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Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Ist ein Zahnrad ist mittels eines Gleitlagers drehbar auf einer Achse gelagert, und wird das Zahnrad axial belastet, biegt sich die Achse durch. Dadurch kommt es zu einer ungünstigen Lastverteilung in dem Gleitlager. Druckspitzen in äußeren Bereichen des Gleitlagers erhöhen den Verschleiß und können zu Beschädigungen der Laufflächen führen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen innewohnenden Nachteile zu vermeiden. Insbesondere sollen die Verschleißfestigkeit und Haltbarkeit eines Zahnrads, das mittels eines als Radiallager ausgebildeten Gleitlagers drehbar auf einer Achse gelagert ist, verbessert werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung nach Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten und ergeben sich aus den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen.
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Die Anordnung weist eine Achse, ein Zahnrad, eine Stützstruktur und ein Gleitlager auf. Die Anordnung ist vorzugsweise Teil einer Planetenstufe mit einem Hohlrad, einem Planetenträger, drehbar in dem Planetenträger gelagerten Planetenrädern und einem Sonnenrad. Die Planetenräder kämmen jeweils mit dem Hohlrad und/oder dem Sonnenrad. Ein Planetenrad bildet dabei das Zahnrad einer erfindungsgemäßen Anordnung. Ein Planetenbolzen dient als Achse. Bei dem Planetenträger handelt es sich um eine Stützstruktur.
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Eine Achse ist ein Maschinenelement, das zur Lagerung eines drehbaren Bauteils dient und kein Drehmoment in Richtung einer Drehachse des Bauteils überträgt. Die Achse ist vorliegend ein- oder beidseitig in der Stützstruktur fixiert. Dies bedeutet, dass die Achse mit einem oder mit beiden ihrer axialen Enden in der Stützstruktur fixiert ist. Die Fixierung erfolgt vorzugsweise starr, d.h. derart, dass keinerlei Relativbewegungen zwischen der Achse und der Stützstruktur möglich sind.
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Unter den axialen Endbereichen der Achse sind zwei Bereiche der Achse zu verstehen, an die in jeweils eine axiale Richtung kein weiterer Bereich der Achse anschließt. Axial zwischen den Endbereichen befindet sich ein Mittelstück der Achse, das an die Endbereiche angrenzt und sie miteinander verbindet.
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Eine Stützstruktur ist ein Mittel zur Aufnahme und Fixierung weiterer Mittel. Vorliegend dient die Stützstruktur der Aufnahme und Fixierung der Achse.
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Bei dem Gleitlager der erfindungsgemäßen Anordnung handelt es sich um ein Radiallager. Ein Radiallager ist ein Lager, das ausgebildet ist, Kräfte in beliebiger radialer Richtung bezüglich einer Drehachse, vorliegend der Drehachse des Zahnrads, aufzunehmen. Dies schließt das Vorhandensein von Axiallagern nicht aus. Insbesondere kann das Gleitlager als kombiniertes Axial-Radiallager ausgebildet sein. Vorzugsweise handelt es sich um ein reines Radiallager mit zylindrischen Lauf- bzw. Gleitflächen.
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Das Zahnrad ist mittels des Gleitlagers drehbar auf der Achse bzw. auf dem Mittelstück der Achse gelagert. Das Gleitlager weist eine radial innere und eine radial äußere Gleitfläche auf. Das Zahnrad bildet die äußere Gleitfläche aus, die Achse die innere Gleitfläche. Insbesondere können das Zahnrad die äußere Gleitfläche und/oder die Achse die innere Gleitfläche einstückig ausbilden. Alternativ weisen das Zahnrad und/oder die Achse eine zylindrische Buchse auf, die drehfest in dem Zahnrad bzw. auf der Achse fixiert ist, und welche die äußere bzw. die innere Gleitfläche ausbildet.
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Erfindungsgemäß weist eine erste Stirnfläche, d.h. eine bezüglich der Drehachse des Zahnrads axiale Begrenzungsfläche des Zahnrads, eine erste Aussparung auf. Bei der ersten Aussparung handelt es sich um eine Vertiefung, die eine zu der Drehachse des Zahnrads rotationssymmetrische Grundform hat. Insbesondere verläuft die erste Aussparung ohne Unterbrechung vollständig um die Drehachse des Zahnrads herum und ist in sich geschlossen. In jedem Längsschnitt des Zahnrads ist die erste Aussparung also vorhanden.
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Die Grundform eines geometrischen Körpers bezeichnet die Form eines ursprünglichen Körpers, aus dem der erstgenannte Körper durch Eliminieren einzelner Bereiche und/oder durch Hinzufügen einzelner Bereiche entsteht.
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Die erste Aussparung hinterschneidet wenigstens einen Teil des Gleitlagers bzw. der äußeren und/oder inneren Gleitfläche des Gleitlagers in axialer Richtung. Dies bedeutet, dass die erste Aussparung sich ausgehend von der ersten Stirnfläche so weit in axialer Richtung erstreckt, dass sie einen Teil des Gleitlagers bzw. der äußeren und/oder inneren Gleitfläche überdeckt. Es gibt also mindestens eine Querschnittsebene, d.h. eine orthogonal zu der Drehachse des Zahnrads ausgerichtete Ebene, welche die Aussparung und das Gleitlager bzw. die äußere und/oder innere Gleitfläche des Gleitlagers und schneidet.
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Durch die Aussparung wird die Biegesteifigkeit des Zahnrads im Bereich des Gleitlagers gezielt herabgesetzt. Insbesondere lässt sich die Biegesteifigkeit des Lagersitzes soweit vermindern, dass sie geringer ist als die Biegesteifigkeit der Achse. Dadurch ist es möglich, die Biegesteifigkeit des Zahnrads an die Biegesteifigkeit der Achse derart anzupassen, dass das Zahnrad im Bereich des Gleitlagers der Biegung der Achse folgt. Infolgedessen wird das Gleitlager gleichmäßig belastet. Die Entstehung lokaler Druckspitzen an den Rändern des Gleitlagers wird vermieden.
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In einer bevorzugten Weiterbildung weist eine zweite Stirnfläche des Zahnrads eine zweite Aussparung auf. Die zweite Aussparung ist analog zu der ersten Aussparung aufgebaut. Obige Ausführungen bezüglich der ersten Aussparung gelten daher mutatis mutandis für die zweite Aussparung. Bevorzugt sind darüber hinaus die erste Aussparung und die zweite Aussparung spiegelsymmetrisch zueinander.
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Mit der zweiten Aussparung ergibt sich eine Unterteilung des Zahnrads in drei radial versetzt zueinander angeordnete Bereiche - einen Lagerring, einen Steg und einen äußeren Bereich. Der Lagerring ist radial am weitesten innen angeordnet und bildet die äußere Gleitfläche des Gleitlagers aus. Entsprechend ist der äußere Bereich radial am weitesten außerhalb angeordnet.
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Der äußere Bereich bildet eine Verzahnung des Zahnrads aus. Radial zwischen dem Lagersitz und dem äußeren Bereich erstreckt sich der Steg. Der Steg verbindet den Lagersitz und den äußeren Bereich miteinander. Alle drei Bereiche verlaufen axial zwischen der ersten Stirnfläche und der zweiten Stirnfläche des Zahnrads und bilden jeweils einen Teil der beiden Stirnflächen aus.
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Bei dem Steg handelt es sich um einen Bereich, dessen axiale Breite weiterbildungsgemäß gegenüber der axialen Breite des Lagersitzes vermindert ist. Im Einzelnen ist die axiale Breite des Stegs an seiner schmalsten Stelle geringer als die axiale Breite des Lagersitzes an seiner schmalsten Stelle. Umgekehrt ist die axiale Breite des Lagersitzes an seiner breitesten Stelle größer als die axiale Breite des Stegs an seiner breitesten Stelle. Bevorzugt gilt selbiges analog auch für die axiale Breite des äußeren Bereichs und die axiale Breite des Stegs.
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Die Weiterbildung ermöglicht es, das Biegeverhalten des Lagersitzes an das symmetrische Biegeverhalten der Achse anzupassen.
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In einer bevorzugten Weiterbildung hinterschneiden die erste Aussparung und/oder die zweite Aussparung jeweils das Gleitlager bzw. die äußere und/oder innere Gleitfläche über mindestens ein Fünftel seiner axialen Breite, d.h. seiner räumlichen Erstreckung bzw. der räumlichen Erstreckung der inneren und/oder äußeren Gleitfläche in Richtung der Drehachse des Zahnrads. Die Tiefe der ersten Aussparung und/oder der zweiten Aussparung beträgt also mindestens ein Fünftel der axialen Breite der des Gleitlagers bzw. der inneren und/oder äußeren Gleitfläche. Der Steg ist in axialer Richtung höchstens drei Fünftel so breit wie das Gleitlager bzw. wie die innere und/oder äußere Gleitfläche. Weiterhin bevorzugt wird eine Hinterschneidung des Gleitlagers bzw. der inneren und/oder äußeren Gleitfläche durch die erste Aussparung und/oder die zweite Aussparung über mindestens ein Viertel ihrer axialen Breite. Dies bedeutet, dass der Steg axial höchstens halb so breit ist wie das Gleitlager bzw. die die innere und/oder äußere Gleitfläche. Darüber hinaus bevorzugt wird eine Hinterschneidung über mindestens ein Drittel der axialen Breite des Gleitlagers bzw. der inneren und/oder äußeren Gleitfläche, wobei die axiale Breite des Stegs höchstens ein Drittel der axialen Breite des Gleitlagers bzw. der der inneren und/oder äußeren Gleitfläche beträgt.
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1 stellt ein aus dem Stand der Technik bekanntes Ausführungsbeispiel dar. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 2 dargestellt. Übereinstimmende Bezugsziffern kennzeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale. Im Einzelnen zeigt:
- 1 ein aus dem Stand der Technik bekanntes Gleitlager des Zahnrads; und
- 2 ein gleitgelagertes Zahnrad mit Aussparungen.
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Das in 1 dargestellte, aus dem Stand der Technik bekannte Zahnrad 101 ist mittels einer Gleitlagerbuchse 103 drehbar auf einer Achse 105 gelagert. Die Gleitlagerbuchse 103 ist auf die Achse 105 aufgeschrumpft, sodass zwischen der Gleitlagerbuchse 103 und der Achse 105 eine kraftschlüssige drehfeste Verbindung besteht.
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Die Gleitlagerbuchse 103 bildet eine innere Gleitfläche eines Gleitlagers aus. Eine äußere Gleitfläche des Gleitlagers wird durch das Zahnrad 101 ausgebildet. Entsprechend verläuft zwischen der Gleitlagerbuchse 103 und dem Zahnrad 101 ein Lagerspalt.
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Wird eine radiale Kraft 107 auf das Zahnrad 101 ausgeübt, kommt es zu einer Durchbiegung der Achse 105. Dadurch verengt sich der Lagerspalt den Randbereichen 109 der Gleitlagerbuchse 103, und es kommt zu Druckspitzen.
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Das in 2 dargestellte Zahnrad 201 ist an seinen Stirnflächen jeweils mit einer in Umfangsrichtung um eine Drehachse des Zahnrads 201 umlaufenden Aussparung 203 versehen. Die Aussparungen 203 setzen die Biegesteifigkeit des Zahnrads 201 gezielt herab, sodass das Zahnrad 201 der Durchbiegung der Achse 105 folgen kann. In dem der Kraft 107 zugewandten Bereich, in dem das Gleitlager die Kraft 107 aufnimmt, verbleibt daher ein Lagerspalt, dessen Breite in axialer Richtung weitestgehend konstant ist. Entsprechend ist die Druckverteilung in dem Gleitlager ausgeglichen. Druckspitzen treten nicht auf.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- Zahnrad
- 103
- Gleitlagerbuchse
- 105
- Achse
- 107
- Kraft
- 109
- Randbereich
- 201
- Zahnrad
- 203
- Aussparung
