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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung zumindest aufweisend eine Welle mit wenigstens einem ersten Zahnrad und weiter aufweisend wenigstens ein erstes Wälzlager und ein zweites Wälzlager, wobei die Welle mittels des ersten Wälzlagers und zweiten Wälzlagers um eine Rotationsachse rotierbar gelagert ist, und wobei das erste Zahnrad eine radial in Richtung der Rotationsachse gerichtete um die Rotationsachse verlaufende Innenverzahnung aufweist.
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Hintergrund der Erfindung
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Aus
JP 2008 126 710 A1 geht eine Getriebevorrichtung der Gattung hervor, die in einer elektrisch angetriebenen Achse verbaut ist. Die Welle verbindet zwei Hohlräder von zwei Planetentrieben Drehmomente übertragend verbindet. Zwei Elektromotoren sind über die Planetentriebe antriebstechnisch gekoppelt. Die Antriebsleistung der Elektromotoren werden an der Welle wahlweise zusammengeführt und über eine außen an der Welle ausgebildete Antriebsverzahnung an eine mit einem Differenzial getrieblich gekoppelte Zwischenwelle weitergegeben. Die Welle mit den beiden Hohlrädern ist an je einer Lagerstelle jeweils mit einem Kugellager gelagert. Die Kugellager sind im klassischen Stil mit jeweils einem Innen- und einem Außenring und zwischen den Ringen angeordneten Kugeln versehen. Für die Innenringe ist jeweils endseitig der Welle außen an der Welle ein Lagersitz vorgesehen. Der Außenring des jeweiligen Kugellagers sitzt in einem Gehäuse der Getriebevorrichtung. Das jeweilige Hohlrad ist im Inneren der Welle radial unterhalb des Lagersitzes ausgebildet. Die Außenverzahnung des Antriebsrades ist axial zwischen den beiden Lagerstellen ausgebildet.
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Eine weitere Getriebevorrichtung der Gattung ist in
JP2012 225 371 A1 veröffentlicht. In diesem Fall ist eine Welle mit einem integral ausgebildeten Hohlrad und einem integral ausgebildetem Stirnrad mittels zwei Kugellagern gelagert. An dem einen Lagersitz sitzt der Innenring eines Kugellagers auf der Welle und der Außenring ist im Gehäuse abgestützt. An dem anderen Lagersitz sitzt der Außenring des Kugellagers in der Welle und der Innenring ist auf einem Zapfen eines Gehäuses abgestützt.
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Beschreibung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache und Bauraum sparende Getriebevorrichtung zu schaffen.
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Die Aufgabe ist nach dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung weist zumindest eine mit zwei Kugellagern gelagerte Welle auf. Die Welle ist beispielsweise eine Welle mit wenigstens einem Zahnrad. Die Verzahnung ist des Zahnrades ist entweder einteilig mit der Welle ausgebildet oder als separates Zahnrad an dieser befestigt. Die Welle kann mit beliebig vielen Zahnrädern bestückt sein, von denen wenigstens eines ein Hohlrad ist. Die Innenverzahnung des Hohlrades ist entweder direkt an der Welle ausgebildet oder separat zu der Welle an der Welle, vorzugsweise innenseitig der Welle oder alternativ auch stirnseitig der Welle radial nach innen vorstehend ausgebildet oder an dieser befestigt. Der Körper des Hohlrades kann wahlweise die Welle sein oder ein separater Körper. Die Welle bzw. das Hohlrad können mit weiteren Hohlrädern oder Stirnrädern mit Außen und bzw. Innenverzahnungen bestückt sein. An einer Innenverzahnung, d.h. am Hohlrad, sind die Zahnköpfe der Zähne radial in Richtung der Rotationsachse gerichtet. An einer Außenverzahnung, Stirnverzahnung oder an einem Stirnrad sind die Zahnköpfe der Zähne radial nach außen von der Rotationsachse weg gerichtet.
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Axial ist im Sinne des beschriebenen Gegenstands als mit der Rotationsachse gleichgerichtet definiert, und zwar unabhängig von der tatsächlichen Lage der Rotationsachse im Raum. Radial ist dementsprechend quer senkrecht parallel zur Rotationsachse oder heißt die Rotationsachse senkrecht schneidend.
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Die Welle bzw. das Hohlrad ist mittels eines ersten Wälzlagers und eines zweiten Wälzlagers um eine sich axial erstreckende Rotationsachse der Welle bzw. des Hohlrades rotierbar gelagert. Unter Welle sind alle hohlzylindrischen, zylindrischen und zylindrischen mit Durchgangslöchern oder Sacklöchern versehenen Bauelemente zu verstehen, die Zahnräder, Wellen oder Zapfen bzw. ähnliche rotationsfähige Gebilde sind.
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Wie zum Hintergrund der Erfindung bereits beschrieben wurde, sind derartige Wellen mit Kugellagern häufig aus dem Standardprogramm der Wälzlagerhersteller gelagert. Der Vorteil besteht darin, dass diese in der Regel in Massenproduktionen hergestellt werden und deshalb kostengünstig sind. Generell ist aus der Praxis bekannt, dass die Wälzlagerringe, also die Innen- und Außenringe der Wälzlager, belastungsabhängige Mindestquerschnitte aufweisen müssen, durch welche die Abmessungen der Wälzlager, sehr oft der Außendurchmesser und die Breite, wesentlich bestimmt sind. Die radialen und axialen Abmessungen der Lagerringe, welche pauschal auch als Querschnitt bezeichnet werden, bestimmen deshalb die radialen und axialen Abmessungen des Ringspalts am Lagersitz zwischen Gehäuse und Welle. Je höher die Belastung der Wälzlager ist, desto größer sind in der Regel auch deren Querschnitte ausgeführt. Der Bauraum, den die Lagerstelle dadurch beansprucht, beeinflusst dementsprechend auch den gesamten Bauraum, den Materialeinsatz und auch das Gewicht der Getriebevorrichtung. Darüber hinaus werden der konstruktiven Ausführung von Getriebevorrichtungen durch die Abmessungen der Standardlager, z.B. bei der Verwirklichung von axial kurzen Stützabständen der Lagersitze zueinander, Grenzen gesetzt. Größere axiale Distanzen zwischen den Lagerstellen führen häufig, insbesondere beim Einsatz von Kugellagern, zu einer instabilen Anordnung bzw. Lagerung der Wellen. Ungenauigkeiten im Zahneingriff und vorzeitiger Verschleiß der Zahnräder und Kugellager können die Folgen sein. Die Wälzlager weisen als Wälzlaufbahnen wellenseitig eine Innenlaufbahn (radial nach außen gewandt) und gehäuseseitig eine Außenlaufbahn (radial nach innen gewandt) auf. Die Innen- und Außenlaufbahnen eines Wälzlagers sind radial und/oder axial einander zugewandt und liegen sich im Wesentlichen zumindest abschnittsweise radial und/oder axial einander gegenüber. Wälzlager sind Lager mit Wälzkörpern im Kontakt mit den Wälzlaufbahnen. Wälzkörper weisen verschiedene Formen auf und sind Kugeln, oder zylindrisch und/oder ballig oder konisch ausgeführt. Die Wälzlager sind dementsprechend vom Typ her Kugellager, Zylinderrollenlager, Kegelrollenlager oder Mischformen dieser Varianten. Die Wälzlager einer Kategorie nehmen vorwiegend radiale Belastungen auf und sind beispielsweise als Rillenkugellager oder Zylinderrollenlager ausgeführt, wobei nicht ausgeschlossen ist, dass diese auch axiale Komponenten abstützen. Andere Kategorien sind Kegelrollenlager oder Schrägkugellager, durch die sowohl radiale als auch axiale Kräfte abgestützt werden. Darüber hinaus werden durch die Kategorie Axiallager in axialer Richtung wirkende Kräfte abgestützt.
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Gemäß der Erfindung ist für die vorgenannten Lagertypen und Kategorien vorgesehen, dass wenigstens eine ihrer Wälzlaufbahnen direkt an der Welle ausgebildet ist. Darunter ist zu verstehen, dass die jeweilige mindestens eine Wälzlaufbahn nicht an einem in an oder auf die Welle gesetzten Lagerring ausgebildet ist, sondern direkt in das Material der Welle eingebracht bzw. unmittelbar an dieser ausgebildet ist. Die Wellen der Gattung sind, insbesondere in den Fällen, in denen entweder die Verzahnung und/oder wenigstens eine der Wälzlaufbahnen integral, also monolithisch-einmaterialig mit der Welle ausgebildet sind, aus härtbarem bzw. gehärtetem Stahl. In der Regel werden die Wellen an verschiedenen Stellen auch, z.B. nach dem Härten, spanabhebend nachgearbeitet. Die Fertigung der Wälzlaufbahnen kann also weitestgehend kostenneutral vorteilhaft in den bestehenden Fertigungsprozess integriert werden. Die Welle selbst ist durch Umformen wie Pressen, Schlagen, Rollieren, Strangziehen und deren Mischformen und/oder durch spanabhebende Verfahren herstellbar und/oder wird in Feinbearbeitung spanabhebend nachgearbeitet. Dabei wird auch die Wälzlaufbahn und gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ein Zahnrad bzw. eine Verzahnung, entweder Innenverzahnung eines Hohlrads oder Stirnverzahnung integral mit der Welle mit hergestellt und bearbeitet.
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Wälzlaufbahnen sind den zuvor beschriebenen Typen und Kategorien rillen-, rinnenförmig, zylindrisch oder konisch bzw. flach vorzugsweise gehärtet, geschliffen und poliert an der Welle ausgeführt.
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Der Querschnitt der eingesetzten Lager verringert sich, da aufgrund der Erfindung mindestens ein Lagerring entfällt. Damit ist auch der beanspruchte Bauraum reduziert. Der Materialeinsatz für die Herstellung des Wälzlagers und damit auch dessen Gewicht ist reduziert. Die Abstände zwischen den Lagerstellen können reduziert werden. Die gesamte Getriebevorrichtung kann kompakter und mit geringerem Gewicht ausgeführt werden. Der Typ und das Design der Wälzlaufbahn sind von dem Sitz des Wälzlagers abhängig. Die Wälzlaufbahn kann eine Innenlaufbahn oder eine Außenlaufbahn sein. Alternativ ist an beiden Lagerstellen jeweils eine der Wälzlaufbahnen direkt an der Welle ausgebildet. In dem Falle ist es denkbar, dass beide Lagerstellen entweder jeweils eine an der Welle ausgebildete Innenlaufbahn oder jeweils eine Außenlaufbahn pro Lagerstelle aufweisen. Es ist auch denkbar, dass an der einen Lagerstelle eine Außenlaufbahn und an der anderen Lagerstelle eine Innenlaufbahn ausgebildet ist.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens eine der an der Welle integral ausgebildeten Wälzlaufbahnen eine Wälzlaufbahn/Kugelrille eines Schrägkugellagers ist. Ein Schrägkugellager, dessen eine Wälzlaufbahn erfindungsgemäß direkt an der Welle ausgebildet ist, ist ein Kugellager, in dem die Berührungszonen der Kugeln mit den Wälzlaufbahnen sich an einer zur Rotationsachse und Radialrichtung geneigten Kontaktlinie einander gegenüberliegen. Somit sind die Berührungszonen, an denen die Kugeln an den Wälzlaufbahnen anliegen bzw. ablaufen, mit Bezug auf die axial ausgerichtete Rotationsachse axial gegeneinander versetzt. An den Berührungszonen herrscht gewöhnlich Punktkontakt zwischen der jeweiligen Kugel und der Wälzlaufbahn, wobei dieser Punktkontakt sich unter hohen Pressungen im Bereich elastischer Verformungen auch ellipsenförmig oder ähnlich flächenhaft ausbilden kann.
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Eine derartige Getriebevorrichtung ist beispielsweise in einem Antriebsstrang mit einem Verbrennungsmotor und/oder mit wenigstens einem elektrischen Antrieb angeordnet.
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Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines nicht maßstäblich dargestellten Ausführungsbeispiels wie folgt näher erläutert:
- 4 zeigt eine Getriebevorrichtung 1 beispielsweise eines nicht dargestellten Antriebsstrangs eines Fahrzeugs in einem Längsschnitt entlang der Rotationsachse 6. Die Darstellung ist schematisch stark vereinfacht. Die Getriebevorrichtung 1 weist ein erstes Zahnrad 3 auf, das ein im inneren der als Hohlwelle ausgebildeten Welle 2 ausgebildetes Hohlrad 18 ist. Das Hohlrad 18 steht im Zahneingriff mit einem von der Welle 2 umgebenen Stirnrad 19. Die Welle 2 ist mit einem ersten Wälzlager 4 auf einem Zapfen 21 eines nicht weiter dargestellten Gehäuses 20 und mit einem weiteren Wälzlager 5 auf einem weiteren Zapfen 22 des Gehäuses 20 oder eines anderen Gehäuses bzw. Gehäuseabschnitts um die Rotationsachse 6 rotierbar gelagert. Das Gehäuse selbst kann beispielsweise als eine Welle, Achse oder eine Umhausung ausgebildet sein und kann ortsfest oder beweglich ausgeführt sein. An der Welle 2 sind zwei weitere Zahnräder 15 und 15a als Stirnräder ausgebildet. Die Wälzlager 4 und 5 sind Kugellager 11. Das jeweilige Kugellager 11 ist als Schrägkugellager mit einem Innenring 14 ausgeführt, dessen Kontaktlinien 25 durch den Kugelmittelpunkt 26 und die Berührungszonen 27 und 28 verlaufen, mit spitzem Winkel zur Rotationsachse 6 geneigt sind und diese an dem Schnittpunkt 29 schneidet.
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1 zeigt eine Getriebevorrichtung 1 in einer Frontalansicht. Die Welle 2 ist mit einem Zahnrad 15 versehen, das eine Außenverzahnung 16 mit Zähnen 16a aufweist. Außerdem sind im Hintergrund die Zähne 17a der Außenverzahnung 17 eines weiteren Zahnrads 15a zu sehen. Außerdem sind teilweise von der Stirnseite verdeckt die Kugeln 30 des ersten Wälzlagers 4 sowie die Zähne 7a der Innenverzahnung 7 sichtbar.
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Die 2 und 3 zeigen die Getriebevorrichtung 1 in einer Schnittdarstellung, geschnitten entlang der Linie A-A aus 1. Die Welle 2 ist einteilig-einmaterialig mit dem ersten Zahnrad 3 ausgebildet. Gleichfalls sind die Zahnräder 15 und 15a einteilig mit der Welle 2 ausgeführt. Die Welle 2 ist mittels des ersten Wälzlagers 4 und des axial zu dem ersten Wälzlager 4 beabstandeten zweiten Wälzlagers 5 um die sich axial erstreckende Rotationsachse 6 rotierbar gelagert. Das erste Zahnrad 3 weist die radial in Richtung der Rotationsachse 6 gerichtete sowie um die Rotationsachse 6 verlaufende Innenverzahnung 7 auf. Die Wälzlager 4 und 5 sind mit einer Innenlaufbahn 8 bzw. 12 und einer Außenlaufbahn 9 bzw. 13 versehen sowie weisen radial zwischen der Innenlaufbahn 8 bzw. 12 und der Außenlaufbahn 9 bzw. 13 angeordnete Wälzkörper 10 für den Wälzkontakt mit den Laufbahnen 8 bzw. 9 und 12 bzw. 13 auf. Die Außenlaufbahnen 9 und 13 sind jeweils direkt an der Welle 2 ausgebildet. Die Wälzlager 4 und 5 sind Kugellager 11, in welchem die Innenlaufbahn 8 bzw. 12 und Außenlaufbahn 9 bzw. 13 Kugellaufbahnen sind und die Wälzkörper 10 als Kugeln 30 ausgebildet sind. Die Kugeln 30 des Wälzlagers 5 können vom Durchmesser her gleich größer oder kleiner als die Kugeln 30 des Wälzlagers 5 sein. In der Darstellung nach 2 ist das Kugellager 11 als Rillenkugellager ausgeführt. In der Darstellung nach 3 ist das Kugellager 1 als Schrägkugellager wie in 4 beschrieben mit geneigten Kontaktlinien 25 ausgeführt. Die Kontaktlinien 25 verlaufen durch den jeweiligen Kugelmittelpunkt 26 und die Berührungszonen 27 und 28 sind mit spitzem Winkel zur Rotationsachse 6 geneigt und schneiden diese an dem Schnittpunkt 29. Die Schrägkugellager sind in diesem Fall in einer sogenannten O-Anordnung gegeneinander angestellt, in der die Schnittpunkte 29 der Kontaktlinien 25 beider Wälzlager 4 und 5 axial weiter voneinander entfernt sind als es die Wälzlager 4 und 5 axial voneinander sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebevorrichtung
- 2
- Welle
- 3
- erstes Zahnrad
- 4
- erstes Wälzlager
- 5
- zweites Wälzlager
- 6
- Rotationsachse
- 7
- Innenverzahnung
- 7a
- Zahn
- 8
- Innenlaufbahn
- 9
- Außenlaufbahn
- 10
- Wälzkörper
- 11
- Kugellager
- 12
- Innenlaufbahn
- 13
- Außenlaufbahn
- 14
- Innenring
- 15
- zweites Zahnrad
- 15a
- zweites Zahnrad
- 16
- Außenverzahnung
- 16a
- Zahn
- 17
- Außenverzahnung
- 17a
- Zahn
- 18
- Hohlrad
- 19
- Stirnrad
- 20
- Gehäuse
- 21
- Zapfen
- 22
- Zapfen
- 23
- Kugelmittelpunkt
- 24
- Berührungszone
- 25
- Kontaktlinie
- 26
- Kugelmittelpunkt
- 27
- Berührungszone
- 28
- Berührungszone
- 29
- Schnittpunkt
- 30
- Kugel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2008126710 A1 [0002]
- JP 2012225371 A1 [0003]
