitte und/oder des Tragabschnittes, zumindest teilweise zylindrisch, konisch und/oder polygonisch ausgebildet sein. Hierdurch können die Flexibilitätseigenschaften des Planetenbolzens verändert werden und optimiert auf den jeweiligen Anwendungsfall ausgelegt werden. Ferner kann mittels eines korrespondierend ausgebildeten Planetenträgers und/oder Buchse eine formschlüssige Verbindung des Planetenbolzens mit dem Planetenträger und/oder der Buchse hergestellt werden.
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Ferner ist die Erfindung nicht auf einen rotationssymmetrischen Planetenbolzen beschränkt. Vielmehr kann der Planetenbolzen, insbesondere im Bereich zumindest einer der beiden Biegeabschnitte, nicht rotationssymmetrisch ausgebildet sein. Hierdurch kann das Flächenträgheitsmoment des Planetenbolzens insbesondere in radialer Richtung und Umfangsrichtung des Planetengetriebes unterschiedlich ausgebildet sein. So ist der Planetenbolzen in Abhängigkeit seines Querschnitts vorzugsweise in radialer Richtung flexibler ausgebildet als in Umfangsrichtung des Planetengetriebes.
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Zur drehfesten Fixierung der Buchse auf dem Planetenbolzen kann der Planetenbolzen im Bereich des Tragabschnittes zumindest einen Absatz aufweisen. Dieser bildet mit der Buchse eine rotationsfeste Verzahnung aus. Ferner kann die Buchse und der Planetenbolzen, insbesondere im Bereich des Tragabschnittes, zueinander gegen Verschieben gesichert sein. Dies kann beispielsweise durch Kraftschluss in Form einer Presspassung erfolgen. Alternativ oder zusätzlich ist selbstverständlich auch ein sich in Umfangsrichtung des Planetenbolzen erstreckender Kragen denkbar. Dieser ist vorzugsweise im benachbarten Bereich eines der beiden Biegeabschnitte ausgebildet. Am gegenüberliegenden Ende des Tragabschnittes kann die Buchse auf dem Planetenbolzen beispielsweise mittels einer Mutter oder eines Sprengrings gesichert sein.
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Selbstverständlich ist es ebenso denkbar, dass der Tragabschnitt nicht durchgängig am Planetenbolzen ausgebildet ist. So kann der Tragabschnitt Unterbrechungen aufweisen, insbesondere in Form von Vertiefungen und/oder Erhebungen, die sich in Umfangs- und/oder Längsrichtung des Planetenträgers erstrecken. Ferner kann der Planetenbolzen im Bereich der unterschiedlichen Teilbereiche des Tragabschnitts auch unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Hierdurch kann die Flexibilität des Planetenbolzens optimal ausgelegt werden.
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Vorteilhaft ist es ferner, wenn der Planetenbolzen im Bereich zumindest eines der beiden Enden einen geringeren Durchmesser aufweist als im Bereich des Tragabschnittes. Somit kann die Buchse einfach montiert werden, indem sie von der entsprechenden Seite auf den Planetenbolzen aufgesteckt bzw. aufgepresst wird.
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Eine sehr einfache, schnelle und kostengünstige Montage der Buchse auf dem Planetenbolzen kann dadurch sichergestellt werden, wenn die Buchse an ihrem Innendurchmesser am Tragabschnitt, insbesondere an seinem Außendurchmesser oder -umfang, befestigt ist.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn die Buchse einstückig ausgebildet ist, da hierdurch die Montage der Buchse auf dem Planetenbolzen erleichtert wird. Ferner kann somit eine höhere Dauerbelastungsstabilität sichergestellt werden. Alternative Lösungen des Standes der Technik zeigen mehrteilige Buchsen, die geschweißt sind. Hierdurch entstehen erhebliche Herstellungstolleranzen beim Zusammenfügen der Einzelteile der Buchse. Ist die Buchse einteilig ausgebildet, können derartige Fertigungsungenauigkeiten stark reduziert werden, wodurch wiederum eine gleichmäßigere, symmetrische Lastverteilung über die Zahnbreite/Zahnflanke des Planetenrades sichergestellt ist.
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Um den Wirkungsgrad des Planetengetriebes zu verbessern, ist es vorteilhaft, wenn die Buchse zweiseitig flexibel ausgebildet ist, da hierdurch ein sehr guter Lastausgleich zwischen den Planetenrädern gewährleistet wird. Die Planetenräder verkippen somit nicht, sondern werden stattdessen im Wesentlichen parallel in radialer Richtung des Planetengetriebes verschoben, so dass ein gleichmäßiger Zahneingriff der Planetenräder in ein Hohlrad und/oder ein zentrales Sonnenrad des Planetengetriebes sichergestellt ist.
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Die zweiseitige Flexibilität der Buchse wird insbesondere dadurch begünstigt, dass die Buchse im Bereich ihrer beiden freien Enden vom Planetenbolzen radial beabstandet ist. Somit kann sich die Buchse im Rahmen des Lastausgleichs zumindest im Bereich ihrer beiden freien Enden flexibel und/oder elastisch verformen. Eine elastische Verformung der Buchse erfolgt hierbei im Wesentlichen um den Tragabschnitt des Planetenbolzens, auf dem die Buchse gelagert ist. Der Tragabschnitt fungiert somit als Stützpunkt der Biegung bzw. elastischen Verformung.
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Die Flexibilität bzw. Elastizität der Buchse kann vorteilhafterweise beeinflusst bzw. bestimmt werden, wenn die Buchse zumindest im Bereich ihrer freien Enden einen größeren Innendurchmesser und/oder eine geringere Wandstärke aufweist als im Verbindungsbereich mit dem Tragabschnitt. Somit weist die Buchse im Bereich ihrer beiden freien Enden eine höhere Flexibilität auf als im Verbindungsbereich mit dem Tragabschnitt des Planetenbolzens. Der am Tragabschnitt des Planetenbolzens befestigte Bereich der Buchse ist demnach steifer ausgebildet als die freien Enden der Buchse. Eine Verformung der Buchse erfolgt demnach im Wesentlichen im Bereich der beiden freien Enden.
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Vorteilhaft ist es, wenn der Planetenbolzen im Bereich der beiden Biegeabschnitte im Wesentlichen zylindrisch, konisch und/oder rechteckig ausgebildet ist, da somit die Eigenschaften des Planetenbolzens im Hinblick auf Elastizität und Flexibilität optimal auf die Erfordernisse des Lastausgleichs ausgelegt werden können. Selbstverständlich ist der Planetenbolzen nicht auf die vorstehend erwähnten geometrischen Formen beschränkt. Vielmehr ist jedwede andere geometrische Form des Planetenbolzens denkbar, wobei der Planetenbolzen im Tragabschnitt, in zumindest einem seiner Biegeabschnitte und/oder zumindest einem seiner Enden eine identische geometrische Grundform aufweisen kann.
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Ferner ist ein Planetengetriebe mit einem zentralen Sonnenrad, einem Hohlrad, welches das Sonnenrad umgibt, und Planetenrädern, die radial zwischen dem Sonnenrad und dem Hohlrad angeordnet sind, vorgeschlagen. Die Planetenräder sind jeweils mittels einer Baugruppe aus einem Planetenbolzen und einer Buchse zwischen zwei gegenüberliegenden Wangen eines Planetenträgers drehbar gehalten. Der Planetenbolzen ist mit seinem ersten und zweiten Ende drehfest mit der jeweiligen Wange verbunden. Die Baugruppe aus Planetenbolzen und Buchse ist gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ausführungsbeispiele ausgebildet. Vorteilhafterweise kann somit ein optimaler Lastausgleich zwischen den Planetenrädern erfolgen, wobei der Wirkungsgrad des Planetengetriebes verbessert wird, indem sich die Planetenräder an die Zahnstellung des Hohlrades und des Sonnenrades anpassen. Dies wird insbesondere durch die entsprechend angeordneten Biegeabschnitte des Planetenbolzens sowie durch die flexibel ausgebildete und im Bereich des Tragabschnittes drehfest mit dem Planetenbolzen verbundene Buchse bewerkstelligt. So gibt der Planetenbolzen bei einer in radialer Richtung des Planetengetriebes wirkenden Über- und/oder Unterbelastung im Bereich der beiden Biegeabschnitte derart nach, dass sich der Tragabschnitt gegenüber den beiden Enden des Planetenbolzens insbesondere in radialer Richtung im Wesentlichen parallel verschiebt. Ein Schrägstellen des Planetenrades wird des Weiteren durch die flexibel ausgebildete Buchse vermieden bzw. kompensiert. Das Planetenrad passt sich somit selbständig durch ein Verbiegen der Buchse, insbesondere im Bereich ihrer beiden freien Enden, derart an, dass die Zahnflanken des Planetenrades optimal gegenüber den korrespondierenden Verzahnungen des zentralen Sonnenrades und/oder des Hohlrades eingestellt sind.
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Vorteilhaft ist es, wenn das Planetenrad mit einem voneinander getrennten ersten und zweiten Lager drehbar auf der Buchse gelagert ist. Somit werden die rotierenden Massen reduziert, da der Planetenbolzen und die Buchse drehfest mit dem Planetenträger verbunden ist.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn jeweils eines der beiden Lager im Bereich eines der beiden freien Enden des Planetenbolzens angeordnet ist. Somit wird die automatische Kompensationsbewegung des Planetenrades, insbesondere in Bezug auf ihre Zahnflanken, über die Lager an die flexiblen Bereiche der Buchse weitergeleitet, so dass ein optimaler Lastausgleich erfolgt.
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Ebenso ist es vorteilhaft, wenn der Innenumfang des Planetenrades zumindest im Bereich der beiden Lager im Querschnitt radial nach innen konisch zuläuft. Somit können die Lager zur Mittelquerschnittsebene des Planetenrades hin derart geneigt sein, dass bei Rotation des Planetenrades eine Selbstzentrierung im Bereich seiner Mittelquerschnittsebene erfolgt. Ferner kann durch die nach innen hin zulaufenden konische Ausgestaltung des Planetenrades die Rotationsmasse im Bereich der Mittelquerschnittsebene konzentriert werden. Hierdurch wird vorteilhafterweise ein Verkippen des Planetenrades und somit ein ungleichmäßiger Zahneingriff des Planetenrades mit dem zentralen Sonnenrad und dem Hohlrad vermieden.
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Vorteilhafterweise sind die beiden Lager an der Buchse an ihrem Außenumfang form-, stoff- und/oder kraftschlüssig befestigt. Hierzu kann am Außenumfang der Buchse ein Kragen, eine Nut und/oder ein Gewinde ausgebildet sein.
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Eine besonders schnelle und einfache Montage des Planetenrades kann sichergestellt werden, wenn beide Lager als eine Einheit im Planetenrad integriert sind. Ferner kann aber auch das Planetenrad, beide Lager und die Buchse eine integrale Einheit bilden, die von einem der beiden Enden des Planetenbolzens auf den Planetenbolzen geschoben werden und im Bereich des Tragabschnittes in Längs- und/oder Umfangsrichtung des Planetenbolzens gegen Verdrehen und/oder Verschieben gesichert werden.
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Nachfolgend ist die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
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1 einen Querschnitt durch ein Planetengetriebe im Bereich eines auf einem Planetenbolzen gelagerten Planetenrades.
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1 zeigt einen Teilausschnitt eines Planetengetriebes 1 im Bereich eines seiner Planetenräder 2. Das Planetenrad 2 ist radial zwischen einem hier nicht dargestellten zentralen Sonnenrad und einem Hohlrad, welches das Sonnenrad umgibt, angeordnet. Das Planetenrad 2 weist eine ebenfalls nicht dargestellte Außenverzahnung auf, mit der es in eine Außenverzahnung des Sonnenrades sowie eine Innenverzahnung des Hohlrades einkämmt.
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Ein Planetenbolzen 3 hält das Planetenrad 2 zwischen zwei gegenüberliegenden Wangen 4a, 4b eines Planententrägers 5. Der Planetenbolzen 3 ist sowohl im Bereich seines ersten 6a als auch zweiten Endes 6b form-, kraft- und/oder stoffschlüssig mit der jeweiligen Wange 4a, 4b des Planetenträgers 5 drehfest gekoppelt.
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Zur drehbaren Lagerung des Planetenrades 2 ist im Bereich zwischen dem Planetenrad 2 und dem Planetenbolzen 3 eine Lagerung 7a, 7b angeordnet. Diese umfasst ein erstes 7a sowie zweites Lager 7b. Beide Lager 7a, 7b sind am Innenumfang 8 des Planentenrades 2 befestigt, wobei jedes von ihnen im Bereich einer der beiden Stirnseiten 9a, 9b des Planetenrades 2 angeordnet ist. Das Planetenrad 2 bildet zusammen mit den integral angeordneten Lagern 7a, 7b eine leicht zu montierende Einheit.
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Der Innenumfang 8 des Planetenrades 2 weist im Bereich der Stirnseiten 9a, 9b einen größeren Innendurchmesser auf als im Bereich der Mittelquerschnittsebene A des Planetenrades 2 sowie des Planetenbolzens 3. Demnach verjüngt sich der Innenumfang 8 des Planetenrades 2 im Bereich der beiden Lager 7a, 7b von den Stirnseiten 9a, 9b ausgehend in Richtung der Mittelquerschnittsebene 8 konisch. Hierdurch sind die beiden Lager 7a, 7b derart schräg zueinander gestellt, dass bei Rotation des Planetenrades 2 eine Selbstzentrierung im Bereich der Mittelquerschnittsebene A erfolgt.
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Um einen optimalen Lastausgleich zwischen den Planetenrädern 2 des Planetengetriebes 1 sicherzustellen, ist der Planetenbolzen 3 elastisch bzw. flexibel ausgebildet. So weist der Planetenbolzen 3 zur Kopplung mit dem Planetenrad 2 an seinem Außenumfang 10 einen Tragabschnitt 11 auf. Dieser ist mittig auf dem Planetenbolzen 3 zwischen zwei Biegeabschnitten 12a, 12b ausgebildet. Der Außendurchmesser des Planetenbolzen 3 ist im Bereich des zentralen Tragabschnitts 11 größer als im Bereich der beiden benachbarten Biegeabschnitte 12a, 12b, die sich somit zum Lastausgleich flexibel verformen können, wohingegen der Planetenbolzen 3 im Bereich des Tragabschnitts 11 im Wesentlichen steif bleibt. Zum Lastausgleich verschiebt sich demnach der Tragabschnitt 11 gegenüber seinen beiden Enden 6a, 6b – die fest im Planetenträger 5 verankert sind – in radialer Richtung des Planetengetriebes 1 entlang der Mittelquerschnittsebene A. Im Bereich der beiden Biegeabschnitte 12a, 12b ist der Außendurchmesser des Planetenbolzens 3 als im Wesentlichen konstant dünner Zylinder ausgebildet.
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Neben dem flexibel ausgebildeten Planetenbolzen 3 weist das Planetengetriebe 1 ferner eine zweiseitig flexibel ausgebildete Buchse 13 auf. Die Buchse 13 ist mit dem Planetenbolzen 3 ausschließlich im Bereich des Tragabschnitts 11 form-, stoff- und/oder kraftschlüssig verbunden. Im Bereich ihrer beiden freien Enden 14a, 14b ist die Buchse 13 vom Planetenbolzen 3 radial beabstandet. Somit kann sich die Buchse 13, insbesondere im Bereich ihrer freien Enden 14a, 14b, zum Lastausgleich flexibel um den Tragabschnitt 11 – der folglich als Stützbereich fungiert – verformen. Die Flexibilität der Buchse 13 wird verbessert, wenn die Buchse 13 zumindest im Bereich ihrer freien Enden 14a, 14b einen größeren Innendurchmesser sowie eine geringere Wandstärke als im Verbindungsbereich mit dem Tragabschnitt 11 aufweist.
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Im Bereich jeweils eines der freien Enden 14a, 14b ist am Buchsenaußenumfang 15 eines der beiden Lager 7a, 7b kraft-, form- und/oder stoffschlüssig mit der Buchse 13 verbunden. Gemäß 1 weist die Buchse 13 zur Sicherung der Lager 7a, 7b in Längsrichtung des Planetenbolzens 3 an ihrem Buchsenaußenumfang 15 Absätze 16a, 16b auf, die in Umfangsrichtung der Buchse 13 einen Kragen ausbilden. Im äußeren Bereich der Buchse 13 sind die beiden Lager 7a, 7b jeweils mit einem Sprengring 17a, 17b an der Buchse 13 gesichert.
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Mittels des flexibel ausgebildeten Planetenbolzens 3 und/oder der flexibel ausgebildeten Buchse 13 ist ein optimaler Lastausgleich zwischen den Planetenrädern – 1 zeigt lediglich eines der Planetenräder 2 – des Planetengetriebes 1 sichergestellt. Bei einer Über- und/oder Unterbelastung eines Planetenrades 2 kann sich dieses im Wesentlichen parallel in radialer Richtung des Planetengetriebes 1 derart verschieben, dass ein im Wesentlichen paralleler Zahneingriff der Zahnflanken des Planetenrades 2 sowie des in 1 nicht dargestellten zentralen Sonnenrades und Hohlrades sichergestellt ist. Hierbei erfolgt insbesondere aufgrund der Biegeabschnitte 12a, 12b, die zueinander symmetrisch ausgebildet sind, eine Verschiebung des Tragabschnitts 11 in radialer Richtung relativ zu den Wangen 4a, 4b des Planetengetriebes 1. Zugleich wird hierbei die über den Tragabschnitt 11 mit dem Planetenbolzen 3 drehfest gekoppelte Buchse 13 in gleicher Art und Weise gegenüber dem Planetenträger 5 verschoben.
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Eine zusätzliche Optimierung des Lastausgleichs erfolgt mittels der flexibel ausgebildeten Buchse 13, wobei sich die freien Enden 14a, 14b sowie das mittels der Lager 7a, 7b drehbar gekoppelte Planetenrad 2 zusätzlich um den Tragabschnitt 11 des Planetenbolzens 3 flexibel verbiegen kann. Eine Schrägstellung des Planetenrades 2 gegenüber dem Planetenträger 5, insbesondere der Stirnseiten 9a, 9b gegenüber der jeweiligen Wange 4a, 4b, ist demnach im Wesentlichen ausgeschlossen. Stattdessen wird ein paralleles verschieben des Planetenrades 2 in radialer Richtung des Planetengetriebes 1 sichergestellt, so dass beim Lastausgleich die hier nicht dargestellten Zahnflanken des Planentenrades 2 gleichmäßig in die des zentralen Sonnenrades sowie des Hohlrades einkämmen. Sollten Fertigungsungenauigkeiten im Bereich des zentralen Sonnenrades und/oder des Holrades vorliegen, die ein ungleichmäßiges Einkämmen der Zahnflanken hervorrufen würden, können diese gleichermaßen durch eine Anpassung der Lage des Planetenrades 2 mittels des flexiblen Bolzens 3 und der flexiblen Buchse 13 kompensiert werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn sie in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Planetengetriebe
- 2
- Planetenrad
- 3
- Planetenbolzen
- 4
- Wange
- 5
- Planetenträger
- 6
- Ende (Planetenbolzen)
- 7
- Lager
- 8
- Innenumfang
- 9
- Stirnseite
- 10
- Außenumfang (Planetenbolzen)
- 11
- Tragabschnitt
- 12
- Biegeabschnitt
- 13
- Buchse
- 14
- Freies Ende (Buchse)
- 15
- Buchsenaußenumfang
- 16
- Absatz
- 17
- Sprengring
- A
- Mittelquerschnittsebene
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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