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Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe mit einem Sonnenrad und einem Wellenteil.
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Es ist allgemein bekannt, dass ein Planetengetriebe ein anzutreibendes Sonnenrad aufweist, das mit Planetenrädern im Eingriff ist, welche mit der Innenverzahnung eines Hohlrades im Eingriff sind.
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Aus der
DE 10 2015 007 470 A1 ist als nächstliegender Stand der Technik ein Verfahren zum Herstellen einer Welle-Nabe-Verbindung bekannt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Planetengetriebe mit einem Sonnenrad und einem Wellenteil weiterzubilden, wobei eine hohe Varianz von Planetengetrieben einer Baureihe von Planetengetrieben mit einer geringen Anzahl von Bauteilen erreichbar sein soll
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Planetengetriebe nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Planetengetriebe mit einem Sonnenrad und einem Wellenteil sind, dass das Wellenteil einen Verzahnungsbereich aufweist und einen ersten Zentrierbereich und einen zweiten Zentrierbereich, wobei der Verzahnungsbereich axial zwischen dem ersten und dem zweiten Zentrierbereich angeordnet ist,
wobei der erste Zentrierbereich und ein Teilbereich des Verzahnungsbereichs des Verzahnungsbereichs, in eine Ausnehmung, insbesondere Aufnahmebohrung, des Sonnenrads eingepresst ist,
insbesondere wobei der Teilbereich der Hälfte des Verzahnungsbereichs entspricht,
wobei der Teilbereich drehfest mit dem Sonnenrad verbunden ist.
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Von Vorteil ist dabei, dass der Verzahnungsbereich des Wellenteils in das Sonnenrad eingepresst ist. Somit ist die Sonne zweigeteilt, also mittels Sonnenrad und verbundenem Wellenteil, ausgeführt. Somit ist eine Schnittstelle geschaffen, so dass unterschiedlich große Sonnenräder mit dem Wellenteil verbindbar sind. Da das Wellenteil mit einer Hohlwelle, insbesondere weiteren Nabe, ebenso verbindbar ist wie mit dem Sonnenrad, ist eine Verbindung ohne Kerbstelle realisierbar. Denn der Verzahnungsbereich steht axial einerseits dem Sonnenrad und andererseits aber auch der auf das Wellenteil aufzusteckenden Hohlwelle zur Verfügung. Auf diese Weise ist eine große Variantenvielfalt mit einer geringen Anzahl von Bauteilen erreichbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist jeder Zentrierbereiche zylindrisch ausgebildet oder weist zylindrische Bereiche auf, insbesondere mit unterschiedlichen Außendurchmessern. Von Vorteil ist dabei, dass beim Einpressen des Wellenteils in das Sonnenrad ein Einfädeln und/oder Vorzentrieren vor dem Zentrieren bewirkbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Teilbereich formschlüssig mit dem Sonnenrad verbunden, insbesondere wobei die Verzahnung des Teilbereichs in das Sonnenrad eingeschnitten ist und/oder plastisch verformend eingepresst ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine formschlüssige Verbindung erreicht ist. Wenn also der in das Sonnenrad eingepresste und somit kraftschlüssig mit dem Sonnenrad verbundene Zentrierbereich mit einem zu hohen Drehmoment beaufschlagt wird und somit die kraftschlüssige Verbindung zum Sonnenrad hin versagt, bewirkt noch die formschlüssige Verbindung des Verzahnungsbereichs ein Durchleiten des Drehmoments an das Sonnenrad. Somit ist eine erhöhte Sicherheit erreichbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der von der Ausnehmung in axialer Richtung überdeckte Bereich größer als der von dem ins Sonnenrad eingepressten Bereich in axialer Richtung überdeckte Bereich des Wellenteils,
insbesondere wobei der dadurch gebildete Freiraum eine größere axiale Breite aufweist als der erste Zentrierbereich. Von Vorteil ist dabei, dass das Trägheitsmoment möglichst klein ist und daher eine hohe Dynamik beim Antrieben realisierbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Wellenteil aus einem anderen Material gefertigt als das Sonnenrad,
insbesondere wobei das Sonnenrad aus ADI und das Wellenteil aus einem Stahl, insbesondere aus Einsatzstahl, gefertigt ist oder wobei das Wellenteil gehärteten Stahl aufweist, insbesondere im Verzahnungsbereich und das Sonnenrad insbesondere im Bereich der Aufnahmebohrung aus nicht gehärtetem Stahl gebildet ist. Von Vorteil ist dabei, dass nur das beanspruchte Bauteil aus einem kostspieligeren Material angefertigt werden muss. Das weniger beanspruchte Bauteil ist dann aus einem kostengünstigeren Material herstellbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Sonnenrad aus demselben Vorfertigteil wie ein Planetenrad des Planetengetriebes gefertigt,
insbesondere wobei der Innendurchmesser der Aufnahmebohrung des Sonnenrads dem Innendurchmesser der Aufnahmebohrung des Planetenrads gleicht. Von Vorteil ist dabei, dass nur eine einzige Sorte von Vorfertigteilen für die Herstellung des Sonnenrads und der Planentenräder zur Verfügung gestellt werden muss.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Planetenrad mittels Nadellager auf einem Planetenbolzen drehbar gelagert, welcher in einen Planetenträger des Planetengetriebes eingepresst ist,
wobei der Planetenträger relativ zu einem Hohlrad drehbar gelagert ist, mit dessen Innenverzahnung die Verzahnung des Planetenrads im Eingriff ist,
wobei die Verzahnung des Planetenrads mit der Verzahnung des Sonnenrads im Eingriff ist,
wobei das Sonnenrad relativ zum Hohlrad drehbar gelagert ist. Von Vorteil ist dabei, dass Planetenrad und Sonnenrad dieselbe Aufnahmebohrung aufweisen und somit der Außendurchmesser des Zentrierbereichs des Wellenteils dem Außendurchmesser des das Planetenrad aufnehmenden Nadellagers gleicht.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen der erste und der zweite Zentrierbereich dieselbe axiale Ausdehnung auf. Von Vorteil ist dabei, dass das Wellenteil symmetrisch fertigbar ist, also das Wellenteil spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieebene ausführbar ist, deren Normalenrichtung parallel zur Drehachse des Wellenteils ausgerichtet ist und die den Schwerpunkt des Wellenteils enthält.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Verzahnungsbereich eine gewalzte Verzahnung, insbesondere eine Rändelverzahnung, auf,
insbesondere wobei die Verzahnung an ihrem radial äußeren Endbereich überschliffen ist. Von Vorteil ist dabei, dass der Verzahnungsbereich kostengünstig herstellbar ist und eine formschlüssige Verbindung mit dem Sonnenrad in kostengünstiger Weise erreichbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind der zweite Zentrierbereich und ein weiterer Teilbereich des Verzahnungsbereichs in eine weitere Nabe eingepresst, wobei die weitere Nabe drehfest mit einer Rotorwelle eines Elektromotors verbunden ist oder eine als Hohlwelle ausgeführte Rotorwelle eines Elektromotors ist. Von Vorteil ist dabei, dass dieselbe Verbindungsart mit dem Sonnenrad wie auch mit der weiteren Nabe anwendbar ist. Außerdem ist keine Kerbstelle im Verzahnungsbereich vorhanden. Somit wird der Verzahnungsbereich axial beidseitig zur formschlüssigen Verbindung verwendet und es ist keine Bruchgefahr vorhanden, die durch eine Kerbstelle erreichbar wäre.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Wellenteil axial beidseitig eine gleich große Zentrierbohrung auf, insbesondere zur Aufnahme des Wellenteils auf einer Bearbeitungsmaschine,
insbesondere wobei die erste der Zentrierbohrungen spiegelsymmetrisch zur anderen Zentrierbohrung, insbesondere zur zweiten der Zentrierbohrungen, ausgeführt ist. Von Vorteil ist dabei, dass das Wellenteil keine Vorzugsrichtung aufweist und somit ein einfaches Handling bei der Herstellung durchführbar ist. Außerdem ist die Verbindung beidseitig gleichstark belastbar.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
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Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:
- In der 1 ist ein erstes mit einem Wellenteil 1 verbundenes Sonnenrad 4 eines ersten Planetengetriebes dargestellt.
- In der 2 ist ein zweites mit dem Wellenteil 1 verbundenes Sonnenrad 20 dargestellt, welches zu einem größeren Planetengetriebe gehört als das zu 1 gehörende Planetengetriebe.
- In der 3 ist ein drittes, mit dem Wellenteil 1 verbundenes Sonnenrad 30 dargestellt, welches zu einem größeren Planetengetriebe gehört als das zu 2 gehörende Planetengetriebe.
- In der 4 ist im Unterschied zur 1 eine teilweise angeschnittene Darstellung gewählt, so dass die beiden gleich großen Zentrierbohrungen 40 des Wellenteils 1 sichtbar sind.
- In der 5 ist zum Vergleich eine nicht erfindungsgemäße einteilige Ausführung gezeigt, bei welcher eine Vertiefung 53 zwischen dem außenverzahnten Sonnenrad 50 und dem verzahnten Verbindungsbereich 54 erkennbar ist, welche durch das Herstellen des Verzahnungsbereichs 54 notwendig ist.
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Wie in 1 dargestellt, ist das Sonnenrad 4 hohl ausgeführt, also als Nabe, und mit einem Wellenteil 1, insbesondere Einsteckritzel, drehfest verbunden.
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Hierzu weist das Wellenteil 1 einen verzahnter Bereich 3, insbesondere Rändelverzahnung, auf, der axial zwischen zwei Zentrierbereichen 2, insbesondere zylindrischen Bereichen, angeordnet ist.
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Der erste dieser beiden Zentrierbereiche 2 ist mit einem Teilbereich des verzahnten Bereichs 3 in das Sonnenrad 4 eingeführt. Dabei schließt dieser erste der Zentrierbereiche 2 bündig mit dem Sonnenrad 4 ab. Der restliche Teilbereich des verzahnten Bereichs 3 und der andere der beiden Zentrierbereiche 2 steht axial heraus, so dass eine weitere Nabe aufschiebbar auf das Wellenteil 1 ist und somit drehfest mit dem weiteren Nabenteil, also der weiteren Nabe, verbindbar ist.
Das weitere Nabenteil ist als Hohlwelle ausführbar, die beispielsweise eine Rotorwelle eines Elektromotors ist oder mit dieser drehfest verbunden ist.
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Auch mit dem Sonnenrad 4 ist das Wellenteil 1 drehfest verbunden, indem beim Einpressen des Wellenteils 1 in das Sonnenrad 4 zunächst der Zentrierbereich 2 in die axial durchgehende Ausnehmung des Sonnenrads 4 eingeführt wird. Dabei wird das Wellenteil zur Ausnehmung, insbesondere Bohrung zentriert und somit das Wellenteil 1 beim weiteren Einpressen des verzahnten Bereichs 3 geführt. Der Außendurchmesser des verzahnten Bereichs 3 ist größer als der Innendurchmesser der Ausnehmung des Sonnenrads 4.
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Somit schneidet sich der verzahnte Bereich beim weiteren Einpressen in das Sonnenrad 4 ein. Auf diese Weise ist eine drehfeste sichere Verbindung erreicht. Denn wenn der im Bereich des Zentrierbereichs 2 mit dem Sonnenrad 4 bewirkte Kraftschluss überlastet wird, wirkt zumindest noch der Formschluss.
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Die weitere Nabe ist in derselben Weise aufpressbar auf das Wellenteil 1.
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Dabei weist der Verzahnungsbereich 3 keine Kerbstelle auf, insbesondere nicht im axialen Endbereich des Sonnenrads 4.
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Auf diese Weise ist mittels des Wellenteils 1 eine drehfeste Verbindung des Sonnenrads 4 mit der weiteren Nabe erreicht, die keine Kerbstelle aufweist und somit auch keine Bruchgefahr.
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Außerdem ist mit dem Wellenteil 1 eine Schnittstelle geschaffen, welche die Verbindung derselben weiteren Nabe mit verschiedenen Sonnenrädern (4, 20, 30) ermöglicht, wie in den 1 bis 3 erkennbar.
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Das Sonnenrad 20 des Ausführungsbeispiels nach 2 axial weiter ausgedehnt als das Sonnenrad 4 des Ausführungsbeispiels nach 1.
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Somit ragt das Wellenteil 1 beim Sonnenrad 20 nur in die Ausnehmung hinein, so dass ein Freiraum 21 am vom Verzahnungsbereich 3 axial abgewandten axialen Endbereich des Sonnenrads 20 vorhanden ist.
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Der Verzahnungsbereich 3 ist vorzugsweise als gewalzte Verzahnung ausgeführt, insbesondere Rändel, wobei die Verzahnung überschliffen ist, also bei einem vorgegebenen Außendurchmesser begrenzt, insbesondere abgeschnitten. Somit erstrecken sich die Köpfe der Verzahnung nur bis zu diesem Außendurchmesser.
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Der Verzahnungsbereich ist dabei wiederum nur mit seinem Teilbereich, eingepresst. Vorzugsweise wird das Wellenteil 1 nur so weit axial ins Sonnenrad 4 eingeschoben, dass nur die Hälfte des vom Verzahnungsbereich 3 in axialer Richtung überdeckten Bereichs im Sonnenrad sich befindet.
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In 3 ist ein im Vergleich zu 2 noch größeres Sonnenrad 30 gezeigt, wobei das Wellenteil 1 wiederum nur bis zu seiner axialen Hälfte eingeschoben ist. Daher ist auch der Freiraum 31 größer.
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Wie in 4 dargestellt, weist das Wellenteil axial beidseitig Zentrierbohrungen 40 auf, mit denen es in einer Bearbeitungsmaschine aufnehmbar ist. Die beiden Zentrierbohrungen sind hierbei gleich groß ausgeführt. Auf diese Weise ist also eine Vereinfachung, insbesondere Vereinheitlichung des Wellenteil 1, und die Fertigbarkeit insbesondere kleiner Wellenteile gegeben.
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Daher sind also verschieden große Wellenteile mittels derselben Bearbeitungsmaschine, insbesondere mittels desselben Aufnahmedorns der Bearbeitungsmaschine aufnehmbar.
Die Laufverzahnung der Sonnenräder (4, 20, 30) wird gleichartig insbesondere auf der gleichen Bearbeitungsmaschine, insbesondere unter Verwendung derselben Vorfertigteile wie die des Planetenrads des Planetengetriebes, gefertigt.
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Wie in 5 gezeigt, wird bei einer einstückigen Ausführung des Wellenteils zusammen mit dem Sonnenrad eine erste Zentrierbohrung 51 und eine zweite Zentrierbohrung 52 vorgesehen, wobei die zweite größer als die erste ist.
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Weiterer Vorteil der Ausführung nach den 1 bis 4 ist, dass für das Wellenteil ein anderes Material verwendbar ist als für das Sonnenrad (4, 20, 30).
Somit ist als Sonnenrad beispielsweise ADI verwendbar und für das Wellenteil einfacher Stahl oder umgekehrt. Somit ist das Wellenteil 1 aus einem besonders tragfähigen Werkstoff herstellbar.
Außerdem ist das Sonnenrad 4, 20, 30) infolge seiner hohlen Ausführung, also Ausführung als Nabe, aus demselben Vorfertigteil, insbesondere also mit derselben Bohrung, wie auch ein Planetenrad des Planetengetriebes herstellbar.
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Somit ist für ein Planetengetriebe das Sonnenrad und die Planetenräder des Planetengetriebes aus identischen Vorfertigteilen ausführbar, insbesondere so dass nur eine Sorte von Vorfertigteilen im Lager zum Herstellen vorrätig gehalten werden muss. Mittels der Bearbeitungsmaschine sind die entsprechenden Verzahnungen des Sonnenrads oder des Planetenrads aufbringbar.
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Die in der Ausführung nach 2 und auch in der Ausführung nach 3 vorhandenen Freiräume (21, 31) vermindern das Trägheitsmoment des Sonnenrads (20, 30). Dies ist deshalb wichtig, weil das Sonnenrad (20, 30) mit der eintreibenden Welle, insbesondere schnell drehenden Motorwelle, drehfest verbunden ist oder mit der Adapterwelle drehfest verbunden ist die dann insbesondere mit der schnell drehenden Motorwelle verbunden ist.
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Somit ist eine höhere Dynamik ermöglicht.
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Durch die Einführung der Schnittstelle, insbesondere Aufteilung in Sonnenrad (4, 20, 30) und Wellenteil 1 sind nachgelagerte Bearbeitungsschritte, insbesondere Veredlungsprozesse, insbesondere das Beschichten der Laufverzahnung mit beispielsweise eines vakuumbasierten Beschichtungsverfahrens des Sonnenrades (4, 20, 30) zu vereinfachen. Durch die Auftrennung des Sonnenrades (50) in Sonnenrad (4, 20, 30) und Wellenteil 1 ist insbesondere das Abdecken des nicht zu beschichtenden Wellenteils 1 beim Beschichtungsprozess einzusparen.
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Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist der Zentrierbereich 2 in Bereiche mit verschiedenem Durchmesser unterteilt, so dass ein Einfädeln, Vorzentrieren und Zentrieren ermöglicht ist. Auch der Verzahnungsbereich ist mit verschiedenen Außendurchmessern ausführbar, so dass das Einschneiden sogar durch ein bloßes plastisches Verformen ersetzbar ist, das aber trotzdem einen in Umfangsrichtung wirkenden Formschluss bewirkt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wellenteil, insbesondere Einsteckritzel
- 2
- Zentrierbereich, insbesondere zylindrischer Bereich
- 3
- verzahnter Bereich, insbesondere Rändelverzahnung
- 4
- Sonnenrad
- 20
- Sonnenrad
- 21
- Freiraum
- 30
- Sonnenrad
- 31
- Freiraum
- 40
- Zentrierbohrung
- 50
- Sonnenrad
- 51
- Zentrierbohrung
- 52
- Zentrierbohrung
- 53
- Vertiefung, Freistich
- 54
- verzahnter Verbindungsbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015007470 A1 [0003]
