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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Getriebe zumindest gebildet aus wenigstens einem Zentralrad, aus mindestens einem mit dem Zentralrad im Zahneingriff stehenden Satz Planetenräder, aus zumindest einem Planetenträger und gebildet aus zumindest einer Lagerstelle, wobei die Planetenräder mit Abstand zu einer Zentralachse des Getriebes an dem Planetenträger rotierbar gelagert sind, der Planetenträger zumindest an der Lagerstelle mittels wenigstens eines Radialrollenlagers um die Zentralachse rotierbar sowie mittels mindestens eines Axialrollenlagers mit der Zentralachse gleichgerichtet an einem Gehäuse des Getriebes axial abgestützt ist, und wobei das Radialrollenlager wenigstens eine erste Reihe umfangsseitig zueinander benachbarter erster Rollen und das Axialrollenlager wenigstens eine zweite Reihe umfangsseitig um die Zentralachse zueinander benachbarter zweiter Rollen aufweist, wobei jede der ersten Rollen um eine eigene zur Zentralachse parallele erste Wälzachse sowie jede der zweiten Rollen um eine eigene und zur Zentralachse geneigte zweite Wälzachse abwälzbar ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Derartige Getriebe sind zum Beispiel als Differenziale ausgeführt. Ein Kegelraddifferenzial der Gattung ist in
DE2164551A beschrieben. Beim Typ eines Kegelraddifferenzials sind die Planetenräder und Ausgleichsräder als Kegelräder ausgeführt. Die Zentralräder sind die Abtriebsräder, welche auch als Kegelräder ausgeführt sind. Die Rotationsachse der Planetenräder verläuft quer zur Zentralachse ausgerichtet. Die Zentralachse ist die Rotationsachse der Abtriebsräder und des Planetenträgers. Der Planetenträger wird auch als Differenzialkorb bezeichnet. An dem Differenzialkorb ist ein als Kegelrad ausgeführtes Antriebsrad befestigt, über welches der Differenzialkorb und damit die mit den Abtriebsrädern des Differenzials wirkverbundenen Achsen oder Fahrzeugräder angetrieben werden. An dem Antriebsrad wirken entsprechend der Antriebsleistung des Fahrzeugs und der damit verbundenen Drehmomente Zahnkräfte, die in axiale und in radiale Komponenten zerlegt sind. Das Differenzial weist zur Abstützung dieser Komponenten eine Stützstruktur auf, die aus dem Planetenträger, einem Gehäuse und zwei der Lagerstellen gebildet ist. Jede der Lagerstellen ist jeweils aus dem Radial- und aus einem Axialrollenlager gebildet, über die der Differenzialkorb drehbar an dem Gehäuse des Differenzials gelagert ist.
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Weiterhin sind z.B. aus einem Fachartikel der
ATZ-2011-02, S. 108–113, "Kompakte Leichtbaudifferenziale" von den Autoren Smetana und Biermann Stirnraddifferenziale bekannt, deren Zahnräder Stirnräder mit Gerad- oder Schrägverzahnung sind. In diesem Differenzial sind die Ausgleichsräder Planetenräder, deren Rotationsachse parallel zur Zentralachse ausgerichtet ist. Die Abtriebsräder sind Sonnenräder, wobei jeweils ein Satz Planetenräder mit einem Sonnenrad im Zahneingriff steht. Außerdem steht jeweils ein Planetenrad des einen Satzes im Zahneingriff mit einem Planetenrad des anderen Satzes. Das in dem Fachartikel beschriebene Differenzial weist als Antriebsrad ein Stirnrad mit Schrägverzahnung auf, das mit dem als Differenzialkorb ausgebildeten Planetenträger verbunden ist.
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Beschreibung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Getriebe zu schaffen, dessen Stützstruktur mit Sicht auf hohe Steifigkeit und hohe Tragzahlen verbessert ist und trotzdem wenig Bauraum beansprucht.
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Die Aufgabe ist nach dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist X ein Abstand X zwischen einer Stirnseite einer der am weitesten radial außen liegenden Axialrolle des Axialrollenlagers und der dem Gehäuse fest zugeordneten Wälzlaufbahn der Rollen des Radiallagers, der wie folgt durch eine Bedingung bestimmt ist:
0,5 ≤ X ≥ 1,5
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Mit einer derartigen Anordnung ist es möglich, ein Getriebe mit einer Lagerstruktur zu schaffen, in dem auch bei hohen Drehmomenten ein Differenzial starr gegenüber seiner Umgebungskonstruktion abgestützt ist und die trotzdem sehr kompakt ist. Das hat den Vorteil, dass der Zahnkontakt und die Wälzverhältnisse der miteinander im Zahneingriff stehenden Zahnräder stabil bleiben. Das betrifft den Zahnkontakt am Antriebszahnrad in einem Final Drive oder den Zahnkontakt der Ausgleichsräder mit den Abtriebsrädern. Darüber hinaus ist es möglich, eine Lagerstelle zu schaffen, die bei geringen Abmessungen aufgrund geringerer Verkippungen mehr Lasten aufnehmen kann. Die Lagerstelle beansprucht wenig Bauraum.
X ergibt sich aus:
A – (0,5 × lW2) + (0,5 × dW1).
lW2 ist die mit der zweiten Wälzachse gleichgerichtete größte Länge lW2 der Rollen.
dW1 ist der kleinste Durchmesser der ersten Rollen.
A ist jeweils der kürzeste Abstand zwischen einer parallel zur Zentralachse verlaufenden Schnittgerade und der ersten Wälzachse.
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Die Schnittgerade schneidet die zweite Wälzachse hälftig der größten Länge lW2 der Rollen des Axiallagers und verläuft parallel zur ersten Wälzachse der Rollen des Radiallagers.
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Dementsprechend ist es möglich, eine Ausgestaltung der Erfindung vorzusehen, nach der wenigstens eine außen an den Rollen des Radialrollenlagers anliegende erste Wälzlaufbahn abweichend vom Stand der Technik rotationsfest mit dem Planetenträger und nicht mit einem Gehäuse wirkverbunden ist.
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Dadurch ergibt sich, dass mindestens eine innen an den Rollen der Radialrollenlagers anliegende zweite Wälzlaufbahn außen von einer Wälzlaufbahn umgeben ist, welche dem Planetenträger bzw. Differenzialkorb und nicht dem Gehäuse zugeordnet ist. Da die Wälzlaufbahnen zylindrisch sind, ist die innen an den Rollen anliegende Wälzlaufbahn außenzylindrisch und die außen an den Rollen anliegende Wälzlaufbahn dementsprechend innenzylindrisch. Der Innenradius der dem Planetenträger zugeordneten Wälzlaufbahn ist größer als der Außenradius der dem Gehäuse zugeordneten Außenlaufbahn. Rollen sind die bekannten im Wesentlichen zylindrischen Wälzkörper, die auch ballig ausgebildet sein können mit beliebigen Durchmessern und mit beliebigen Längen.
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An dem Getriebe wirken, wie schon im Kapitel „Hintergrund der Erfindung“ beschrieben wurde, entsprechend der Antriebsleistung des Fahrzeugs und der damit verbundenen Drehmomente Zahnkräfte, die in einem Lastangriffspunkt resultieren und in axiale und in radiale Komponenten zerlegt sind. Axial ist mit der Zentralachse gleichgerichtet und radial ist die Richtung quer zur Zentralachse. Der radiale Abstand des Lastangriffspunktes ist von den Abmessungen des Antriebsrades, der Verzahnung und vom dem Zahneingriff mit einem weiteren Zahnrad abhängig und kann während des Fahrzeugbetriebs auch geringfügig auswandern. Eine gedachte Stützgerade ist durch den Lastangriffspunkt so gelegt, dass diese zugleich durch den Lastangriffspunkt verläuft und dabei die erste Schnittgerade und die zweite Zentralachse schneidet. Die erste Schnittgerade ist durch die Stützgerade an einem Schnittpunkt geschnitten, an dem sich die erste Schnittgerade und eine zweite Schnittgerade schneiden. Die zweite Schnittgerade schneidet die Rotationsachse der Rollen des Radiallagers senkrecht und hälftig deren maximalen oder minimalen Rollenlänge. Die Stützgerade entspricht in ihrer Richtung und Wirkung der Kontaktlinie eines Schräglagers und ist die Resultierende der Stützkräfte der Lagerstruktur, die sich aus radialen und axialen Komponenten zusammensetzt.
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Der zwischen der Stützgeraden und der Zentralachse eingeschlossenen Winkel kann beliebig groß sein ist aber auf jeden Fall kleiner als 90°. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Winkel maximal 45° ist. Der Vorteil einer derartigen Anordnung, insbesondere, wenn der Planetenträger beidseitig mit einer kombinierten Radial-Axiallagerung gemäß Erfindung versehen ist, liegt darin, dass der Stützweite der auf diese Weise in O-Anordnung ausgeführten beidseitigen Lagerstruktur sehr weit ist und hohe Verkippungen aufnehmen kann.
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Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt ein Getriebe 1 in einem Längsschnitt entlang einer Zentralachse 2. Das Getriebe 1 ist aus zwei Zentralrädern 3 und 4, aus zwei Sätzen Planetenrädern 5 und 6, aus einem Planetenträger 7, aus zwei Lagerstellen 8 sowie aus einem Gehäuse 9 gebildet. Von dem Gehäuse 9 sind lediglich gehäusfeste Zapfen 9a dargestellt. Die Planetenräder 5 und 6, von denen in 1 jeweils nur eins teilweise dargestellt ist, sind mit radialem Abstand um jeweils eine Rotationsachse rotierbar an dem Planetenträger 7 gelagert. Die Zentralräder 3 und 4 sind jeweils als Sonnenrad 10 und 11 ausgeführt. Jeweils ein Planetenrad 5 steht im Zahneingriff mit dem Sonnenrad 10 sowie mit einem Planetenrad 6 und jedes Planetenrad 6 steht im Zahneingriff mit dem Sonnenrad 11. Auf dem Planetenträger 7 sitzt ein Antriebsrad 16, das in diesem Beispiel als schrägverzahntes Stirnrad ausgebildet ist aber auch durch ein beliebig anderes Zahnrad, Riemenrad usw. ersetzt sein kann.
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An dem Antriebsrad 16 wirken entsprechend der Antriebsleistung des Fahrzeugs und der damit verbundenen Drehmomente Zahnkräfte, die in einem Lastangriffspunkt 17 zwischen den Lagerstellen 8 resultieren und in axiale und in radiale Komponenten zerlegt sind. Der Lastangriffspunkt 17 liegt mit radialem Abstand zur Zentralachse 2 zwischen den Lagerstellen 8 und kann bei symmetrischer Anordnung des Antriebsrades zwischen den Lagerstellen im Zahnkontakt liegen – liegt aber aufgrund der unsymmetrischen Anordnung des Antriebsrades 16 in diesem Beispiel weiter davon weg. In dem Lastangriffspunkt 17 kreuzen sich zwei Stützgeraden 20, von denen jede die Zentralachse 2 in einem Schnittpunkt Y schneidet. Der Abstand 21 auf der Zentralachse 2 zwischen den Schnittpunkten Y ist der Stützabstand 21 der in O-Anordnung angeordneten kombinierten Radial-Axiallager an den Lagerstellen 8. Die Schnittpunkte Y liegen links und rechts außerhalb der Lagerstellen 8.
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2 zeigt ergänzend zu 1 die Lagerstelle 8 aus 1 links im Bild, vereinfacht, vergrößert und nicht maßstäblich. Die Lagerstelle 8 rechts im Bild der 1 ist entsprechend spiegelbildlich ausgeführt. Der Planetenträger 7 ist links und rechts jeweils an einer der Lagerstellen 8 mittels eines Radialrollenlagers 13 um die Zentralachse 2 rotierbar außen auf einem Zapfen 9a des Gehäuses 9 gelagert. Darüber hinaus ist der Planetenträger 7 axial mittels eines Axialrollenlagers 14 mit der Zentralachse 2 gleichgerichtet axial an einer Stirnseite des Zapfens 9a abgestützt.
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Das Radialrollenlager 13 weist eine erste Reihe umfangsseitig zueinander benachbarter erster Rollen 12 und das Axialrollenlager 14 wenigstens eine zweite Reihe umfangsseitig um die Zentralachse 2 zueinander benachbarter zweiter Rollen 15 auf. Von den Rollen 12 und 15 ist in 1 jeweils nur eine dargestellt. Jede der ersten Rollen 12 ist um eine eigene zur Zentralachse 2 parallele erste Wälzachse 18 rotierbar und an einer die ersten Rollen 12 außen umgebenden ersten Wälzlaufbahn 22 abwälzbar. Innen liegen die ersten Rollen 12 an einer zweiten Wälzlaufbahn 23 an. Der von der Zentralachse 2 abgehende Radius R1 der ersten Wälzlaufbahn 22 ist größer als der auch von der Zentralachse 2 abgehende Radius R2 der zweiten Wälzlaufbahn 23, wobei die erste Wälzlaufbahn an einer Lagerhülse 24 fest ist. Die Lagerhülse 24 ist fest mit dem Planetenträger 7 verbunden. Die zweite Wälzlaufbahn 23 ist an der Oberfläche des Zapfens 9a ausgebildet dargestellt, kann jedoch auch an einem auf dem Zapfen sitzenden und drehfest mit dem Zapfen verbundenen Lagerring ausgebildet sein.
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lW1 ist die Länge der jeweiligen ersten Rollen 12 des Radialrollenlagers 13. dW1 ist der Durchmesser der Rollen 12 des Radialrollenlagers 13. Die erste Wälzachse 18 ist mittig der Länge lW1 durch eine zur Zentralachse senkrechte Schnittgerade S1 geschnitten. Jede der zweiten Rollen 15 ist um eine eigene und zur Zentralachse 2 geneigte zweite Wälzachse 19 abwälzbar. lW2 ist die Länge der Rollen 15. Die zweite Wälzachse 19 ist hälftig der Länge lW2 durch eine zur Zentralachse senkrechte zweite Schnittgerade S2 geschnitten. Die Schnittgeraden S1 und S2 kreuzen und schneiden sich in einem Punkt W, der auf der Stützgeraden 20 liegt. Die Lage des Punktes W ist abhängig von dem parallelen Abstand A der zweiten Schnittgerade S2 und von der Position des Lastangriffspunktes 17, die beide in radiale Richtung nach oben in Richtung 17' (W') oder unten in Richtung 17'' (W'') wandern können. Die Rollen 15 sind in verschiedenen Positionen durch die Darstellung von Rollen mit gestrichelten Konturen in Abhängigkeit der Lage der Schnittgerade S2 dargestellt. S2’ steht für die Schnittgerade S2 mit kürzestem Abstand A’ zur Wälzachse 18. W’ ist der dieser Lage entsprechende Punkt W. S2“ steht für die Schnittgerade S2 mit größtem Abstand zur Wälzachse 18. Dementsprechend ist W’’ der Schnittpunkt zwischen der am weitesten von der Wälzachse 18 entfernten zweiten Schnittgerade S2 und der ersten Schnittgerade S1. Der Abstand A, A', A'' der Schnittgerade S2 ist abhängig von den Positionen des Lastangriffspunktes 17 und von der des Punktes W. Der zwischen der Zentralachse 2 und der Stützgerade eingeschlossene Winkel α, α’ und α’’ ist vorzugsweise maximal 45° oder kleiner.
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Der Abstand X ergibt sich aus A – (0,5 × lW2) + (0,5 × dW1), wobei A der Abstand der zweiten Schnittgerade S2 bzw. S2’, S’’ zur ersten Wälzachse 18 ist, wie mit A' und A'' symbolisiert ist. Der Stützabstand 21, 21’, 21’’ ergibt sich in Abhängigkeit zuvor beschriebener Größen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebe
- 2
- Zentralachse
- 3
- Zentralrad
- 4
- Zentralrad
- 5
- Planetenrad
- 6
- Planetenrad
- 7
- Planetenträger
- 8
- Lagerstelle
- 9
- Gehäuse
- 9a
- Zapfen
- 10
- Sonnenrad
- 11
- Sonnenrad
- 12
- Rolle
- 13
- Radialrollenlager
- 14
- Axialrollenlager
- 15
- Rolle
- 16
- Antriebsrad
- 17
- Lastangriffspunkt
- 18
- Wälzachse
- 19
- Wälzachse
- 20
- Stützgerade
- 21
- Stützabstand
- 22
- Wälzlaufbahn
- 23
- Wälzlaufbahn
- 24
- Lagerhülse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ATZ-2011-02, S. 108–113, "Kompakte Leichtbaudifferenziale" [0003]
