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Querverweise auf verwandte Anmeldungen
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Diese Anmeldung beansprucht die Rechte aus U.S. Application No. 61/954,858, eingereicht am 18. März 2014, welche durch Bezugnahme hierin integriert ist, als wenn sie vollständig zitiert worden wäre.
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Gebiet der Erfindung
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Ausführungen der vorliegenden Erfindung beziehen sich im Wesentlichen auf Planetenradsätze, bei denen Planetenradlager zum Einsatz kommen und in Antriebssträngen verwendet werden.
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Hintergrund
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Einige Antriebsstränge zum Beispiel für Kraftfahrzeuggetriebe verwenden Planetenradsätze, die in Hochleistungsmodi funktionieren u. a. bei Hochgeschwindigkeiten oder unter hoher Zentrifugalbelastung. Um zuverlässig betrieben werden zu können und thermisch stabil zu sein, benötigen Planetenradlager als solche eine Schmierung. In einigen Getrieben weisen die Planetenbolzen ein axial verlaufendes Loch auf, das in Flüssigkeitsverbindung mit radialen Löchern steht, um das Planetenradlager während des Betriebs mit einer Schmierflüssigkeit, zum Beispiel Öl, aus einer Quelle wie einem „Öldamm” oder einem „Schmiermittelfänger” zu versorgen.
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Aktuell verwendete Planetenradsysteme können ein Schmiersystem mit Planetenbolzen aufweisen, wobei jeder Bolzen mit einem axial verlaufenden Loch und einem radial, sich durch gegenüberliegende Wände des Bolzens erstreckenden Loch versehen ist. Damit Öl aus dem axial verlaufenen Loch durch das radial verlaufende Loch in das Planetenradlager fließen kann, müssen diese Planetenbolzen in der normalen Betriebsstellung in ihrer Drehwinkellage derart ausgerichtet sein („nach bestimmter Uhrzeiger-Stellung”), dass die Achse des radial verlaufenden Lochs einer Uhrzeiger-Stellung zwischen ca. 11 Uhr und ca. 13 Uhr entspricht (ungefähr 0° ± 30° zur Vertikale). Ein falscher Einbau kann zu einem frühzeitigen Versagen des Planetenzahnradsystems führen. Ein Ausrichtungsmerkmal, zum Beispiel eine Kerbe, kann vorgesehen sein, um eine richtige Orientierung des Planetenbolzens zu sichern. Dieser Montagevorgang benötigt jedoch viel Sorgfalt in der Ausrichtung der Planetenbolzen und die sich daraus resultierenden langsameren Zusammenbaugeschwindigkeiten, um die notwendige geeignete Platzierung der Planetenbolzen zu sichern.
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Dementsprechend gibt es Bedarf an einem verbesserten Planetenbolzen für den Einsatz in einem Planetenzahnradsystem.
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Zusammenfassung
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Die Erfindung stellt Ausführungen eines Planetenbolzens zum Einsatz in einem Planetenradsystem und in einem einen Planetenbolzen aufweisenden Zahnradsystem zur Verfügung. In einigen Ausführungen weist der Planetenbolzen einen zylindrischen Körper auf, der einen axialen, durch eine innere zylindrische Wand und eine Wandstärke zwischen der inneren zylindrischen Wand und einer äußeren zylindrische Wand begrenzten Durchlass besitzt sowie auch eine Mehrzahl von sich durch die Wandstärke erstreckenden radialen Pfaden, welche derart ausgebildet sind, dass, wenn entlang einer Achse des axialen Durchlasses betrachtet, die Achsen von radial benachbarten radialen Pfaden um weniger als 180° voneinander versetzt sind, wobei die Mehrzahl von radialen Pfaden eine entsprechende Mehrzahl von Flüssigkeitspfaden zwischen dem axialen Durchlass und der äußeren Wand zur Verfügung stellen.
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In einigen Ausführungen weist ein Planetenradsystem folgendes auf: ein zentral angeordnetes Sonnenrad mit nach außen gerichteten Zähnen, ein mit dem Sonnenrad konzentrisch um das Sonnenrad umschriebenes Hohlrad mit nach innen gerichteten Zähnen, und ein zwischen einem Innendurchmesser des Hohlrads und einem Außendurchmesser des Sonnenrads angeordnetes Planetenrad, wobei das Planetenrad nach außen gerichtete Zähne besitzt, die derart ausgebildet sind, dass sie gleichzeitig mit den nach außen gerichteten Zähnen des Sonnenrads und den nach innen gerichteten Zähnen des Hohlrads in Eingriff kommen können, wobei das Planetenrad auf einer Mehrzahl von in einer um den Planetenbolzen verlaufenden Laufbahn angeordneten rotierenden Körpern drehbar abgestützt ist, wobei der Planetenbolzen einen zylindrischen Körper aufweist, der einen axialen, durch eine innere zylindrische Wand und eine Wandstärke zwischen der inneren zylindrische Wand und einer äußeren zylindrischen Wand begrenzten Durchlass besitzt sowie eine Mehrzahl von sich durch die Wanddicke erstreckenden radialen Pfaden, welche derart ausgebildet sind, dass, wenn entlang einer Achse des axialen Durchlasses betrachtet, die Achsen von radial benachbarten radialen Pfaden um weniger als 180° voneinander versetzt sind, wobei die Mehrzahl von radialen Pfaden eine entsprechende Mehrzahl von Flüssigkeitspfaden zwischen dem axialen Durchlass und der äußeren Wand zur Verfügung stellt.
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Andere und weitere Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die weiter oben kurz zusammengefassten und unten ausführlicher beschriebenen Ausführungen der vorliegenden Erfindung können unter Bezugnahme auf die beispielhaften, in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungen der Erfindung verstanden werden. Es ist jedoch darauf zu achten, dass die beigefügten Zeichnungen nur typische Ausgestaltungen dieser Erfindung darstellen und daher nicht als Begrenzung des Geltungsbereichs der Erfindung betrachtet werden sollen, weil die Erfindung andere gleichwertige Ausführungen zulässt.
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1 zeigt eine seitliche Querschnittsansicht eines Planetenbolzens gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt eine axiale Ansicht des Planetenbolzens gemäß 1 entlang der Linie II-II.
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3 zeigt eine seitliche Querschnittsansicht eines Planetenbolzens gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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4A zeigt eine axiale Ansicht des Planetenbolzens gemäß 3 entlang der Linie A-A.
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4B zeigt eine axiale Ansicht des Planetenbolzens gemäß 3 entlang der Linie B-B.
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5A und 5B zeigen axiale Ansichten eines Planetengetriebes gemäß Ausführungen der vorliegenden Erfindung.
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Um die Verständigung zu erleichtern, wurden, wo möglich, die gleichen Kennzeichen zur Bezeichnung von identischen, in verschiedenen Figuren vorkommenden Teilen verwendet. Die Figuren sind nicht maßstabgetreu gezeichnet und können der Klarheit halber vereinfacht worden sein. Es ist auch beabsichtigt, dass Elemente und Merkmale einer Ausführung vorteilhaft in andere Ausführungen aufgenommen werden können, ohne dass dies explizit erwähnt wird.
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Die vorliegende Erfindung ist zwar mit Bezug auf KFZ-Getriebe beschrieben, kann aber für eine Vielzahl von Anwendungen modifiziert werden, ohne sich vom Geist und Geltungsbereich der beanspruchten Erfindung zu entfernen, da der Bereich potentieller Anwendungen groß ist und weil es beabsichtigt ist, dass die vorliegende Erfindung für viele Varianten anpassbar bleibt.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungen
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1 zeigt eine seitliche Querschnittsansicht eines Planetenbolzens, Bolzen 100, gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Der Bolzen 100 besitzt einen im Wesentlichen zylindrischen Körper 102 mit einem sich mindestens durch die Länge L des Körpers 102 erstreckenden axialen Durchlass 104. Der axiale Durchlass ist durch eine innere zylindrische Wand 106, welche zusammen mit der äußeren zylindrischen Wand 108 eine Wandstärke T bildet, begrenzt.
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Das erste Ende 110 der inneren zylindrischen Wand 106 kann wahlweise, wie dargestellt, eine radial nach außen verlaufende konische Erweiterung 111 aufweisen. Andere Ausführungen können eine mehr oder weniger dramatische Erweiterung, eine Stufe, oder überhaupt keine Erweiterung oder Stufe aufweisen, in welchem Fall die innere zylindrische Wand 104 über ihre gesamte Länge einen konstanten Durchmesser besitzt. Wie weiter dargestellt, kann die innere zylindrische Wand 104 innerhalb des Körpers 102 an einem zweiten konischen Ende enden, obwohl zweite Enden 112 mit anderen Formen, wie zum Beispiel, einem flachen Boden, mit ähnlichen Vorteilen verwendet werden können.
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Wie in den 1 und 2 dargestellt, ist eine Mehrzahl von radialen Pfaden 114 durch die Wandstärke T ausgebildet. Um die Darstellung zu vereinfachen, sind die radialen Pfade 114 mit einer Achse 116 gezeigt, welche rechtwinklig zu der Längsachse 118 des Körpers 102 verläuft, obwohl andere Orientierungen auch verwendet können, mit ähnlichen Ergebnissen. In 2 sind sechs radiale Pfade 114 dargestellt, welche annähernd gleichmäßig um einen ersten Umfang 120 des Körpers 102 angeordnet sind. Die Erfinder haben festgestellt, dass mit sechs radialen Pfaden 114, welche an gleichen radialen Abständen von ungefähr 60° voneinander angeordnet sind, bei jeder Drehstellung des Bolzens 100 vorteilhaft mindestens ein radialer Pfad zwischen den ungefähren 11 Uhr und 13 Uhr Stellungen in Bezug auf ein Planetenrad positioniert ist (noch weiter unten zu beschreiben), um den Fluss von Öl aus dem axialen Durchlass 104 in die radialen Pfade 114 und in das Planetenradlager zu erleichtern. Bei manchen Anwendungen könnte es zweckmäßig sein, die radialen Pfaden 114 an einer anderen Stelle als zwischen den ungefähren 11 Uhr und 13 Uhr Stellungen vorzusehen. In solchen Fällen können die radialen Pfade 114 mit radialen Abständen von mehr als 60° zueinander angeordnet sein. In anderen Fällen kann es vorteilhaft sein, mehr als einen radialen Pfad 114 zwischen den 11 Uhr und 13 Uhr Stellungen vorzusehen. Also können die radialen Pfade 114 auch mit radialen Abständen von weniger als 60° zueinander angeordnet werden.
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3 zeigt eine seitliche Querschnittsansicht eines Planetenbolzens 300 gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung. Ähnlich dem Bolzen 100, weist der Bolzen 300 einen im Wesentlichen zylindrischen Körper 302 mit einem axialen, sich mindestens durch die Länge L des Körpers 302 erstreckenden Durchlass 304 und eine Wandstärke T auf, welche durch die innere zylindrische Wand 306 und die äußere zylindrischen Wand 308 begrenzt ist.
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Das erste Ende 310 der inneren zylindrischen Wand 306 kann, wie dargestellt, wahlweise eine radial nach außen verlaufende konische Erweiterung 311 aufweisen, oder eine mehr oder weniger dramatische Erweiterung, eine Stufe oder gar keine Erweiterung oder Stufe aufweisen. In diesem Fall besitzt die innere zylindrische Wand 304 besitzt einen konstanten Durchmesser über ihre gesamte Länge. Die innere zylindrische Wand 304 kann innerhalb des Körpers 302 an einem konischen zweiten Ende 312 enden, obwohl zweite Enden mit anderen Formen, wie zum Beispiel, einem flachen Boden, mit ähnlichen Vorteilen verwendet werden können.
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Eine Mehrzahl von radialen Pfaden 314 ist durch die Wandstärke T des Körpers 302 ausgebildet. Um die Darstellung zu vereinfachen, sind dien radialen Pfade 314 mit einer Achse 316 gezeigt, welche rechtwinklig zu der Längsachse 318 des Körpers 302 verläuft. Es ist auch möglich, andere Orientierungen der radialen Pfade 114 mit ähnlichen Ergebnissen zu verwenden. In 3 sind sechs radiale Pfade 314 dargestellt, wovon drei Pfade annähernd gleichmäßig um einen ersten Umfang 320 des Körpers 302 angeordnet sind und drei Pfade annähernd gleichmäßig um einen zweiten Umfang 322 des Körpers 302 angeordnet sind.
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Wie bei der oben beschriebenen Ausführung haben die Erfinder festgestellt, dass es vorteilhaft ist, radiale Pfade 314 vorzusehen, die gleichmäßig voneinander in Abständen von annähernd 60° angeordnet sind, so dass mindestens ein radialer Pfad zwischen den ungefähren 11 Uhr und 13 Uhr Stellungen in Bezug auf ein Planetenrad positioniert ist (noch weiter unten zu beschreiben), um den Fluss von Öl aus dem axialen Durchlass 304 an die radialen Pfade 314 und in das Planetenradlager zu erleichtern. Bei manchen Anwendungen könnte es jedoch nicht wünschenswert sein, sechs oder mehr radiale Pfade 314 entlang einen und denselben Umfang (z. B. 120) vorzusehen. In manchen Fällen könnte zum Beispiel die Kombination aus Länge L des Planetenbolzens, Durchmesser D und Anzahl und Geometrie der radialen Pfade 314 bestimmte Kenndaten des Bolzens 300 wie Biegewiderstand beeinflussen. In solchen Fällen könnte es vorteilhaft sein, einen ersten Satz aus einigen der radialen Pfaden 314 an einem ersten Umfang 320 und einen zweiten Satz aus den anderen der radialen Pfaden 314 an einem zweiten Umfang 322 anzuordnen. Bei manchen Ausführungen ist jeder radiale Pfad aus der Mehrzahl von durch die Wandstärke T des Körpers 302 gebildeten radialen Pfaden 314 entweder in dem ersten oder in dem zweiten Satz vorgesehen. In anderen Ausführungen kann die gesamte Anzahl von radialen Pfaden 314 den ersten Satz bilden, wobei der zweite Satz und die zusätzlichen radialen Pfade weder am ersten noch am zweiten Umfang 320, 322 vorgesehen sind und somit kein Bestandteil des ersten oder des zweiten Satzes bilden.
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In anderen Fällen könnte es vorteilhaft sein, radiale Pfade entlang der Länge des Bolzens bei manchen Planetengetrieben mit langen Planetenrädern (z. B. Verbund- oder Ravigneaux-Planetengetrieben) mit mehrfachen Lagerreichen vorzusehen. Es kann vorteilhaft sein, Planetenbolzen in solchen Systemen mit mehrfachen Reihen von radialen Pfaden zu versehen, um Schmiermittel zum Beispiel Öl zu jeder Reihe oder jedem Lager zu leiten.
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Wie in den 3, 4A und 4B dargestellt, weist der Bolzen 300 einen ersten Satz von radialen Pfaden 314a (4A) auf, die entlang eines ersten Umfangs 320 angeordnet sind und einen zweiten Satz von radialen Pfaden 314b (4B) auf, die entlang eines zweiten Umfangs 322 angeordnet sind. Kollektiv können 314a und 314b als radiale Pfade 314 bezeichnet werden.
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Der erste und der zweite Umfang 320, 322 sind derart beabstandet voneinander entlang einer Achse 318 angeordnet, dass jeder radiale Pfad 314a des ersten Satzes und jeder radiale Pfad 314b des zweiten Satzes sich durch die Wandstärke T des Körpers 302 erstreckt, wobei diese Pfade in Flüssigkeitsverbindung mit dem axialen Durchlass 314 stehen.
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Wie in 3 zu sehen ist, sind die radialen Pfade 314 versetzt zueinander angeordnet, so dass ein erster axialer Durchlass 314a sich am ersten Umfang befindet, und ein radial benachbarter zweiter axialer Durchlass sich am zweiten Umfang befindet. Im Sinne dieser Beschreibung heißt der Begriff „radial benachbart”, dass zwei axiale Durchlässe 314, wenn entlang der Längsachse 318 betrachtet, benachbarte Achsen besitzen (im Winkelmaß aufeinander folgend). In 4B zum Beispiel hat ein radialer Pfad 314b eine Achse 316b, welche auf die Senkrechtachse 402 bei 0° ausgerichtet ist. Die anderen radialen Pfade 314b sind bei ungefähr 120° positioniert und um ungefähr 240° zu der Senkrechtachse 402 versetzt. In 4A bildet die Achse 316a eines radialen Pfads 314a einen Winkel von ungefähr 60° mit der Senkrechtachse 402. Die anderen radialen Pfade 314a sind bei ungefähr 180° positioniert und um ungefähr 300° zu der Senkrechtachse 402 versetzt. Der bei 0° ausgerichtete radiale Pfad 314b und der bei 60° ausgerichtete radiale Pfad 314a sind radial benachbart, weil sie, wenn entlang der Achse 318 betrachtet, in aufeinanderfolgenden Drehstellungen angeordnet sind.
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Wie in den 3, 4A und 4B dargestellt, bilden die Achsen 316a, 316b von radial benachbarten radialen Pfaden einen Winkel von ungefähr 60°, der den Vorteil bietet, dass mindestens ein radialer Pfad zwischen den 11 Uhr und 13 Uhr Stellungen angeordnet ist. Dem Fachmann auf dem Gebiet wird es klar sein, dass der Winkel zwischen radial benachbarten, an verschiedenen Umfängen angeordneten radialen Pfaden auch kleiner sein kann als 60°, was zusätzliche Vorteile bringen kann.
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Die radialen Pfade 314 können auch an mehr als zwei entlang einer Längsachse voneinander beabstandeten Umfängen angeordnet sein. Ein solcher Aufbau kann auch, wie weiter oben besprochen, zusätzliche Vorteile bieten zum Beispiel das Formen von zusätzlichen Schmiermittelpfaden oder Schmiermittelpfaden in Planetengetrieben mit langen Zahnrädern.
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Die 5A und 5B zeigen Teilansichten eines beispielhaften Planetengetriebes 500 mit einem zentral gelegenen Sonnenrad 502, das mit einer nach außen gerichteten Verzahnung 504 versehen, für angetriebene Rotation um eine Zentralachse 506 abstützt ist. Ein Hohlrad 508 mit nach innen gerichteter Verzahnung 510 ist konzentrisch zum Sonnenrad 502 angeordnet und für Rotation um die Zentralachse 506 abstützt. Ein Planetenrad 512 mit nach außen gerichteter Verzahnung 514 ist derart zwischen dem Innendurchmesser des Hohlrads 508 und dem Außendurchmesser des Sonnenrads 502 angeordnet, dass die nach außen gerichtete Verzahnung 514 gleichzeitig in die nach außen gerichtete Verzahnung 504 des Sonnenrads 502 und in die nach innen gerichtete Verzahnung 510 des Hohlrads 508 eingreift. Das Planetenrad ist für Rotation um den drehfest angeordneten Bolzen 100, 300 abstützt. Zwischen dem Bolzen 100, 300 und dem Planetenrad 512 befindet sich eine Mehrzahl von rotierenden Körpern, welche die Drehbewegungen erleichtert und in den Figuren in Form eines Planetenradlagers 516 dargestellt ist.
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In 5A ist der Bolzen 100, 300 derart angeordnet, dass eine der Mehrzahlen von radialen Pfaden 114, 314 auf die Senkrechtachse 518 ausgerichtet ist, wodurch der axiale Durchlass 104, 304 in Flüssigkeitsverbindung mit dem Planetenradlager 516 steht. Es ist zu verstehen, dass die sechs axialen Durchlässe 114, 314 im Bolzen 100, 300 im Wesentlichen um ungefähr 60° radial beabstandet voneinander angeordnet sind. Dementsprechend, verbleibt, bei einer Rotation des Bolzens 100, 300 um weniger als 30°, der radiale Pfad 114, 314 innerhalb des erwünschten Bereiches von 11 Uhr bis 13 Uhr (entsprechend einem als Winkel A gezeigten Bereich von ±30°).
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In 5B ist der Bolzen 100, 300 ausgehend von der Lage in 5A um ungefähr 30° gedreht. In dieser Stellung sind ungefähr die Hälften von zwei radial benachbarten radialen Pfaden innerhalb der ±30° des Winkels A. Eine weitere Drehung in jede der zwei Richtungen würde dazu führen, dass ein kleinerer Teil eines der radialen Pfade innerhalb des Winkels A liegen würden und ein entsprechend größerer Teil des anderen der radialen Pfade innerhalb des Winkels A liegen würde. Folglich befindet sich bei einer Drehung durch 30° das Äquivalent von einem radialen Pfad 114, 314 innerhalb des erwünschten Bereichs des Winkels A.
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Also, ungeachtet der Drehstellung des Bolzens 100, 300 befindet sich ein radialer Pfad 114, 314 vorteilhaft innerhalb des durch den Winkel A von 60° begrenzten Bereichs, was der oben angegeben Wünschenswürdigkeit, einen axialen Durchlass 114, 314 zwischen den 11 Uhr und 13 Uhr Stellungen zu halten, entspricht.
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Somit wird ein Planetenbolzen zum Einsatz sowohl in einem Planetengetriebe wie auch in einem Zahnradsystem mit einem Planetenbolzen zur Verfügung gestellt. Vorteilhaft eliminiert oder reduziert der erfindungsgemäße Planetenbolzen wesentlich die Notwendigkeit, einen Planetenbolzen richtungsabhängig in einem Planetengetriebe anzuordnen. Dementsprechend kann der Zusammenbauvorgang durch Eliminierung oder wesentliche Reduzierung der Aufmerksamkeit, die für die richtige Orientierung der Planetenbolzen aufgebracht werden muss, vorteilhaft beeinflusst werden, so dass die Geschwindigkeiten des Zusammenbaus ohne nachteilige Auswirkungen auf die Endmontage verbessert werden.
