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Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wie ein Differenzialgetriebe, vorzugsweise ein Stirnraddifferenzialgetriebe, mit einem Antriebsrad, wie etwa einem Stirnrad, das mit einem Planetenträger formschlüssig drehfest verbunden ist.
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Aus der
DE 10 2011 087 579 A1 ist beispielsweise ein Stirnraddifferenzialgetriebe für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs bekannt, mit einem Planetenträger, in dem zwei je eine Außenverzahnung aufweisende Sonnenräder angeordnet sind, die mit je einem als Planetenrad ausgebildeten Ausgleichsrad kämmen, wobei die beiden Planetenräder miteinander in Formschluss befindlich sind und ferner ein mit einem im Wesentlichen radial außerhalb des Planetenträgers angeordnetes Achsantriebsrad vorhanden ist, wobei eine drehmomentübertragende Verbindung zwischen einer Innenfläche des Achsantriebsrades und einer radialen Umfangsfläche des Planetenträgers vorhanden ist. Diese Verbindung kann insbesondere als formschlüssige Verbindung ausgestaltet sein.
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Ebenso ist aus der
DE 10 2011 004 908 A1 ein Planetengetriebe mit einer ersten drehmomentübertragenden Komponente, welche mit einem Wellenabschnitt drehfest gekoppelt ist, mit einer zweiten drehmomentübertragenden Komponente, welche mit einem Nabenabschnitt drehfest gekoppelt ist bekannt, wobei der Wellenabschnitt und der Nabenabschnitt über eine Formschlussverbindung in Bezug auf eine gemeinsame Drehachse drehfest miteinander gekoppelt sind. Der Wellenabschnitt und/oder der Nabenabschnitt weisen dabei in einer Schnittebene senkrecht zu der gemeinsamen Drehachse als Formschlusskontur eine Polygonform auf und/oder dass die Formschlussverbindung ist als eine Polygonverbindung ausgebildet. Insbesondere ist die Polygonform als Grundform ein regelmäßiges Polygon. Die Polygonform ist in der Ausbildungsform gemäß der DIN 32711 ausgebildet, insbesondere als ein P3G-Dreieck.
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Ein Problem hierbei ist, dass die Polygonform an der Welle radial außenseitig ausgebildet ist, weshalb die radiale Abmessung begrenzt ist und eine Übertragung des Drehmoments aufgrund der Festigkeit beschränkt ist.
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Auch ist aus dem Stand der Technik eine Verbindung eines Stirnrades bzw. Antriebsrades mit einem Planetenträger bekannt, bei dem das Stirnrad bzw. Antriebsrad mit dem Planetenträger durch eine Keilwellenverzahnung formschlüssig verbunden wird. Eine axiale Sicherung sollte durch eine Verschraubung erfolgen. Ein Problem bei dieser Ausführung ist, dass zum einen das Einbringen der Keilwellenverzahnung in das Stirnrad bzw. Antriebsrad und in den Planetenträger sehr aufwendig ist und zum anderen eine hohe Fertigungsgenauigkeit erforderlich ist, um einen Formschluss über die Keilwellenverzahnung zu gewährleisten und nicht über die Verschraubung ein Drehmoment zu übertragen.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu mindern und insbesondere ein Planetengetriebe zur Verfügung zu stellen, das eine einfache und kostengünstige Herstellung gewährleistet und eine effiziente Drehmomentübertragung zwischen Planetenträger und Antriebsrad realisiert sowie eine sichere und langlebige Formschlussverbindung zwischen dem Planetenträger und dem Antriebsrad vorsieht.
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Die Aufgabe der Erfindung wird bei einem gattungsgemäßen Planetengetriebe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Antriebsrad eine radial innenseitige, zumindest abschnittsweise am Innenumfang umlaufende, Polygonform aufweist. Diese Polygonform des Antriebsrades, welche radial innenseitig in dem Antriebsrad ausgebildet ist, dient als Formschluss zur Drehmomentübertragung zwischen dem Antriebsrad und dem Planetenträger. Insbesondere ist diese Polygonform konvex verlaufend ausgebildet. Durch die Ausbildung der Polygonform an der radialen Innenseite des Antriebsrads kann ein möglichst großer radialer Abstand und ein entsprechend großer Hebelarm für die Übertragung des Drehmoments gebildet werden. Der Planetenträger kann beispielsweise, wenn er ein weicheres Material aufweist, in das Antriebsrad, welches eine höhere Härte aufweist, in die Polygonform eingepresst werden. Auch ist es möglich bei der formschlüssigen drehfesten Verbindung zwischen dem Antriebsrad und dem Planetenträger eine bessere Fertigungstoleranz als bei einer Keilwellenverzahnung zu erzielen. Auch sind zusätzliche Elemente wie einer nach dem Stand der Technik obligatorischen Schraube bzw. einer Verschraubung nicht mehr zwingend notwendig.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend erläutert.
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So ist es von Vorteil, wenn der Planetenträger radial außenseitig, zumindest abschnittsweise, eine zu der Polygonform des Antriebsrades formschlüssig passende Außenkontur aufweist, um die formschlüssige drehfeste Verbindung von dem Planetenträger und dem Antriebsrad zu erzielen. Durch die radial außenseitige Kontur bzw. Außenkontur des Planetenträgers, welche an die Polygonform des Antriebsrades angepasst ist, wird die drehfeste Verbindung realisiert. Hierzu muss lediglich der Planetenträger in das Antriebsrad eingesetzt werden und die Außenkontur des Planetenträgers greift formschlüssig in die Polygonform des Antriebsrades. Hierbei sei erwähnt, dass die Außenkontur nicht komplett komplementär zu der Polygonform ausgeprägt sein muss, sondern dass lediglich Abschnitte formschlüssig und insbesondere komplementär ausgebildet sind, welche bereits ausreichen um den die formschlüssige drehfeste Verbindung mit dem Antriebsrad zu erzielen.
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Vorzugsweise kann die Polygonform des Antriebsrads und/oder die Außenkontur des Planetenträgers eine punktsymmetrische Polygonstruktur relativ zu einer Rotationsachse aufweisen. Die Rotationsachse ist dabei die Achse, um die sich das Antriebsrad zusammen mit dem Planetenträger dreht. Die punktsymmetrische Polygonstruktur bzw. Form ist eine gute Gestaltungsvariante, um bei einer Drehung um die Rotationsachse eine gleichverteilte Trägheit zu erreichen.
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Es ist weiter von Vorteil, wenn der Planetenträger, etwa über den gesamten Umfang, umlaufend eine gleichverteilte rotationssymmetrische Polygonstruktur als Außenkontur aufweist, welcher insbesondere der Polygonform des Antriebsrads komplementär ist. Vorteil hieraus ist die gute Drehmomentübertragung, welche gleichmäßig über den Planetenträger verteilt ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Planetenträger zumindest eine Trägerwange / eine Trägerplatte / einen Trägergehäuseabschnitt / ein Planetenträgerteil aufweisen, welche neben dem drehfesten Formschluss in Umfangsrichtung, in Axialrichtung kraftschlüssig, etwa über einen Pressverband, und/oder formschlüssig, etwa über einen verstemmten Verband mit Hinterschnitt, und/oder stoffschlüssig, etwa über eine Schweißverbindung, mit dem Antriebsrad verbunden ist. Eine geometrische Sicherung des Planetenträgers in Axialrichtung, welche bereits durch die formschlüssige Verbindung mit dem Antriebsrad in Radialrichtung gesichert ist, fixiert den Planetenträger relativ zu dem Antriebsrad und der eingesetzte Planetenträger ist fest mit dem Antriebsrad verbunden.
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Vorzugsweise kann die Trägerwange mit dem Antriebsrad mittels zumindest einer Schraube in Axialrichtung fest verbunden sein. Eine Verschraubung stellt eine einfache und bewährte Verbindung dar.
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Es ist von Vorteil, wenn der Planetenträger zwei Trägerwangen aufweist, die vorzugsweise Planetenträgerhälften ausbilden, bei denen zumindest an einer Trägerwange die formschlüssige drehmomentübertragende Verbindung angreift. Die Ausbildung eines Planetenträges mit zwei Trägerwangen ist montagetechnisch sinnvoll und insbesondere die Ausbildung als zwei Planetenträgerhälften mit identischer Ausbildung bzw. Gleichteile können die Fertigungskosten weiter senken.
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In einer besonderen Ausführungsform kann das Antriebsrad und eine der Trägerwangen bzw. eine Trägerwange integral miteinander ausgebildet sein. Durch die integrale Ausbildung einer Trägerwange mit dem Antriebsrad kann in nur einem Fertigungsschritt und mit nur einem Bauteil die Funktion dieser beiden Bauteile hergestellt werden und eine Fertigung wird weiter vereinfacht. Auch wird die drehmomentübertragende Verbindung stoffschlüssig über die einteilige Ausbildung hergestellt.
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Es ist weiter von Vorteil, wenn das Antriebsrad, vorzugsweise das Antriebsrad und die integral ausgebildete Trägerwange, ein Gussteil ist. Die Herstellung des Antriebsrads als Gussteil ist fertigungstechnisch eine günstige Variante.
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Es ist zweckmäßig, wenn die Trägerwange ein Blechtiefziehteil ist. Durch die Ausgestaltung (zumindest einer) der Trägerwange als Blechtiefziehteil kann auch hier wieder ein Fertigungsprozess optimiert werden. Daneben kann, insbesondere wenn das Antriebsrad als Gussteil ausgestaltet ist, das eine hohe Steifigkeit und eine hohe Härte aufweist, die Trägerwange als Blechtiefziehteil einfach in das Antriebsrad eingepresst werden.
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Bevorzugt können das Antriebsrad eine solche Polygonform und der Planetenträger eine solche Außenkontur aufweisen, dass der Planetenträger nur so in das Antriebsrad einsetzbar ist, dass die Durchgangslöcher bzw. Durchgangsbohrungen stets fluchten. Durch diese Ausgestaltung kann die Trägerwange nur so in das Antriebsrad eingesetzt werden, dass eine korrekte Montage der Planetenräder und weiterer Komponenten gewährleistet ist. Ein Vertauschen während der Montage bzw. ein falsches Einsetzen wird unterbunden und ein Montageprozess vereinfacht. Insbesondere kann die Trägerwange in dem Antriebsrad um jeweils einen bestimmten vorgegebenen Winkel gedreht werden, sodass nach Drehung um diesen bestimmten Winkel aufgrund der symmetrischen bzw. rotationssymmetrischen Ausgestaltung der Trägerwange und des Antriebsrades die Durchgangslöcher wieder fluchten und das Planetengetriebe normal montiert werden kann.
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Es ist weiter von Vorteil, wenn das Planetengetriebe als Stirnraddifferenzialgetriebe ausgebildet ist. Das Stirnraddifferenzialgetriebe als eine Getriebeform im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs ist aufgrund des geringen Bedarfs an einem Bauraum eine bevorzugte Variante insbesondere in der Automobilindustrie.
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Mit anderen Worten betrifft die Erfindung einen Planetentrieb / Planetengetriebe, bspw. ein Differenzial, vorzugsweise ein Stirnraddifferenzialgetriebe, bei dem zwischen mindestens einer Trägerplatte / Trägerwange oder einem Trägergehäuseabschnitt und dem Antriebsrad eine formschlüssige polygonförmige und drehmomentübertragende Verbindung hergestellt ist. Eine Ausgestaltung der Erfindung kann bspw. eine als Schweißverbindung ausgestaltete axiale Sicherung sein. Insbesondere kann das Planetengetriebe einen Planetenträger mit zwei Trägerwangen aufweisen, die jeweils eine unterschiedlich große Radialerstreckung haben. Insbesondere kann nur die Trägerwange mit der größeren Radialerstreckung die drehmomentübertragende Verbindung erzielen. Insbesondere kann die drehmomentübertragende Verbindung sich über den gesamten Umfang zumindest einer Trägerwange erstrecken und besonders bevorzugt über den gesamten Umfang beider Trägerwangen.
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Durch eine Polygonverbindung (eines Antriebsrad mit einer radial innenseitigen Polygonform und einem formschlüssig drehfest verbundenem Planetenträger) statt bspw. einer Keilwellenverbindung ergeben sich folgende Vorteile: eine hohe Genauigkeit hinsichtlich der Geometrie bei Keilwellenverzahnung, welche für den Formschluss zuständig ist, ist bei der Polygonverbindung nicht mehr erforderlich. Zudem kann eine einfachere und kostengünstigere Herstellung garantiert werden. Durch eine oben beschriebene Polygongeometrie kann eine Welle-Nabe-Verbindung (WNV) zwischen einer Trägerwange / Trägerplatte und einem Antriebsrad / Stirnrad realisiert werden. Diese Verbindung dient als Formschluss zur Drehmomentübertragung zwischen dem Antriebsrad und der Trägerwange. Das Antriebsrad kann ebenso als bzw. mit Innenverzahnung (Hohlrad, Planetengetriebe) ausgeführt sein. Die Verbindung stellt eine technisch einfach realisierbare Geometrie dar, welche folglich kostengünstig herstellbar ist. Zur axialen Fixierung kommt insbesondere ein Verstemmen, ein Verschrauben oder ein Vernieten infrage.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Hilfe von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Planetengetriebes einer ersten bevorzugten Ausführungsform in Form eines Stirnraddifferenzialgetriebes,
- 2 eine Vorderansicht einer Trägerwange des Planetengetriebes aus 1,
- 3 eine Vorderansicht eines Antriebsrades mit integraler Trägerwange des Planetengetriebes aus 1,
- 4 eine Teilschnittansicht der axialen Befestigung der Trägerwange an dem Antriebsrad mittels einer Verschraubung, und
- 5 in einer Teilschnittansicht eine Verstemmung der Trägerwange in dem Antriebsrad gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines Planetengetriebes.
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Die Figuren sind schematischer Natur und sollen nur dem Verständnis der Erfindung dienen. Gleiche Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen können untereinander ausgetauscht werden.
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1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein erfindungsgemäßes Planetengetriebe 1 einer ersten bevorzugten Ausführungsform in Form eines Stirnraddifferenzialgetriebes bzw. Stirnraddifferenzials. Das Planetengetriebe 1 weist ein schräg verzahntes Stirnrad als Antriebsrad 2 auf, das mit einem Planetenträger 3 formschlüssig drehfest verbunden ist. In 1 sind für das Verständnis der Erfindung lediglich die notwendigen Komponenten des Antriebsrads 2 und des Planetenträgers 3 des Planetengetriebes 1 gezeigt. Die weiteren Komponenten, welche für das Planetengetriebe 1 bzw. ein Stirnraddifferenzialgetriebe notwendig sind, sind der Übersicht halber in den 1 bis 5 nicht dargestellt. Ein Sonnenrad und Planetenräder sowie deren Anbindung und deren Anordnung (insbesondere zweistufige Planetenräder) sind dem Fachmann als bekannt vorausgesetzt.
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Das Antriebsrad 2 weist eine radial innenseitig komplett umlaufende und punktsymmetrische Polygonform 4 auf. Die Polygonform 4 ist als regelmäßiges Vieleck mit einer konvexen Form gestaltet, die in Umfangsrichtung rotationssymmetrisch ist. Die Polygonform 4 kann auch als eine Annäherung an einen Kreis durch ein Vieleck beschrieben werden. Der Planetenträger 3, in welchen Planetenräder (nicht dargestellt) eingesetzt werden, setzt sich aus zwei Trägerwangen 5 und 6 zusammen, die parallel zueinander liegen und sich im Wesentlichen in einer Ebene senkrecht zu einer Rotationsachse R erstrecken. Das Antriebsrad 2 dreht sich zusammen mit dem Planetenträger 3 um diese Rotationsachse R. Die zweite Trägerwange 6 weist dabei eine hauptsächlich scheibenförmige Gestalt auf. Die Polygonform 4 ist nur an der der zweiten Trägerwange 6 abgewandten Seite ausgebildet, sprich an einem axialen Ende des Antriebsrades 2.
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2 und 3 zeigen in einer Vorderansicht die zweite Trägerwange 6 sowie das Antriebsrad 2 mit der ersten Trägerwange 5 der ersten bevorzugten Ausführungsform des Planetengetriebes 1 aus 1. In 3 ist lediglich schematisch die radial innenseitig gleichverteilte rotationssymmetrische und punktsymmetrische Polygonform 4 dargestellt. Diese Polygonform 4 weist eine solche Tiefe einer Ausnehmung/Materialausnehmung in Axialrichtung auf, dass diese Tiefe in etwa die Hälfte einer Dicke der zweiten Trägerwange 6 in Axialrichtung entspricht. Die erste Trägerwange 5 ist in dieser Ausführungsform integral mit dem Antriebsrad 2 ausgeformt, wobei das Antriebsrad 2 und die erste Trägerwange 5 als Gussteil einstückig hergestellt sind. Die zweite Trägerwange 6 ist ein Blechtiefziehteil und weist eine zu der Polygonform 4 des Antriebsrads 2 korrespondierende / komplementäre radial außenseitig umlaufende Außenkontur 7 auf, um die formschlüssige drehfeste Verbindung von dem Planetenträger 3 bzw. der zweiten Trägerwange 6 und dem Antriebsrad 2 zu erzielen. Die Außenkontur 7 der zweiten Trägerwange 6 ist in dieser Ausführungsform also umlaufend gleich / entsprechend zu der Polygonform 4 des Antriebrades 2 gestaltet. Folglich lässt sich die zweite Trägerwange 6 formschlüssig in das Antriebsrad 2 einsetzen und in der Formschlussverbindung ein Drehmoment übertragen (siehe 1). Die gleichverteilte rotationssymmetrische Polygonform 4, welche umlaufend sowohl an dem Antriebsrad 2 als auch als Außenkontur 7 an der zweiten Trägerwange 6 ausgebildet ist, ermöglicht eine gleichmäßige und das Material gleichbelastende Drehmomentübertragung.
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Die zweite Trägerwange 6, siehe 2, ist in Umfangsrichtung gesehen symmetrisch aufgebaut und weist um dir Rotationsachse R in einem Winkel von jeweils 90 °, wie nach Art eines Kuchens, einen Kreissektorabschnitt 8 auf. Vier dieser Kreissektorabschnitte 8 sind in Umfangsrichtung aneinandergesetzt und bilden die zweite Trägerwange 6. In jedem der vier Kreissektorabschnitte 8 der zweiten Trägerwange 6 sind jeweils drei Durchgangslöcher/Durchgangsbohrungen 9 für eine drehbare Lagerung von Planetenrädern (nicht dargestellt) sowie ein Gewinde 10 zur axialen Fixierung/Sicherung, eingebracht. Ebenso weist das Antriebsrad 2 sowie die integral ausgebildete erste Trägerwange 5 im Winkel von 90° vier Kreissektorabschnitte 8 auf. Dabei sind drei zu den Durchgangslöcher 9 der zweiten Trägerwange 6 entsprechend fluchtende Durchgangslöcher 9 in jedem Kreissektorabschnitt 8 eingebracht und an dem Antriebsrad 2 je Kreissektorabschnitt 8 ein radial nach innen vorstehender Materialbereich mit einer Bohrung 11 parallel zur Rotationsachse R ausgebildet. Über die vier Gewinde 10 sowie die vier Bohrungen 11 in dem Antriebsrad 2, welche die gleichen radialen Distanzen zur Rotationsachse R aufweisen, lässt sich die zweite Trägerwange 6 (siehe 4) axial mit dem Antriebsrad 2 verbinden und sichern. Die zweite Trägerplatte 6 kann aufgrund der Kreissektorabschnitte 8 stets um 90° weiter in Umfangsrichtung gedreht und in die Polygonform 4 des Antriebsrads 2 eingesetzt werden, wobei die Durchgangslöcher 9 dabei stets fluchten.
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In der ersten Trägerwange 5 ist konzentrisch zur Rotationsachse R eine Kreisöffnung vorgesehen, in welcher insbesondere ein Sonnenrad gelagert wird. Die zweite Trägerwange 6 weist eine in axialer Richtung vorstehende kreisförmige bzw. zylinderförmige Wand auf, die radial gesehen weiter innen als die Durchgangslöcher 9 sowie die Gewinde 10 liegt. Auch ist radial noch weiter innen als die obige zylinderförmige Wand eine integral mit der zweiten Trägerwange 6 und konzentrisch zur Rotationsachse R liegende zylinderförmige Hohlwelle ausgebildet, welche ebenfalls in die Axialrichtung vorsteht. Die integral ausgebildete Hohlwelle dient insbesondere der Lagerung eines weiteren Sonnenrads.
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4 zeigt in einer Teillängsschnittansicht den Planetenträger 1 der ersten bevorzugten Ausführungsform der 1 bis 3 und insbesondere die Befestigung bzw. axiale Sicherung der zweiten Trägerwange 6 mit dem Antriebsrad 2 mittels einer Schraube 12. Die Schraube 12 mit einem metrischen Gewinde wird dabei jeweils in das passende Gewinde 10 der zweiten Trägerwange 6 eingeschraubt, wobei die Schraube 12 sich an einer radial um die Längsachse der Bohrung 10 umlaufenden Seitenflanke 13 in axialer Richtung abstützt.
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5 zeigt einen Teilausschnitt eines Längsschnittes durch das Planetengetriebe 1 bzw. den Planetenträger 3 und das Antriebsrad 2 einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, bei dem die zweite Trägerwange 6 in das Antriebsrad 2 nicht eingeschraubt sondern eingestemmt ist bzw. verstemmt ist. In dem Antriebsrad 2 ist dafür radial innenseitig eine umlaufende Nut 14 ausgebildet, welche korrespondierend zu einem radial nach außen weisenden Vorsprung 15 der zweiten Trägerwange 6 ausgebildet ist. Der Vorsprung 15 ist in die Nut 14 verstemmt und liegt nun formschlüssig mit einem Hinterschnitt in axialer Richtung in der Nut 14 des Antriebsrads 2 an und die zweite Trägerwange 6 ist in axialer Richtung gegenüber dem Antriebsrad 2 und der ersten Trägerwange 5 gesichert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Planetengetriebe
- 2
- Antriebsrad / Stirnrad
- 3
- Planetenträger
- 4
- Polygonform
- 5
- Erste Trägerwange
- 6
- Zweite Trägerwange
- 7
- Außenkontur
- 8
- Kreissektorabschnitt
- 9
- Durchgangsloch
- 10
- Gewinde
- 11
- Bohrung
- 12
- Schraube
- 13
- Seitenflanke
- 14
- Nut
- 15
- Vorsprung
- R
- Rotationsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011087579 A1 [0002]
- DE 102011004908 A1 [0003]
