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Die Erfindung betrifft ein als Planetenwälzgetriebe aufgebautes Planetengetriebe, bestehend aus einem zentralen außenverzahnten Sonnenrad, einem innenverzahnten Hohlrad sowie zumindest einem das Sonnenrad mit dem Hohlrad verbindenden Planetenrad, das einem Planetenträger zugeordnet ist, wobei alle Räder des Planetengetriebes aufeinander abwälzend angeordnet sind.
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Planetengetriebe finden Anwendung insbesondere in Getrieben von Kraftfahrzeugen. Sie ermöglichen aufgrund ihrer kompakten Bauform eine im Verhältnis zu anderen Getriebebauarten große Leistungsdichte, eine hohe Drehmomentübertragung bei kleinstem Bauraum sowie eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses unter Last, ohne Unterbrechung des Kraftflusses.
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Die einfachste Form eines Planetengetriebes, ein sogenanntes einstufiges Planetengetriebe, besteht grundsätzlich aus einem Sonnenrad, einer Anzahl von Planetenrädern, einem Planetenradträger sowie einem Hohlrad. Das Sonnenrad ist hierbei über das oder jedes der eingesetzten Planetenräder mit dem innenverzahnten Hohlrad formschlüssig verbunden. Grundsätzlich können entweder das Sonnenrad, der Planetenradträger oder das Hohlrad treibend, angetrieben oder festgestellt sein. In Abhängigkeit des geforderten Über- oder Untersetzungsverhältnis kann das Planetengetriebe eine oder mehrere Planetenstufen einschließen. Bei bekannten Getrieben erfolgt die Kraftübertragung vom treibenden zum angetriebenen Rad durch gegenseitig eingreifende Zähne von Stirnzahnrädern. Bei ihrem gegenseitigen Eingriff gleiten die Zähne an Zahnflanken, wobei Reibung entsteht.
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In der
EP 2 441 979 B1 ist ein Zahnrad gezeigt und beschrieben, in dessen Zahnlücken Bolzen eingreifen, die von einem hülsenförmigen, sich um die eigene Achse drehbaren Rollelement umgeben sind. Das Zahnrad, ein Rad mit der Triebstockverzahnung sowie die Bolzen stehen so miteinander im Eingriff, dass wenigstens ein von dem Rollelement umgebener Bolzen in die Zahnlücke des Zahnrads eingreift. Die Kraftübertragung zwischen den beiden miteinander im Eingriff stehenden Rädern erfolgt dabei mittelbar über den Kontakt mit dem Rollelement, an dem sich innen der jeweilige Bolzen des Rades und außen ein Zahn der Verzahnung des Zahnrades abstützt.
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Aus der
DE 807 576 B ist ein sogenanntes Zahnrollradgetriebe bekannt, bei dem ein Zahnrad mit einem Rollenrad in einer Wirkverbindung steht. Die Zahnflanken des Zahnrades sind dabei so geformt, dass sie auf einem Rollenmantel abrollen. Die
DE 201 06 101 U1 bezieht sich auf ein Getriebe, das zwei aufeinander abwälzende Getrieberäder einschließt, wobei ein Getrieberad als Kettenrad ausgebildet ist und auf der Umfangsfläche des weiteren Getrieberades drehbar gelagerte Hülsen verteilt angeordnet sind. Der Abstand der Getrieberäder ist so bemessen, dass zwischen den benachbarten Hülsen jeweils ein Zahn des Kettenrades eingreift.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Planetengetriebe mit einer reduzierten Reibung zur Optimierung des Wirkungsgerades bereitzustellen.
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Diese Aufgabenstellung wird durch ein Planetengetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen, den Figuren und der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen.
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Gemäß der Erfindung ist in eine Mantelfläche der Planetenräder eine axial von Wangen begrenzte Ringnut eingebracht, die zur Aufnahme von umfangsverteilt mit gleichmäßiger Teilung positionierten, rotierbaren, Eingreifelemente bildenden Wälzlagern vorgesehen ist, die formschlüssig in Zahnprofile des Sonnenrades und des Hohlrades eingreifen und dabei auf deren Zahnflanken abrollen.
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Dieses konstruktive Konzept, bei dem die Eingriffselemente bildenden Wälzlager des Planetenrades im Betriebszustand auf den Zahnflankenkonturen der zugehörigen Zahnräder abrollen ohne zu gleiten, zeichnet sich aus durch eine vorteilhaft geringe Reibung. Im Vergleich zur bisherigen Verzahnung, bei der sich durch das gegenseitige Gleiten der Zahnflanken ein relativ hoher Reibungswiderstand einstellte, kann mit dem erfindungsgemäßen Konzept aufgrund der Rollreibung des Wälzlagers ein gewünschter reduzierter Reibungswiderstand realisiert werden, der die Effizienz, den Wirkungsgrad des Planetengetriebes deutlich verbessert.
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Bei herkömmlichen Planetengetrieben verursacht die Gleitreibung der Verzahnung einen erhöhten Verschleiß, eine Abnutzung der Zahnflanken (Evolventen, Zykloiden), verbunden mit einer Veränderung der Zahnflanken. Der Verschleiß infolge der Gleitreibung führt zu einer Verlustenergie, die eine nachteilige Erwärmung des Planetengetriebes zumindest bei hohen Leistungen auslöst sowie eine erhöhte Geräuschentwicklung.
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Durch die vorteilhaft auf den Zahnflanken abrollenden, als Wälzlager ausgeführten Eingreifelemente der erfindungsgemäßen Planetenräder stellt sich folglich ein reibungsarmer Antrieb mit verbessertem Wirkungsgrad ein, bei dem die zuvor genannten negativen Eigenschaften bisheriger Antriebe nicht auftreten. Vorteilhaft entspricht die Anzahl der Wälzlager des Planetenrades der Zähnezahl bisher eingesetzter Planetenräder. Weiterhin besteht ein nahezu übereinstimmender Bauraumbedarf zwischen dem erfindungsgemäß aufgebauten Planetengetriebe und den bekannten Planetengetrieben, der einen Austausch ermöglicht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden für das Planetenrad als Wälzlager relativ klein bauende, bauraumoptimierte Nadellager eingesetzt. Der Innenring jedes Nadellagers ist dabei auf einer Achse drehfixiert, deren Enden jeweils in koaxial zu einer Drehachse des Planetenrades verlaufende Bohrungen der Wangen des Planetenrades eingepresst sind. Der Außenring des Nadellagers greift in die Zahnprofile des Sonnenrades und des Hohlrades ein. Alternativ zur Erzielung eines weiter reduzierten Bauraumbedarfs bietet es sich an, das massive Nadellager durch einen Nadelkranz zu ersetzen, bei dem die von einem Käfig gehaltenen Nadeln bzw. Wälzkörper innenseitig unmittelbar auf der, eine Wälzlagerlaufbahn bildenden Achse geführt sind. Außenseitig sind die Nadeln von dem Nadelkranz unmittelbar an den Zahnflanken der Verzahnungen des Sonnenrades und des Hohlrades geführt. Vorteilhaft sind die Zahnprofile von dem Sonnenrad und dem Hohlrad so geformt bzw. gestaltet, dass der äußere Lagerring der mit dem Planetenrad verbundenen Wälzlager optimal in das Zahnprofil eintreten und an den Zahnflanken abrollen kann.
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Ferner ist gemäß der Erfindung zur weiteren Reibungsreduzierung des Planetenrades ein wälzgelagertes Planetenrad vorgesehen. Dazu ist das Planetenrad über ein Wälzlager auf einem mit dem Planetenträger verbundenen Planetenradbolzen gelagert. Bevorzugt eignet sich als Wälzlager dazu ein Nadellager oder ein Nadelkranz.
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Die sich vorteilhaft einstellende geringe Reibung aufgrund der verwendeten Wälzlager im Planetenrad kann durch eine geeignete, zielgerichtete Schmierung weiter verbessert werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von einem in zwei Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt. Es zeigt:
- 1: einen Ausschnitt von einem Planetengetriebe mit einem erfindungsgemäß aufgebauten Planetenrad;
- 2: das Planetenrad in einer Schnittansicht gemäß einem Schnittverlauf 2 - 2 von der 1.
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Die 1 zeigt einen Ausschnitt von einem auch Planetenwälzgetriebe genannten Planetengetriebe 1 bekannten Aufbaus, bestehend aus einem zentralen Sonnenrad 2, das in Wirkverbindung mit zumindest einem erfindungsgemäßen Planetenrad 3 steht, welches weiterhin mit einem Hohlrad 4 verbunden ist. Außerdem umfasst das Planetengetriebe 1 einen in 1 nicht gezeigten, den Planetenrädern 3 zugeordneten Planetenträger. Zur Verdeutlichung des Planetenrades 3 ist dieses im Schnitt abgebildet, das über ein bevorzugt als Nadellager ausgeführtes Zylinderrollenlager 5 auf einem im Planetenträger eingesetzten Planetenradbolzen 6 drehbar gelagert ist. Anstelle eines Zahnprofils schließt das walzenähnlich gestaltete Planetenrad 3 fünf Wälzlager 7 ein, die im Betriebszustand an Zahnflanken 8, 9 von Zahnprofilen 10, 11 des Sonnenrades 2 und des Hohlrades 4 abrollen.
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Der 2 sind weitere Details des auf dem Planetenradbolzen 6 angeordneten Planetenrades 3 zu entnehmen, der mit dem nicht gezeigten Planetenträger verbunden ist. Dazu ist ein Innenring 11 des Zylinderrollenlagers 5 auf dem Planetenradbolzen 6 und ein Außenring 13 in eine Bohrung 24 des Planetenrades 3 gepresst. Von einer Mantelfläche 14 ausgehend ist in dem Planetenrad 3 eine beidseitig von Wangen 15, 16 axial begrenzte Ringnut 23 eingebracht, die zur Aufnahme der Wälzlager 7 bestimmt ist. Der Innenring 17 des Wälzlagers 7 ist dabei auf einer Achse 18 drehfixiert, die in koaxial zu einer Drehachse 19 des Planetenrades 3 eingebrachte Bohrungen 20, 21 der Wangen 15, 16 eingepresst ist. Über den Außenring 22 steht das Wälzlager 7 mit dem Zahnprofil 10 des Hohlrades 4 in Kontakt, an dessen Zahnflanke 8 der Außenring im Betriebszustand abrollt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Planetengetriebe
- 2
- Sonnenrad
- 3
- Planetenrad
- 4
- Hohlrad
- 5
- Zylinderrollenlager
- 6
- Planetenradbolzen
- 7
- Wälzlager
- 8
- Zahnflanke
- 9
- Zahnflanke
- 10
- Zahnprofil
- 11
- Zahnprofil
- 12
- Innenring
- 13
- Außenring
- 14
- Mantelfläche
- 15
- Wange
- 16
- Wange
- 17
- Innenring
- 18
- Achse
- 19
- Drehachse
- 20
- Bohrung
- 21
- Bohrung
- 22
- Außenring
- 23
- Ringnut
- 24
- Bohrung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2441979 B1 [0004]
- DE 807576 B [0005]
- DE 20106101 U1 [0005]
