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Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug, mit einem Sonnenrad und zumindest einem um das Sonnenrad rotierenden Planetenrad, das von einem Planetenträger, der eine erste Schalenhälfte und eine zweite Schalenhälfte aufweist, auf seiner Umlaufbahn gehalten ist.
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Gattungsgemäße Planetengetriebe mit aus zwei Schalenhälften aufgebauten Planetenträgern sind aus dem Stand der Technik bekannt. Hierbei liegt bei Entwicklungen ein hohes Augenmerk darauf, ein Getriebe zur Verfügung zu stellen, das den hohen, wechselwirkenden Kräften etwa in einem Antriebsstrang standhält. Eine ausreichende Steifigkeit / Festigkeit ist für eine hohe Lebensdauer und eine damit einhergehende hohe Qualität unabdingbar.
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Trotz des Bedarfs an Gewichtsoptimierungen in einem Kraftfahrzeug, sind ein Großteil der Komponenten in einem gattungsgemäßen Getriebe aus Metallen, Blech oder sogar Stahl hergestellt. Diese sind in der Lage, zuverlässig, die vorstehend erwähnten hohen, wechselwirkenden Kräfte zu kompensieren.
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Um der allgemeinen Entwicklung der Gewichtsoptimierung Rechnung zu tragen, sind aus dem Stand der Technik bereits Weiterentwicklungen bekannt. So offenbart die deutsche Patentanmeldung
DE 10 2015 219 455 A1 ein Planetengetriebe mit einem aus Kunststoff hergestellten Planetenträger, an dem drehbar gelagerte Planeten angeordnet sind. Damit der Kunststoff jenes Planetenträgers in der Lage ist, die von den Planeten eingeleiteten Kräfte aufzunehmen und weiterzuleiten, sind Planeten zwischen Flanschabschnitten des Planetenträgers angeordnet, wobei zu beiden Stirnseiten der Planeten je eine Anlaufscheibe zwischen dem Flanschabschnitt und dem Planeten angeordnet ist.
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Das aus jener Patentanmeldung bekannte Planetengetriebe realisiert zwar eine Gewichtsreduktion des Getriebes, da der eingesetzte Kunststoff eine geringere Dichte als die üblichen Stahlbleche aufweist, jedoch können die wirkenden Kräfte nicht mehr zuverlässig bzw. nur noch unter geringer Lebensdauer übertragen werden. So ist der Vorteil jener Erfindung (Gewichtsoptimierung) einhergehend mit einem Nachteil (Zuverlässigkeit).
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Vor diesem Hintergrund liegen der vorliegenden Erfindung verschiedene Motivationen und Aufgaben zugrunde. Zum ersten wird eine Gewichtsreduktion bei weiterhin gewährleisteter Festigkeit und daraus resultierender Zuverlässigkeit angestrebt. Darüber hinaus ist die Festigkeit bzw. Steifigkeit gegenüber dem Stand der Technik nicht nur konstant zu halten, sondern aufgrund der immer weiter ansteigenden Kräfte, die in kompakten Getrieben wirken, sogar zu erhöhen.
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Des Weiteren zielt die Erfindung auch darauf ab, dem aus der angesprochenen zunehmenden Kompaktheit resultierenden abnehmenden Bauraum insofern Rechnung zu tragen, dass die Form zumindest des Planetenträgers flexibler ausgestaltbar ist, als dies im Stand der Technik möglich ist. Hieraus ergibt sich auch die Motivation, die Montage grundsätzlich zu vereinfachen.
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Die Aufgabe der Erfindung kann somit zusammenfassend darin gesehen werden, die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme zu beheben oder zumindest zu mildern.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die erste Schalenhälfte und/oder die zweite Schalenhälfte zumindest teilweise, vorzugsweise auch vollständig, aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff (CFK), das heißt, einem Verbundwerkstoff aus Kohlenstofffasern, die in eine Kunststoff-Matrix, wie etwa Epoxidharz, eingebettet sind, bestehen / aufgebaut sind. Die erste Schalenhälfte und die zweite Schalenhälfte sind hierbei erfindungsgemäß mittels einer Nietverbindung miteinander verbunden / aneinander fixiert.
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Die Ausgestaltung mittels CFK-Werkstoffen birgt hierbei den Vorteil, dass der gegenläufige Effekt eines geringeren Gewichts bei erhöhter Festigkeit erreichbar ist. Weiterhin ermöglicht jene Ausgestaltung die Realisierung komplexer geometrischer Strukturen, womit eine flexible Anpassung an vorhandene Bauräume gewährleistet ist. Mittels der erfindungsgemäßen Nietverbindung ist überdies eine zeiteffiziente Verbindung der beiden Schalen möglich. Hierbei kann auf bewährte Mechanismen zurückgegriffen werden, womit sich der erfinderische Gedanke ohne hohen Aufwand in vorhandene Systeme integrieren lässt.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und werden nachfolgend näher erläutert.
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So ist es von Vorteil, wenn die erste Schalenhälfte und die zweite Schalenhälfte jeweils zumindest einen Planetenführungsabschnitt und zumindest einen Verbindungsabschnitt aufweisen, an dem sie sich kontaktieren. So ist mittels einer geometrischen Struktur jeweils vorgegeben, wo sich die beiden Hälften kontaktieren. Entsprechend lassen sich die Bereich aufeinander / aneinander anpassen, um die auftretenden Kräfte zuverlässig weiterzuleiten.
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Bevorzugt ist hierbei die Nietverbindung an dem zumindest einen Verbindungsabschnitt von jeweils zwei zueinander in Umfangsrichtung beabstandeten Nieten vorgenommen ist. Somit ist die Nietverbindung in der Lage, auch höchste Kräfte aufzunehmen, da sich die Kraft auf zwei Nieten verteilt. Eine wechselseitige Belastung ist dadurch optimiert aufnehmbar, dass beide Nieten zueinander in Umfangsrichtung beabstandet sind, womit sie jeweils an einem radial äußeren Punkt die entsprechenden Kräfte und Momente aufnehmen.
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Besonders bevorzugt sind die die Kohlefasern des CFK-Werkstoffes zumindest teilweise in Umfangsrichtung des Planetenträgers verlaufend. Somit profitieren die mechanischen Eigenschaften CFK-Werkstoffes vor allem von der Zugfestigkeit und der Steifigkeit der Kohlenstofffasern. Das bedeutet, dass der Planetenträger in seiner Umfangsrichtung, in der die Hauptbelastung wirkt, auf die mechanischen Eigenschaften des hochfesten Kohlenstoffs zurückgreifen kann. Die Matrix des CFK-Werkstoffs verhindert überdies, dass sich die Fasern unter Belastung gegeneinander verschieben.
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Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn die Anzahl an Planetenführungsabschnitten und an Verbindungsabschnitten der ersten Schalenhälfte und der zweiten Schalenhälfte miteinander übereinstimmt. So sind die Schalenhälften gleichartig ausgestaltbar und weisen jeweils eine Symmetrie auf, die die Herstellungskosten senkt.
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So kann zusammenfassend gesagt werden, dass sich die Erfindung dem Ziel widmet, das Gewicht des Planetengetriebes oder zumindest des Planetenträgers zu reduzieren und gleichzeitig seine Steifigkeit / Festigkeit / Robustheit zu erhöhen. Mittels einer CFK-Ausgestaltung ist neben den Gewichtseinsparungen und der erhöhten Belastbarkeit weiterhin eine Möglichkeit geschaffen, komplexe Geometrien zu verwirklichen, da sich die Umformbarkeit von Blechen nicht mehr einschränkend auf die Form / Gestalt des Planetenträgers auswirkt.
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Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert, in welchem Zusammenhang auch verschiedene Ausführungsbeispiele erläutert sind. Es zeigen:
- 1 einen Planetenträger mit Planetenrädern eines erfindungsgemäßen Planetenradgetriebes in einer Teil-Explosionsdarstellung;
- 2 den Planetenträger mit Planetenrädern in einer Draufsicht;
- 3 eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A aus 2;
- 4 den Planetenträger mit Planetenrädern in einer perspektivischen Ansicht;
- 5 den Planetenträger mit Planetenrädern und deren Lagerung sowie mit Nieten in einer Explosionsdarstellung;
- 6 eine erste Schalenhälfte des Planetenträgers in einer Draufsicht;
- 7 die erste Schalenhälfte in einer Schnittdarstellung entlang der Linie A-A aus 6;
- 8 die erste Schalenhälfte in einer ersten perspektivischen Ansicht; und
- 9 die erste Schalenhälfte in einer zweiten perspektivischen Ansicht;
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt einen Planetenträger 1 eines erfindungsgemäßen Planetengetriebes. Dieser ist aus zwei (im Wesentlichen) baugleichen Schalenhälften, einer ersten Schalenhälfte 2 und einer zweiten Schalenhälfte 3, aufgebaut, die wiederum in Zusammenwirkung drei Planetenräder 4, 4', 4" fixieren, die dazu vorbereitet sind einerseits in einem (nicht dargestellten) Außenrad und andererseits in einem (nicht dargestellten) Sonnenrad / Innenrad zu kämmen.
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Erfindungsgemäß bestehen die erste und/oder die zweite Schalenhälfte 2, 3 zumindest teilweise aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff. Wie vorstehend erwähnt handelt es sich bei den beiden Hälften 2, 3 vorzugsweise um baugleiche Komponenten, weshalb sie bevorzugt beide aus einem CFK-Werkstoff aufgebaut sind.
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Im Rahmen der Erfindung sind die beiden Hälften 2, 3 mittels einer Nietverbindung miteinander verbunden. Die hierfür verantwortlichen Nieten 7, 7' sind vorzugsweise als Stufennieten ausgestaltet.
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Die Hälften 2, 3 sind in einen Planetenführungsabschnitt 5 und einen Verbindungsabschnitt 6 aufgeteilt. Während der Planetenführungsabschnitt 5 dazu vorbereitet ist, die Planetenträger 4 zu führen und zu fixieren, sind an dem Verbindungsabschnitt 6 die Nieten 7 angeordnet. Hierfür weist der Verbindungsabschnitt 6 zwei zueinander in Umfangsrichtung beabstandete Öffnungen auf.
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In 2 ist die Anordnung aus 1 in einer Draufsicht dargestellt. Die Planetenräder 4, 4', 4" sind hierbei in einem Winkel von 120° zueinander in Umfangsrichtung angeordnet. Der Planetenführungsabschnitt 5 ist hierbei in Umfangsrichtung durchgehend ausgestaltet, während der Verbindungsabschnitt 6 jeweils inselartig zwischen den Planetenrädern 4, 4', 4" ausgeformt ist. Somit sind die Mittelabschnitte der einzelnen Verbindungsabschnitte 6 ebenfalls in einem Winkel von 120° zueinander angeordnet.
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3 zeigt eine Schnittdarstellung des Planetenträgers 1 entlang der Linie A-A aus 2. Die Lagerung des Planetenrads 4 im Planetenträger 1 ist vorzugsweise über ein Nadellager realisiert. Die zwei Hälften 2, 3 zueinander sind derart ausgestaltet, dass sich die der jeweils anderen Hälfte zugewandten Flächen an einer Kontaktfläche 8 kontaktieren.
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In 4 ist der Planetenträger 1 mit den Planetenrädern 4, 4', 4" im zusammengebauten Zustand dargestellt. Insgesamt sind die Hälften 2, 3 über sechs Nieten 7 miteinander verbunden. Die sechs Nieten 7 sind vorzugsweise allesamt auf einem Wirkkreis angeordnet, woraus eine ideale Kraftleitung resultiert. Die Nieten 7 sind radial möglichst weit außen angeordnet, um auch hohe Momente übertragen zu können.
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In 5 schließlich ist die Anordnung aus 4 in einer Explosionsdarstellung dargestellt. So weisen die Planetenführungsabschnitte 5 an ihrer dem Planetenrad 4 zugewandten Seite Erhöhungen 9 auf, an denen wiederum eine Einlegscheibe 10 angebracht ist. Wie vorstehend erwähnt ist die Lagerung über ein Nadellager 11 realisiert.
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In 6 ist eine der Schalenhälften 2, 3 in einer Draufsicht dargestellt in der eine Schnittlinie A-A eingezeichnet ist, deren Schnittzeichnung in 7 dargestellt ist. Hier ist ersichtlich, dass der erfindungsgemäße Träger 1 dünnwandig ausgestaltet ist, was durch die CFK-Konstruktion ermöglicht ist. Relativ zu einer Gesamtbreite b ist die eigentliche Wandstärke t etwa im Verhältnis 1:4 bis 1:10, vorzugsweise 1:6.
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8 zeigt die Schalenhälfte 2, 3 aus 6 und 7 in einer perspektivischen Ansicht von innen. Ein Übergangsabschnitt 12 zwischen dem Planetenführungsabschnitt 5 und dem Verbindungsabschnitt 6 wird in Radialrichtung in einem sehr kurzen Bereich realisiert. Sehr kurz bedeutet hierbei, dass in einem Bereich, der zwischen 3% und 10% des Durchmessers D (vgl. 6) der Übergangsabschnitt 12 ausgebildet ist, der Übergangsabschnitt 12 abgeschlossen ist. Eine solche Ausgestaltung ist aufgrund des erfindungsgemäßen CFK-Aufbaus überhaupt erst möglich.
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In 9 ist die Darstellung aus 8 von der gegenüberliegenden Seite dargestellt. Auch hier ist die Dünnwandigkeit des Übergangsabschnitts 12 erkennbar. Die weiteren Merkmale sind bereits aus den vorhergehend beschriebenen Figuren bekannt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Planetenträger
- 2
- erste Schalenhälfte
- 3
- zweite Schalenhälfte
- 4
- Planetenrad
- 5
- Planetenführungsabschnitt
- 6
- Verbindungsabschnitt
- 7
- Niet
- 8
- Kontaktfläche
- 9
- Erhöhung
- 10
- Einlegscheibe
- 11
- Nadellager
- 12
- Übergangsabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015219455 A1 [0004]
