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Ausführungsbeispiele beziehen sich auf einen Stift zum Führen eines Zahnrads und ein Planetengetriebe.
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In vielen Bereichen des Maschinen-, des Anlagen- und des Fahrzeugbaus werden Zahnräder zur Übertragung von Drehbewegungen eingesetzt. Diese werden beispielsweise zur Schaffung einer Unter- bzw. einer Übersetzung ebenso wie zur Richtungsänderungen oder Parallelversetzungen entsprechender Drehbewegungen eingesetzt.
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Die Zahnräder werden hierbei häufig gegenüber anderen Komponenten einer entsprechenden Maschine, Anlage oder einem Fahrzeug drehbar gelagert. Zu diesem Zweck werden beispielsweise Stifte eingesetzt, die eine entsprechende Führung eines solchen Zahnrads ermöglichen. Ein Beispiel hierfür stellen Planetenräder eines Planetengetriebes dar, die bezüglich eines Planetenträgers drehbar gelagert sind. Der Planetenträger ist hierbei häufig selber als drehbare Komponente ausgeführt, während die Planetenräder mit einem Sonnenrad und einem Hohlrad im Eingriff stehen. Natürlich werden auch andere Konfigurationen als die zuvor beschriebene im Rahmen von Planetengetrieben eingesetzt.
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Ein Beispiel für den Einsatz eines Planetengetriebes stellen neben Automatikgetrieben, Differenziale und andere entsprechende Komponenten, wie z. B. Radnaben von Lastkraftwagen und anderen Nutzfahrzeugen, dar. Bei diesen, aber auch bei anderen Anwendungen stellen die Genauigkeit und die erzielbare Toleranz häufig für die Funktion des betreffenden Systems eine wesentliche Voraussetzung dar. Konventionell werden häufig Bauteile mit größeren Toleranzketten eingesetzt, welche zu einer entsprechenden Toleranzsummierung von mehreren Einzeltoleranzen ihrer Einzelteile führen, um beispielsweise entsprechende Planetenzahnräder einer Radnabeneinheit hinsichtlich ihrer axialen Lage zu definieren. Dies kann zu funktionskritischen Toleranzsummierungen führen, wenn es beispielsweise aufgrund einer Unterschreitung der entsprechenden Toleranzen zu einem Klemmen bzw. einer Schwergängigkeit des betreffenden Zahnrads kommt. Ebenso kann ein solches System jedoch auch aufgrund einer Überschreitung der zulässigen Toleranzen zu viel Spiel aufweisen. Um so bei einem konventionellen System die Toleranzen sicher einhalten zu können, muss mit eingeengten Einzeltoleranzen gearbeitet werden, was zu erhöhten Kosten führen kann.
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Die
DE 10 2008 009 279 A1 bezieht sich auf eine Anlaufscheibe für Planetenräder eines Planetengetriebes, während sich die
WO 2010/131617 A1 auf eine Zahnradvorrichtung und die
DE 74 18 166 U auf einen Planetenradbolzen für ein Planetengetriebe bezieht. Die
DE 20 2006 014 562 U1 beschreibt einen Planetenradsatz, die
DE 10 2007 017 138 A1 eine Anordnung eines Planetenbolzens in einem Planetenträger sowie ein Verfahren zur Montage eines Planetenbolzens und die
DE 41 36 040 C1 ein Planetenrädergetriebe mit einer Lamellenkupplung oder -bremse sowie einem rotierenden Ölabschirmzylinder. Die
JP 2002-317864 A bezieht sich auf eine Ritzelwellenanordnungsstruktur für ein Planetengetriebe, während sich die
US 2011/0275468 A1 eine eine Übertragung eines Moments erlaubende, nasse Bremse beschreibt. Die
DE 26 52 652 A1 beschreibt schließlich eine Sicherung für Planetenbolzen bei Planetenräder-Wechselgetrieben.
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Es besteht daher ein Bedarf daran, eine Führung eines Zahnrads zu schaffen, bei der eine kleinere Toleranzkette hinsichtlich der axialen Lager umgesetzt wird.
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Diesem Bedarf tragen ein Stift zum Führen eines Zahnrads gemäß Patentanspruch 1 und ein Planetengetriebe gemäß Patentanspruch 11 Rechnung.
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Ein Stift gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Führen eines Zahnrads umfasst einen im Wesentlichen zylinderförmigen Mantelflächenabschnitt, wobei der Mantelflächenabschnitt einen im Wesentlichen zylinderförmigen Laufflächenabschnitt umfasst, der ausgerichtet und ausgebildet ist, um das Führen des Zahnrads zu ermöglichen. Der Mantelflächenabschnitt umfasst ferner eine Nut, die ausgebildet ist, um einen Sicherungsring aufzunehmen, wobei die Nut bezogen auf den Laufflächenabschnitt derart angeordnet ist, um unmittelbar oder mittelbar über den Sicherungsring eine Führung einer Wälzkörperanordnung auf dem Laufflächenabschnitt entlang einer axialen Richtung des Stifts zu ermöglichen.
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Einem Stift gemäß einem Ausführungsbeispiel liegt so die Erkenntnis zugrunde, dass eine Verkürzung der Toleranzkette dadurch erzielbar ist, dass der Stift die Nut derart aufweist, dass diese zu dem Laufflächenabschnitt gerade so angeordnet ist, dass über den in die Nut einsetzbaren Sicherungsring mittelbar oder unmittelbar eine axiale Ausrichtung einer auf dem Laufflächenabschnitt abrollenden Komponente erzielbar ist. Der Mantelflächenabschnitt ist hierbei im Wesentlichen zylinderförmig ausgestaltet, ebenso wie der Laufflächenabschnitt. Beide können jedoch beispielsweise zusätzliche Strukturen umfassen, wie dies nachfolgend im Rahmen der beschriebenen Ausführungsbeispiele noch erläutert wird. Zu diesen Strukturen können beispielsweise Ausflussöffnungen zur Schmiermittelversorgung oder andere entsprechende Strukturen zählen.
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Ein Stift gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst den Sicherungsring sowie eine Anlaufscheibe, wobei die Anlaufscheibe mit dem Sicherungsring in Anlage steht und so ausgebildet ist, um eine Bewegung der Wälzkörperanordnung durch Inkontakttreten derselben mit der Anlaufscheibe entlang der axialen Richtung wenigstens teilweise zu begrenzen. Der Sicherungsring kann in diesem Fall selbstverständlich in die Nut eingesetzt sein. Durch den Einsatz der Anlaufscheibe, welche über den Sicherungsring hinsichtlich ihrer Position fixiert wird, können so, mit konstruktiv einfachen Mitteln leicht herstellbare Teile verwendet werden, welche mit geringem Aufwand eine hohe Toleranz aufweisen können. Hierdurch kann mithilfe einfacher konstruktiver Maßnahme die Toleranzkette verkürzt werden.
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Bei einem solchen Stift gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Anlaufscheibe an einem der Wälzkörperanordnung abgewandten Seite der Nut angeordnet. Hierdurch kann es gegebenenfalls möglich sein, die Anlaufscheibe ohne eine entsprechende Störung durch den Sicherungsring in einem Gehäuse oder einer anderen Komponente, beispielsweise einem Planetenradträger, zu fixieren. Alternativ oder ergänzend kann es möglich sein, hierdurch die Toleranzkette weiter zu verkürzen, da eine Dicke der Anlaufscheibe nicht zur Toleranzkette beiträgt.
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Optional kann ein Stift gemäß einem Ausführungsbeispiel ferner einen Absatz aufweisen, der an einer der Nut abgewandten Seite des Laufflächenabschnitts angeordnet und so ausgebildet ist, um die Bewegung der Wälzkörperanordnung durch Inkontakttreten derselben mit dem Absatz entlang der axialen Richtung wenigstens teilweise zu begrenzen. Anders ausgedrückt weist der Stift gemäß einem Ausführungsbeispiel im Falle einer solchen Implementierung einen der Nut abgewandten Absatz auf, durch den die axiale Fixierung der betreffenden Komponenten auf dem Laufflächenabschnitt entlang der anderen Richtung ermöglicht wird. Hierdurch kann ebenfalls mithilfe konstruktiv einfacher Mittel eine entsprechende axiale Führung entlang der anderen Richtung ermöglicht werden.
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So kann optional bei einem Stift gemäß einem Ausführungsbeispiel ein Spiel des Zahnrads zwischen dem Absatz und der Anlaufscheibe wenigstens 0,2 mm und höchstens 0,8 mm betragen.
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Optional kann ein Stift gemäß einem Ausführungsbeispiel ferner eine Wälzkörperanordnung umfassen, die ihrerseits wenigstens eine Reihe von um die axiale Richtung des Stifts angeordneten Wälzkörpern und einen Käfig umfasst, wobei der Käfig ausgebildet ist, um die Wälzkörper in axialer und/oder tangentialer Richtung zu führen. Anders ausgedrückt kann der Stift gemäß einem Ausführungsbeispiel ebenso die Wälzkörper und einen Käfig umfassen, mit dessen Hilfe eine entsprechende Lageranordnung realisierbar ist. Der Käfig kann hierbei optional auch so ausgebildet sein, dass diese die Wälzkörper in die radiale Richtung führt oder zumindest ihre Bewegung teilweise begrenzt. Hierdurch kann es gegebenenfalls möglich sein, eine Montagehülse oder andere Komponenten zum Halten der Wälzkörper einzusparen. Die Wälzkörper können hierbei selbstverständlich so angeordnet und ausgebildet sein, dass diese auf dem Laufflächenabschnitt des Mantelflächenabschnitts abrollen bzw. mit diesem in Kontakt stehen können.
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Bei einem solchen Stift gemäß einem Ausführungsbeispiel kann optional der Käfig ausgebildet sein, um die Wälzkörperanordnung in axialer Richtung zu führen. In einem solchen Fall kann also beispielsweise der Käfig über den Sicherungsring mittelbar, beispielsweise über die Anlaufscheibe, oder auch unmittelbar axial geführt werden. Hierdurch kann es gegebenenfalls möglich sein, Wälzkörper einzusetzen, welche in axialer Richtung keine bzw. eine Toleranz einer geringen Toleranzklasse aufweisen.
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Optional kann bei einem Stift gemäß einem Ausführungsbeispiel die Nut zu wenigstens 50% einer Breite der Nut von dem Käfig überdeckt werden. Anders ausgedrückt kann die Nut und der gegebenenfalls eingesetzte Sicherungsring sich vollständig oder zumindest überwiegend innerhalb einer Breite des Käfigs befinden. So kann das genannte Verhältnis beispielsweise auch wenigstens 60%, wenigstens 70%, wenigstens 80%, wenigstens 90% oder auch 100% betragen. Hierdurch kann gegebenenfalls eine kompaktere Bauweise und/oder eine Einstellung eines Spiels des Käfigs und damit der Wälzkörperanordnung realisiert werden. So kann optional bei einem Stift gemäß einem Ausführungsbeispiel ein Spiel des Käfigs wenigstens 0,2 mm und höchstens 0,8 mm betragen.
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Bei einem Stift gemäß einem Ausführungsbeispiel, der Wälzkörper und Käfig umfasst, kann die Wälzkörperanordnung eine Mehrzahl von Reihen von um die axiale Richtung des Stifts angeordneten Wälzkörpern umfassen. In einem solchen Fall kann der Käfig ausgebildet sein, um die Wälzkörper der Mehrzahl von Reihen in axialer und/oder tangentialer Richtung zu führen. Selbstverständlich können auch hier wiederum die Wälzkörper so ausgebildet und angeordnet sein, dass diese auf dem Laufflächenabschnitt des Mantelflächenabschnitts abrollen bzw. mit diesem in Kontakt stehen können. Durch die Verwendung des gemeinsamen Käfigs zur Führung der mehreren Reihen von Wälzkörpern kann es gegebenenfalls möglich sein, die Montage bzw. Fertigung eines entsprechenden Stifts weiter zu vereinfachen, da nunmehr nur ein einziger Käfig zur Führung der Wälzkörper zu montieren ist.
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Bei einem Stift gemäß einem Ausführungsbeispiel, der Wälzkörper und einen Stift umfasst, können optional die Wälzkörper nadelförmige, zylinderförmige, rollenförmige, tonnenförmige und/oder kugelförmige Wälzkörper umfassen. Je nach konkreter Ausgestaltung kann es hier gegebenenfalls ratsam sein, nadelförmige, zylinderförmige oder rollenförmige Wälzkörper zu implementieren, wobei es im Interesse einer einfachen Montage gegebenenfalls interessant sein kann, nadelförmige Wälzkörper zu verwenden, die ein größeres Verhältnis von axialer Länge zu Durchmesser als zylinderförmige oder rollenförmige Wälzkörper aufweisen. Hierdurch kann die Zahl der zu montierenden Wälzkörper und damit der zu montierenden Teile reduziert werden, was sich wiederum in einer vereinfachten Montage des Stifts niederschlagen kann.
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Bei einem Stift gemäß einem Ausführungsbeispiel, der Wälzkörper und einen Käfig umfasst, kann der Käfig einen metallischen Werkstoff und/oder einen Kunststoff umfassen. Als metallischer Werkstoff werden hierbei alle Werkstoffe angesehen, die ein Metall umfassen und im physikalischen Sinn ein metallisches Verhalten aufweisen. Zu diesen zählen also beispielsweise reine Metalle, Legierungen, jedoch auch Metalle oder Legierungen, welche nichtmetallische Komponenten umfassen. Als Kunststoffe werden grundsätzlich alle Polymere angesehen, welche zur Führung von Wälzkörpern geeignet sind. Hierzu zählen beispielsweise spritzgießtaugliche Kunststoffe, wobei es natürlich gegebenenfalls ratsam sein kann, den betreffenden Kunststoff an die während des Einsatzes herrschenden Umweltbedingungen anzupassen bzw. entsprechend auszuwählen. Als Käfige können so beispielsweise Vollmetallkäfige, Blechkäfige mit oder ohne Naht, also auch nahtlose Blechkäfige, sowie Spritzgießkäfige und Hybridkäfige zum Einsatz kommen, die sowohl metallische Werkstoffe wie auch Kunststoffkomponenten umfassen.
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Ein Ausführungsbeispiel umfasst darüber hinaus ein Planetengetriebe mit einer Mehrzahl von Planetenrädern, wobei die Planetenräder der Mehrzahl von Planetenrädern über jeweils einen Stift gemäß einem Ausführungsbeispiel auf einem Planetenträger geführt sind. Optional können die Planetenräder hierbei eine entsprechende Gegenlaufbahn aufweisen, an denen die Wälzkörper abrollen bzw. mit diesen in Kontakt stehen.
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Benachbart sind hierbei zwei Objekte, zwischen denen kein weiteres Objekt desselben Typs angeordnet ist. Unmittelbar benachbart sind entsprechende Objekte, wenn sie aneinandergrenzen, also beispielsweise miteinander in Kontakt stehen. Unter einer einstückig ausgebildeten Komponente wird eine solche verstanden, die genau aus einem zusammenhängenden Materialstück gefertigt ist. Der Begriff „einstückig” kann daher synonym mit den Begriffen „integral” oder „einteilig” verwendet werden. Eine mechanische Kopplung zweier Komponenten umfasst sowohl eine unmittelbare, wie auch eine mittelbare Kopplung.
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Ein Bauteil ist hierbei nahtlos, wenn dieses entlang eines geschlossenen Pfads um eine vorbestimmte Richtung, beispielsweise eine axiale Richtung oder eine Symmetrieachse, keine Naht aufweist, an der durch eine entsprechende Verbindungstechnik, beispielsweise eine stoffschlüssige Verbindungstechnik und hier insbesondere durch ein Schweißen, Löten oder Verkleben, das Bauteil mit sich selbst oder einem anderen Bauteil verbunden ist.
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Trotz des Wortbestandteils „Richtung” kann es sich bei den einzelnen „Richtungen” im vorliegenden Fall nicht notwendigerweise um eine Richtung im mathematischen Sinne eines Vektors, sondern um eine Linie handeln, entlang derer die entsprechende Bewegung erfolgt. Eine solche Linie kann geradlinig, jedoch auch gebogen sein. Abzugrenzen sind hier Richtungen, die tatsächlich Richtungen entlang einer Linie, beispielsweise der Bewegungsrichtung, beschreiben. So kann beispielsweise eine erste Richtung einer zweiten Richtung entgegengerichtet sein, beide jedoch entlang einer auch als Richtung bezeichneten Linie verlaufen oder gerichtet sein.
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Eine Komponente kann beispielsweise eine n-zählige Rotationssymmetrie aufweisen, wobei n eine natürliche Zahl größer oder gleich 2 ist. Eine n-zählige Rotationssymmetrie liegt dann vor, wenn die betreffende Komponente beispielsweise um eine Rotations- oder Symmetrieachse um (360°/n) drehbar ist und dabei im Wesentlichen formenmäßig in sich selbst übergeht, also bei einer entsprechenden Drehung im Wesentlichen auf sich selbst im mathematischen Sinn abgebildet wird. Im Unterschied hierzu geht bei einer vollständigen rotationssymmetrischen Ausgestaltung einer Komponente bei einer beliebigen Drehung um jeden beliebigen Winkel um die Rotations- oder Symmetrieachse die Komponente formenmäßig im Wesentlichen in sich selbst über, wird also im mathematischen Sinn im Wesentlichen auf sich selbst abgebildet. Sowohl eine n-zählige Rotationssymmetrie wie auch eine vollständige Rotationssymmetrie wird hierbei als Rotationssymmetrie bezeichnet.
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Hierbei kommt eine kraftschlüssige oder reibschlüssige Verbindung durch Haftreibung, eine stoffschlüssige Verbindung durch molekulare oder atomare Wechselwirkungen und Kräfte und eine formschlüssige Verbindung durch eine geometrische Verbindung der betreffenden Verbindungspartner zustande. Die Haftreibung setzt somit insbesondere eine Normalkraftkomponente zwischen den beiden Verbindungspartnern voraus.
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Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
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1 zeigt eine Querschnittsdarstellung durch einen Stift gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
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2 zeigt eine Querschnittsdarstellung durch einen konventionellen Stift.
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Bei der nachfolgenden Beschreibung der beigefügten Darstellungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten. Ferner werden zusammenfassende Bezugszeichen für Komponenten und Objekte verwendet, die mehrfach in einem Ausführungsbeispiel oder in einer Darstellung auftreten, jedoch hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale gemeinsam beschrieben werden. Komponenten oder Objekte, die mit gleichen oder zusammenfassenden Bezugszeichen beschrieben werden, können hinsichtlich einzelner, mehrerer oder aller Merkmale, beispielsweise ihrer Dimensionierungen, gleich, jedoch gegebenenfalls auch unterschiedlich ausgeführt sein, sofern sich aus der Beschreibung nicht etwas anderes explizit oder implizit ergibt.
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1 zeigt eine Querschnittsdarstellung durch einen Stift 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Führen eines Zahnrads 110, bei dem es sich genauer gesagt um ein Planetenrad 120 eines Planetengetriebes handelt. Entsprechend weist das Zahnrad 110 mehrere Zahnradflanken 130 auf, die mit entsprechenden anderen Zahnrädern im Eingriff stehen können. Die betreffenden anderen Zahnräder sind jedoch zur Vereinfachung der Darstellung in 1 nicht gezeigt.
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Der Stift 100 weist einen im Wesentlichen zylinderförmigen Mantelflächenabschnitt 140 auf, der sich von einem perfekt zylinderförmigen Mantelflächenabschnitt im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass dieser weitere Strukturen aufweist, wie sie nachfolgend beschrieben werden. Der Mantelflächenabschnitt 140 weist so eine ebenfalls im Wesentlichen zylinderförmig ausgestalteten Laufflächenabschnitt 150 auf, der gerade so ausgerichtet und ausgebildet ist, um das Führen des Zahnrads 110 zu ermöglichen. Auch der Laufflächenabschnitt 150 ist nur im Wesentlichen zylinderförmig ausgestaltet und umfasst weitere Strukturen, wie dies nachfolgend ebenfalls noch erläutert wird.
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So umfasst sowohl der Mantelflächenabschnitt 140 wie auch der Laufflächenabschnitt 150 beispielsweise einen oder mehrere Ausflusskanäle 160, über welche ausgehend von einer zentralen Bohrung 170 in dem Stift 100 der Laufflächenabschnitt 150 mit einem Schmiermittel versorgt werden kann. Die Ausflusskanäle 160 stehen hierbei im Wesentlichen senkrecht auf der zentralen Bohrung 170 und einer axialen Richtung 180 des Stifts 100. Anders ausgedrückt, erstrecken sich bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel die Ausflusskanäle 160 im Wesentlichen in radialer Richtung. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind sie darüber hinaus in Form einer durchgehenden Bohrung durch den Stift 100 ausgeführt, wobei der Stift 100 bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel genau die zwei gezeigten Ausflusskanäle 160 umfasst. Selbstverständlich können bei anderen Ausführungsbeispielen entsprechend mehr und/oder weniger Ausflusskanäle implementiert werden, die unabhängig von ihrer Anzahl auch anders angeordnet sein können. Diese können beispielsweise in Form von Sackbohrungen ausgeführt sein, welche in der zentralen Bohrung 170 enden, ohne den Stift 100 vollständig zu durchdringen.
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Um eine Ausrichtung der Ausflusskanäle 160 zu ermöglichen, weist der in 1 gezeigte Stift 100 im Bereich der Stirnseite 190 in einer umlaufenden Nut 200 eine Ausrichtungsbohrung 210 auf. Die Ausrichtungsbohrung 210 stimmt hierbei hinsichtlich ihres Drehwinkels um die axiale Richtung 180, die auch eine Symmetrieachse des Stifts 100 darstellt, mit dem Winkel wenigstens einer der Ausflusskanäle 160 überein. Hierdurch kann es beispielsweise möglich sein, den Stift 100 so auszurichten, dass in die zentrale Bohrung 170 eingedrungenes Schmiermittel aufgrund von Zentrifugalkräften durch den betreffenden Ausflusskanal 160 zu dem Laufflächenabschnitt 150 gefördert bzw. transportiert wird.
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Um einen entsprechenden Zufluss des Schmiermittels, bei dem es sich beispielsweise um ein Öl aus einem Ölsumpf handeln kann, zu ermöglichen, mündet die zentrale Bohrung 170 in einer stirnseitig 190 angeordneten Ausnehmung 220.
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Der Stift 100 umfasst ferner eine Nut 230 in dem Mantelflächenabschnitt 140, die gerade so ausgebildet ist, um einen Sicherungsring 240 aufzunehmen. Die Nut 230 und der Sicherungsring 240 sind nun gerade auf dem Laufflächenabschnitt 150 so angeordnet, dass durch diese mittelbar oder unmittelbar eine Wälzkörperanordnung 250 entlang der axialen Richtung 180 geführt werden kann. Zu diesem Zweck weist der Stift 100 ferner eine Anlaufscheibe 260 auf, die mit dem Sicherungsring 240 an einer der Nut 230 abgewandten Seite in Anlage steht. Die Anlaufscheibe 260 ist nun gerade so dimensioniert, dass die Wälzkörperanordnung 250 mit dieser in Kontakt treten kann und entsprechend durch diese hinsichtlich ihrer Bewegung entlang der axialen Richtung 180 wenigstens teilweise begrenzt wird. Darüber hinaus dient die Anlaufscheibe 260 ebenso der Führung des Zahnrads 110, welches ebenfalls mit einer entsprechenden Seitenfläche mit der Anlaufscheibe 260 in Kontakt treten kann. Die Anlaufscheibe 260 wird neben dem Sicherungsring 240 durch ein in 1 nicht gezeigtes Gehäuse, bei dem es sich beispielsweise um einen Teil des Planetenträgers handeln kann, entlang der anderen Richtung der axialen Richtung 180 fixiert.
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Zur axialen Fixierung des Zahnrads 110 sowie der Wälzkörperanordnung 250 weist der Stift 100 ferner einen Absatz 270 auf, der an einer der Nut 230 abgewandten Seite des Stifts 100 angeordnet ist. Der Absatz 270 wird durch einen Übergangsbereich 280 gebildet, welche einen Durchmesser aufweist, der größer als der des Mantelflächenabschnitts 140 ist. Der Absatz 270 verläuft bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen entlang der radialen Richtung, kann jedoch bei anderen Ausführungsbeispielen auch unter einem leicht geneigten Winkel geführt sein. Auch mit dem Absatz 270 treten so das Zahnrad 110 und die Wälzkörperanordnung 250 in Kontakt und werden hierdurch in Bezug auf die andere Richtung entlang der axialen Richtung 180 geführt.
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Die Wälzkörperanordnung 250 umfasst bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von Reihen 290 von Wälzkörpern 300, bei denen es sich genauer gesagt bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel um nadelförmige Wälzkörper 300 handelt. Die Wälzkörperanordnung 250 weist bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel noch genauer gesagt zwei Reihen 290-1, 290-2 von Wälzkörpern 300 auf, wobei jedoch bei anderen Ausführungsbeispielen auch eine höhere oder eine geringere Anzahl von Reihen 290 von entsprechenden Wälzkörpern 300 implementiert sein können.
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Darüber hinaus umfasst die Wälzkörperanordnung 250 einen Käfig 310, der im vorliegenden Fall zur Führung der Wälzkörper 300 alle Reihen 290 in axialer Richtung 180 und der tangentialen Richtung, also der Umfangsrichtung um den Stift 100 herum, in der Lage ist. Selbstverständlich kann bei anderen Ausführungsbeispielen der Käfig 310 gegebenenfalls auch nicht zur Überführung in axialer oder tangentialer Richtung ausgebildet sein.
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Der Käfig 310 weist einen Durchmesser auf, der außerhalb einer Mittellinie 320 liegt, welche die Rotationsachse der Wälzkörper 300 wiedergibt. Der Käfig 310 ist bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel auch in der Lage, die Wälzkörper 300 entlang der Umfangsrichtung zu führen, weist also entsprechende Öffnungen auf, durch die die Wälzkörper 300 hindurch ragen können. Die Öffnungen, die auch als Taschen bezeichnet werden, weisen hierbei eine Erstreckung in Umfangsrichtung, also entlang der tangentialen Richtung auf, die kleiner als ein Durchmesser der Wälzkörper 300 ist, sodass der Käfig 310 die Wälzkörper 300 auch gegen ein Herausfallen in radialer Richtung sichern kann. Anders ausgedrückt, kann dieser die Wälzkörper 300 also auch in radialer Richtung zumindest teilweise führen oder ihre Bewegung entlang der radialen Richtung begrenzen. Hierdurch kann es gegebenenfalls möglich sein, zusätzliche Montagehülsen oder ähnliche Konstruktionen zur Montage des Stifts 100 bzw. zur Montage der Wälzkörperanordnung 250 auf dem Stift 100 einzusparen. Selbstverständlich kann eine entsprechende radiale Führung des Käfigs 310 bei anderen Ausführungsbeispielen gegebenenfalls eingespart werden.
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Der Käfig 310 kann hierbei grundsätzlich aus unterschiedlichen Materialien gefertigt werden. So kann der Käfig 310 beispielsweise einen metallischen Werkstoff und/oder einen Kunststoff umfassen, also beispielsweise als Vollmetallkäfig, als Blechkäfig mit oder ohne Naht, aber auch als Spritzgießteil oder als Hybridkäfig mit sowohl metallischem Werkstoff als auch einem Kunststoff realisiert werden.
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Der Käfig 310 ist darüber hinaus bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel gerade so ausgebildet, dass diese die axiale Führung der Wälzkörperanordnung 250 übernimmt und so mit der Anlaufscheibe 260 und dem Absatz 270 in Kontakt treten kann. Zu diesem Zweck weist der Käfig 310 zu beiden Seiten der Reihen 290 von Wälzkörpern 300 jeweils einen Überhang 330 auf, der sich in axialer Richtung weiter als die entsprechenden Wälzkörper 300 der betreffenden Reihe 290 zu dem Absatz 270 bzw. der Anlaufscheibe 260 hin erstreckt. Die Anlaufscheibe 260 und der Absatz 270 treten also mit den betreffenden Überhängen 330 des Käfigs 310 in Kontakt.
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Darüber hinaus umfasst der Käfig 310 einen Mittelabschnitt 340, der zwischen den Reihen 290 von Wälzkörpern 300 angeordnet ist und hinsichtlich seiner Position gerade mit dem Austritt des Ausflusskanäle 160 übereinstimmt, sodass ein aus dem Ausflusskanälen 160 austretendes Schmiermittel ungehindert an den Laufflächenabschnitt 150 und damit an die Wälzkörper 300 gelangen kann. Lediglich der Vollständigkeit halber soll an dieser Stelle noch erwähnt werden, dass selbstverständlich auch das Zahnrad 110 eine dem Laufflächenabschnitt 150 entsprechende Gegenlaufbahn 350 aufweist, die mit den Reihen 290 der Wälzkörper 300 in Kontakt steht und so ein Abrollen derselben zwischen dem Zahnrad 110 und dem Stift 100 ermöglicht. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird so also ein Sicherungsring 240, bei dem es sich beispielsweise um einen Sprengring handeln kann, in die Nut 230 des auch als Pin bezeichneten Stifts 100 eingesetzt.
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Der Käfig 310 – und damit die Wälzkörperanordnung 250 – sowie das Zahnrad 110 können so durch eine Wechselwirkung mit dem Absatz 270 und/oder der Anlaufscheibe 260 ein Spiel aufweisen, das beispielsweise zwischen 0,2 mm und 0,8 mm liegt. Selbstverständlich können bei anderen Ausführungsbeispielen auch andere Werte angenommen werden. So können sich die Nut 230 und der Sicherungsring 240 beispielsweise vollständig oder zumindest überwiegend innerhalb der Käfigbreite befinden.
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Um einen besseren Vergleich mit einem konventionellen Stift zu ermöglichen, zeigt 2 einen konventionellen Stift 400, bei dem zur Vereinfachung der Darstellung kein Zahnrad 100 dargestellt ist. An seiner Stelle zeigt 2 vielmehr eine Montagehülse 410 mit deren Hilfe eine Anordnung 420 von Wälzkörpern 300 in radialer Richtung gehalten wird, welche sich von der Wälzkörperanordnung 250 des Stifts 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel signifikant unterscheidet.
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Abgesehen von dem Unterschied hinsichtlich der Anordnung 420 der Wälzkörper 300 zu der Wälzkörperanordnung 250 des Stifts 100 aus 1 unterscheidet sich der konventionelle Stift 400 hinsichtlich des Mantelflächenabschnitts 140 dadurch, dass dieser gerade keine Nut 230 aufweist, in die ein Sicherungsring 240 einsetzbar ist. Im Hinblick auf die Ausgestaltung des Absatzes 270, des Übergangsbereichs 280 sowie der Kanäle für die Schmiermittelversorgung (Ausnehmung 220, zentrale Bohrung 170, Ausflusskanäle 160 und Ausrichtungsbohrung 210) unterscheidet sich der konventionelle Stift 400 von dem Stift 100 aus 1 jedoch nicht.
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Die Anordnung 420 der Wälzkörper 300 unterscheidet sich jedoch massiv von der des Stifts 100 aus 1. Während die bereits zuvor erwähnte Reduzierung der Toleranzkette bei dem Stift 100 durch das Vorsehen der Nut 230, sowie das Einsetzen des Sicherungsrings 240 und das Inkontaktbringen der Anlaufscheibe 260 an der der Wälzkörperanordnung abgewandten Seite der Nut 230 dazu geführt hat, dass die Toleranzkette im vorliegenden Ausführungsbeispiel im Wesentlichen nur durch die Toleranz der Lage der Nut 230 sowie die Dicke des Sicherungsrings 240 bestimmt wird, wird die axiale Lage der Anordnung 420 bei der in 2 gezeigten Anordnung durch eine Vielzahl, genauer gesagt durch eine Toleranzkette bestimmt, welche sich über insgesamt 7 Komponenten erstreckt.
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So weist die Anordnung 420 zunächst eine erste Distanzscheibe 430 auf, die in direkter Anlage zu dem Absatz 270 steht. An die erste Distanzscheibe 430 schließt sich eine erste Reihe 290-1 von Wälzkörpern 300 an, bei denen es sich um Zylinderrollen handelt. Unmittelbar an die erste Reihe 290-1 der Wälzkörper 300 schließt sich eine zweite Reihe 290-2 von Wälzkörpern 300 an, die in Anlage zu einer Mitteldistanzscheibe 440 steht. An einer der zweiten Reihe 290-2 abgewandten Seite steht diese mit einer dritten Reihe 290-3 von Wälzkörpern 300 in Kontakt, die wiederum mit einer vierten Reihe 290-4 von Wälzkörpern 300 in Kontakt steht. An die vierte Reihe 290-4 von Wälzkörpern 300 schließt sich eine zweite Distanzscheibe 450 an, welche im montierten Zustand mit der Anlaufscheibe 260 in Kontakt treten kann.
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Aufgrund dieser sehr komplexen Anordnung 420 der Wälzkörper 300 erstreckt sich so die Toleranzkette über die insgesamt sieben Einzelbauteile bzw. ihrer Einzeltoleranzen. Die Toleranzkette ist so als Summe der Einzeltoleranzen der Toleranz der Lage des Absatzes 270 zu dem Stift 400, der wiederum auch als Pin bezeichnet wird, sowie die Toleranz der ersten Distanzscheibe 430, die auch als Spacer bezeichnet wird, gegeben. Hinzutreten die Toleranzen der insgesamt vier Reihen 290-1, ..., 290-4 der Wälzkörper 300, die auch als Rollen bezeichnet werden, sowie der ebenfalls als Spacer bezeichneten Mitteldistanzscheibe 440. Je nach konkreter Implementierung kann zusätzlich ebenso noch die Toleranz der zweiten Distanzscheibe 450, welche ebenfalls als Spacer bezeichnet wird, einen Beitrag zu der Toleranzkette liefern. Unter ungünstigen Bedingungen kann so die Toleranzkette durch die Toleranzen der Einzelteile der Lage des Absatzes 270 zu dem Stift 400, insgesamt drei Distanzscheiben 430, 440, 450 und der vier Reihen 290 der Zylinderrollen 300 gegeben sein. Bei dem in 2 gezeigten Stift 400 werden im Übrigen typischerweise Zylinderrollen verwendet, da diese stirnseitig geschliffen werden und damit eine engere Längentoleranz als beispielsweise die typischerweise ungeschliffenen Nadeln aufweisen.
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Die Gesamttoleranz des Stifts 400, wie er in 2 gezeigt ist, ist somit als Summe der Einzeltoleranzen von insgesamt 7 oder 8 Bauteilen gegeben. Nimmt man beispielsweise eine Toleranz von 0,18 mm an, ist es an dieser Stelle ratsam, gegebenenfalls sogar notwendig, teure Zylinderrollen anstelle von Nadelrollen zu verwenden, um so die geforderte Gesamttoleranz einhalten zu können. Dies kann unabhängig davon dennoch aufwendig sein, da auch die Lage des Absatzes 270 zu dem Stift 400 mit einer entsprechenden Toleranz gefertigt sein muss.
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Im Unterschied hierzu wird also bei einem Stift 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel die konventionelle vollrollig ausgestaltete Einheit durch eine Käfigvariante ersetzt. Dies ermöglicht es, die axiale Lage des Käfigs 310 durch den Spreng- bzw. Sicherungsring 240 und die Anlaufscheibe 260 zu gewährleisten. Darüber hinaus können auch die üblichen Verbesserungen durch den Einsatz eines Käfigs 310 realisiert werden, zu denen beispielsweise eine geringere Reibung aber auch eine einfachere Montage der Wälzkörperanordnung 250 auf dem Stift 100 zählen kann, da der Käfig 310, wie ausgeführt wurde, so ausgestaltet sein, dass dieser auch die Nadeln bzw. Wälzkörper 300 halten kann. Der Abstand der Springringnut (Nut 230) bestimmt bei dem Stift 100 die axiale Lage des Planetenzahnrads 120 (Zahnrad 110) und damit die benötigte oder zur Verfügung stehende Axialluft. Im Vergleich zu der konventionellen Lösung ist so die Toleranzkette geringer, wodurch Entfeinerungen und damit gegebenenfalls auch Kosteneinsparungen realisierbar sind, sowie eine erhöhte Funktionssicherheit gegebenenfalls gewährleistet werden kann.
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Bei dem in 1 gezeigten Stift 100 kann so die Gesamttoleranz beispielsweise aus nur zwei Bauteilen, nämlich der Lage der Nut 230 und der Toleranz des Sicherungsrings 240, gebildet werden, wobei die Herstellung bereits dadurch vereinfacht werden kann, dass beispielsweise, die für den Sicherungsring 240 und die Anlaufscheibe 260 vorgesehenen Scheiben handelsüblich bereits mit Toleranzen von je 0,02 mm verfügbar sind. Ausgehend von der bereits zuvor genannten Gesamttoleranz von 0,18 mm verbleibt so eine Toleranz von 0,16 mm bzw. 0,14 mm für die Lage der Nut 230 in dem Stift 100. Dies stellt häufig eine fertigungstechnisch vergleichsweise einfache und damit kostengünstige Implementierung dar.
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Eine solche Käfighalterung, beispielsweise für eine Planetenradlagerung, kann so gegebenenfalls kostengünstiger hergestellt werden. Ebenfalls kann durch die erzielbare Toleranzreduzierung gegebenenfalls die Funktionssicherheit erhöht werden, da weniger Bauteile betroffen sind. Ebenso kann gegebenenfalls eine Austauschbarkeit erleichtert bzw. verbessert werden, sowie eine einfachere Montage umgesetzt werden.
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Der Einsatz eines Ausführungsbeispiels kann es so ermöglichen, eine Führung eines Zahnrads 110 zu schaffen, bei der eine kleinere Toleranzkette hinsichtlich der axialen Lage umgesetzt wird.
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Wie bereits mehrfach erläutert wurde, können Ausführungsbeispiele beispielsweise im Nutzkraftfahrzeugbereich, beispielsweise für Lastkraftwagen im Bereich einer Planetenlagerung einer Radnabe eingesetzt werden. Ausführungsbeispiele sind jedoch bei weitem nicht auf dieses Einsatzgebiet beschränkt, sondern können grundsätzlich in allen Bereichen eingesetzt werden, bei denen beispielsweise Planetengetriebe aber auch andere Zahnräder geführt werden sollen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Stift
- 110
- Zahnrad
- 120
- Planetenrad
- 130
- Zahnflanke
- 140
- Mantelflächenabschnitt
- 150
- Laufflächenabschnitt
- 160
- Ausflusskanal
- 170
- Zentrale Bohrung
- 180
- axiale Richtung
- 190
- Stirnseite
- 200
- umlaufende Nut
- 210
- Ausrichtungsbohrung
- 220
- Ausnehmung
- 230
- Nut
- 240
- Sicherungsring
- 250
- Wälzkörperanordnung
- 260
- Anlaufscheibe
- 270
- Absatz
- 280
- Übergangsbereich
- 290
- Reihe
- 300
- Wälzkörper
- 310
- Käfig
- 320
- Mittellinie
- 330
- Überhang
- 340
- Mittelabschnitt
- 350
- Gegenlaufbahn
- 400
- Stift
- 410
- Montagehülse
- 420
- Anordnung
- 430
- erste Distanzscheibe
- 440
- Mitteldistanzscheibe
- 450
- zweite Distanzscheibe
