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Die Erfindung betrifft eine Anlaufscheibe für ein Planetengetriebe zur Anordnung auf einem an einem Planetenradträger angeordneten Lagerbolzen, auf dem über wenigstens ein Wälzlager mit in einem Käfig geführten Wälzkörpern ein Planetenrad drehgelagert ist.
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In einem Planetengetriebe sind die einzelnen Planetenräder an einzelnen, an einem Planetenradträger vorgesehenen Lagerbolzen über entsprechende Wälzlager, regelmäßig Nadellager, gelagert. Da sich die Planetenräder im Betrieb axial geringfügig auf den Lagerbolzen verschieben können, ist jedes Planetenrad beidseits über jeweils wenigstens eine Anlaufscheibe axial abgestützt. Die Anlaufscheibe ihrerseits ist wiederum an einem geeigneten Stützring oder Stützbund des Planetenträgers axial abgestützt. Neben der Anordnung nur einer Anlaufscheibe an jeder Seite des jeweiligen Planetenrads ist es auch bekannt, an jeder Seite eine Anlaufscheibenanordnung umfassend jeweils zwei Anlaufscheiben vorzusehen, die an ihren einander zugewandten Seiten respektive Flächen profiliert sind und über einen Kontaktbereich aneinander axial abgestützt sind, das heißt, sie können gegeneinander laufen, und sich abstützen, aber auch geringfügig voneinander beabstandet sein. Eine der beiden Axialscheiben ist an der Stirnfläche des Planetenrads abgestützt, während die andere Axialscheibe am Planetenradträger abgestützt ist. Ein Beispiel einer solcher Anlaufscheibenanordnung ist in
DE 10 2015 221 404 A1 beschrieben.
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Im Betrieb kämmen die Planetenräder einerseits mit einem zentralen Sonnenrad, andererseits mit einem sie umgreifenden Hohlrad. Durch die hohen, über die Planetenräder übertragenen Lasten und der geringen Schulterhöhe der Planetenräder kommt es mitunter dazu, dass sich die Planetenräder verwinden. Diese Verwindung führt zu einer Lastüberhöhung beim Anlaufen an die Anlaufscheiben mit der Folge, dass es zu punktuellen Überlasten an den Anlaufscheiben kommt, die zu einem Oberflächenversagen an den Anlaufscheiben und damit zu einem Ausfall des Gesamtsystems führen können.
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Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine demgegenüber verbesserte Anlaufscheibe anzugeben.
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Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Anlaufscheibe der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass an einer ersten Scheibenseite wenigstens ein sich aus der Scheibenebene axial erhebender Führungsabschnitt, an dem der Käfig geführt ist, vorgesehen ist, an den sich radial nach außen ein bezüglich des Führungsabschnitts axial zurückversetzter, umlaufender Anlaufabschnitt für die Stirnfläche des Planetenrads anschließt, der einen balligen Querschnitt aufweist.
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Die erfindungsgemäße Anlaufscheibe ist zumindest an der Seite, an der das Planetenrad anläuft, gestuft ausgebildet. An dieser Scheibenseite ist wenigstens ein axial ausgestellter, sich also axial erhebender Führungsabschnitt vorgesehen, also ein flächiger Abschnitt, an dem der Käfig des benachbarten Wälzlagers, über das in der Montagesituation das Planetenrad am Lagerbolzen drehgelagert ist, geführt ist. Dieser Führungsabschnitt kann beispielsweise ein umlaufender, flächiger Ringabschnitt sein, der sich vom Innenumfang ein Stück weit radial nach außen erstreckt. Denkbar sind aber auch mehrere einzelne Führungsabschnitte, die quasi segmentartig ausgeführt sind und die sich beispielsweise ebenfalls vom Innenumfang ein Stück weit radial erstrecken, wie sie sich auch ein Stück weit um den Umfang erstrecken. Beispielsweise können drei oder vier solcher Führungsabschnitte äquidistant verteilt vorgesehen sein. An dem oder den Führungsabschnitten ist auch eine Zentrierung des Käfigs innerhalb der Bohrung des Planetenrads möglich, da über die Stufenhöhe, also das Maß, wie weit sich der oder die Führungsabschnitte aus der Scheibenebene erheben, der axiale Abstand der beiden am Lagerbolzen angeordneten Anlaufscheiben eingestellt werden kann, über welchen axialen Abstand letztlich das Axialspiel des Käfigs definiert wird.
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An den oder die Führungsabschnitte schließt sich sodann radial nach außen, sich bis zum Außenrand erstreckend, der eigentliche Anlaufabschnitt an, an dem die Stirnfläche des Planetenrads anlaufen kann respektive abgestützt ist. Dieser Anlaufabschnitt ist erfindungsgemäß ballig ausgeführt, also im radialen Querschnitt konvex zum Planetenrad hin gewölbt ausgebildet. Dadurch wird erreichet, dass das Planetenrad beim Anlaufen quasi in einen Linienkontakt mit dem Anlaufabschnitt kommt, da das Planetenrad gegen die Wölbung läuft und daran abgestützt wird. Die Last wird folglich nur längs des Linienkontakts, also mehr oder weniger punktuell, eingetragen, nicht aber flächig, wie dies bei einer ebenen Anlauffläche der Fall wäre. Der punktuelle Lasteintrag führt dazu, dass die Last abgefedert wird, da der Anlaufabschnitt natürlich eine gewissen elastische Eigenschaft aufweist und, weil an einem Stützring des Planetenradträgers axial abgestützt, einfedert, also sich verformt. Die Flächenpressung wird dadurch auf eine größere Kontaktfläche verteilt und dadurch reduziert. So kann auch eine aus einer Verwindung des Planetenrads resultierende hohe Last sehr gut aufgenommen und abgefedert werden und verteilt werden, ohne dass es zu einer Lastüberhöhung an der Anlaufscheibe kommt.
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In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die gegenüberliegende zweite Scheibenseite korrespondierend mit dem Anlaufabschnitt konkav vertieft ist. Die Wanddicke, also die Scheibendicke, bleibt folglich trotz Ausbildung der konvexen Auswölbung an der Anlaufseite gleich, da im Gegenzug die gegenüberliegende Scheibenseite, die in der Montagestellung an einem Stützring oder Stützbund des Planetenradträgers abgestützt ist, formentsprechend konkav eingetieft ist. Diese beidseitige Strukturierung kann ohne weiteres in einem Umformvorgang eingeformt werden. Die umlaufende Wölbung verleiht der Anlaufscheibe eine hohe Steifigkeit trotz gleichbleibender Wanddicke. Die Scheibendicke wird allgemein auf die im Betrieb anstehende Last angepasst, kann aber im Vergleich zu einer nicht gewölbten Anlaufscheibe deutlich, zum Teil bis zu 50%, reduziert werden.
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Die Wölbung kann sich, radial gesehen, über die gesamte Breite des Anlaufbereichs erstrecken. Alternativ kann die Wölbung auch nur über einen Teilbreite erstrecken, z.B. über einen Bereich zwischen 50 - 90% der Breite des Anlaufbereichs, wobei die vorzugsweise mittig ausgerichtet ist.
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Neben dem Umstand, dass nur ein ringförmiger Führungsabschnitt vorgesehen ist, können, wie beschrieben, auch mehrere um den Umfang verteilte, quasi segmentartige Führungsabschnitte vorgesehen sein. Diese sind dann bevorzugt äquidistant um den Umfang verteilt angeordnet. Sind beispielsweise drei Führungsabschnitte vorgesehen, so sind diese mit einer 120°-Teilung positioniert, bei vier Führungsabschnitten wären diese mit einer 90°-Teilung positioniert etc.
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Der oder die Führungsabschnitte erstrecken sich nicht nur in Umfangsrichtung, sondern natürlich auch ein Stück weit radial. Die radiale Erstreckung sollte dabei, ausgehend vom Innenumfang der Scheibenebene, bis maximal über die halbe Breite der Scheibenebene reichen, regelmäßig aber auch weniger. Denn die Führungsabschnitte müssen sich ja nur so weit radial erstrecken, wie der maximale Lagerspalt zwischen dem Lagerbolzen und der Planetenradbohrung ist, in dem das Wälzlager aufgenommen ist, das den zu führenden Käfig aufweist. Es ist ausreichend, dass sich der oder die Führungsabschnitte radial nur gerade so weit erstrecken, dass eben der Käfig ausreichend axial abgestützt ist und anlaufen kann, ein Kontakt über die gesamte Käfighöhe ist nicht erforderlich.
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In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass an der gegenüberliegenden Scheibenseite mit dem oder den Führungsabschnitten korrespondierend eine oder mehrere Vertiefungen vorgesehen sind. Gemäß dieser Erfindungsausgestaltung wird die Anlaufscheibe umgeformt, derart, dass bei gleichbleibender Scheibendicke letztlich auch die gegenüberliegende Scheibenseite gestuft ist. Denn durch die Umformung wird an dieser gegenüberliegenden Scheibenseite, korrespondierend mit dem oder den erhabenen Führungsabschnitten, eine oder mehrere entsprechende Vertiefungen eingeformt. Diese Umformung kann ohne weiteres in einem geeigneten Umformwerkzeug erfolgen. Demgemäß sind also, wenn auch der konvexen Wölbung eine konkave Eintiefung gegenüberliegt, beide Scheiben entsprechend verformt, wobei die am Stützring abgestützte Abstützseite quasi das Negativ der Anlaufseite ist. Alternativ dazu ist es denkbar, die gegenüberliegende Scheibenseite im Bereich der Führungsabschnitte eben auszuführen, das heißt, dass, radial gesehen, die Scheibendicke variiert. In diesem Fall wäre die Scheibe mit einem entsprechenden Presswerkzeug zur Ausbildung der einseitigen Scheibenstruktur zu verpressen.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann eine oder können mehrere Schmiermittelnuten an der den oder die Führungsabschnitte aufweisenden Scheibenseite vorgesehen sein. Die Ausbildung der einen oder der mehreren Schmiermittelnuten ermöglicht ein gezieltes Führen eines Schmiermittels, üblicherweise eines Öls, in den Kontaktbereich zwischen dem Planetenrad und der Anlaufscheibe respektive der Anlauffläche, so dass dort stets eine Schmierung sichergestellt ist. Insbesondere ist es dabei denkbar, dass die oder jede Schmiermittelnut am Innenumfang beginnend und sich zwischen zwei benachbarten Führungsabschnitten hindurch in Richtung des Außenrands der Scheibenseite erstreckt. Die Schmiermittelnut kann bis zum Anfang der konvexen Wölbung des Anlaufabschnitts geführt sein, oder aber sich auch in die Wölbung erstrecken, d.h., dass der Wölbungsbereich zur Ausbildung der Nut lokal geringfügig vertieft ist, was keinen Einfluss auf die elastischen Federeigenschaften des Anlaufabschnitts hat. Denkbar ist es auch, die Schmiermittelnut über die gesamte Wölbung zu ziehen und kurz vor oder am Außenrand enden zu lassen. Das heißt, dass die oder jede Schmiermittelnut am Innenumfang beginnt, dorthin also offen ist, so dass bereits an dieser Stelle das Schmiermittel, das wie gesagt über den Lagerbolzen zugeführt wird, in die Schmiermittelnut eintreten kann. Sodann erstreckt sich die Schmiermittelnut zwischen zwei benachbarten Führungsabschnitten hindurch in Richtung des Außenumfangs. Da die Schmiermittelnut zur Stirnfläche des Planetenrads hin offen ist, ist demzufolge eine permanente Schmierung sichergestellt. Diese Schmiermittelnuten können grundsätzlich bei einer Anlaufscheibe mit nur einem, ringförmig umlaufenden Führungsabschnitt vorgesehen sein, und zwar am Führungsabschnitt selbst, so dass direkt über den Führungsabschnitt das Schmiermittel in den Bereich des Anlaufabschnitts gelangt.
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Dabei kann die oder jede Schmiermittelnut gebogen verlaufen, das heißt, dass sie nicht radial geradlinig nach außen verläuft, sondern gebogen ist. Dies verlängert einerseits die Schmiermittelnut beachtlich, so dass das darin geführte und vorgehaltene Schmiermittelvolumen beachtlich gesteigert wird. Darüber hinaus kann durch diese gebogene Nutführung auch eine etwaige Rotation der Anlaufscheibe berücksichtigt werden. Zweckmäßig ist es dabei, wenn mehrere Schmiermittelnuten vorgesehen sind, die in entgegengesetzte Richtungen gebogen geführt sind, so dass unabhängig davon, in welche Richtung nun die Anlaufscheibe rotiert, stets eine bestmögliche Schmiermittelzufuhr möglich ist.
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Vorteilhaft ist es dabei, wenn die Breite und/oder die Tiefe der oder jeder Schmiermittelnut vom innenumfangseitigen Ende zum außenumfangseitigen Ende abnimmt. Das heißt, dass sich die Schmiermittelnut verschmälert. Da das Schmiermittel radial nach außen getrieben wird, wird durch diese Verschmälerung respektive Reduzierung des Nutquerschnitts erreicht, dass das Schmiermittel aktiv in Richtung der Planetenradstirnfläche aus der Schmiermittelnut gedrückt respektive, resultierend aus der Rotation des daran vorbeirotierenden Planetenrads, gezogen wird.
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Neben der Anlaufscheibe selbst betrifft die Erfindung ferner ein Planetengetriebe, umfassend einen Planetenradträger mit mehreren daran angeordneten Lagerbolzen, auf denen jeweils ein über wenigstens ein Wälzlager gelagertes Planetenrad angeordnet ist. Das Planetengetriebe zeichnet sich dadurch aus, dass beidseits jedes Planetenrads jeweils eine Anlaufscheibe der vorstehend beschriebenen Art angeordnet ist, die über Stützringe axial abgestützt sind.
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Während jedes Planetenrad über nur ein Wälzlager gelagert sein kann, ist es auch denkbar, zwei nebeneinander angeordnete Wälzlager vorzusehen, wobei der Käfig des einen Wälzlagers an der einen Anlaufscheibe und der Käfig es anderen Wälzlagers an der anderen Anlaufscheibe geführt ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1 eine perspektivische, geschnittene Teilansicht einer Anlaufscheibe einer ersten Ausführungsform,
- 2 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Planetengetriebes in einer Teilansicht mit zwei Anlaufscheiben gemäß 1, und
- 3 eine perspektivische Teilansicht einer erfindungsgemäßen Lagerscheibe einer zweiten Ausführungsform.
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1 zeigt in Form einer geschnittenen Teilansicht eine erfindungsgemäße Anlaufscheibe 1 für ein Planetengetriebe. Die Anlaufscheibe 1 wird im Planetengetriebe auf einem Lagerbolzen angeordnet und dient dazu, ein Planetenrad axial abzustützen.
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Die Anlaufscheibe 1, die aus einem Metallblech bevorzugt durch Umformen hergestellt wurde, weist eine erste Scheibenseite 2 auf, an der am Innenumfang 3 beginnend ein umlaufender, sich aus der Scheibenebene axial erhebender Führungsabschnitt 4 ausgebildet ist. Der sich auch ein Stück weit radial erstreckenden Führungsabschnitt dient dazu, wie nachfolgend noch beschrieben wird, einen Käfig eines ein Planetenrad lagernden Wälzlagers zu führen.
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An den Führungsabschnitt 4 schließt sich, radial nach außen, der eigentliche Anlaufabschnitt 5 an, gegen den in der Montagestellung das Planetenrad mit seiner Stirnfläche läuft. Der Anlaufabschnitt 5 ist läuft ebenfalls vollständig um, so dass eine umfängliche Abstützung des Planetenrads möglich ist.
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Des Weiteren können an der Scheibenseite 2 mehrere Schmiermittelnuten 6 ausgebildet, die ebenfalls im Rahmen des Umformvorgangs mit eingeformt werden können. Eine solche Schmiermittelnut ist, da optional, gestrichelt dargestellt. Die bzw. jede Schmiermittelnut 6 ist direkt in den Führungsabschnitt eingeformt und erstreckt sich über dessen gesamte Breite. Die Schmiermittelnuten 6 kann geradlinig oder gebogen geführt sein.
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Wie 1 und 2 zeigen, mündet die bzw. jede Schmiermittelnut 6 am Innenumfang 3, ist also zum Innenumfang offen. Dies ermöglicht es, das regelmäßig über eine Kanalstruktur im Lagerbolzen, auf dem das Planetenrad gelagert ist, zugeführte Schmiermittel unmittelbar am Innenumfang 3 der Anlaufscheibe 1 aufzunehmen und in die Schmiermittelnut 6 zu führen. Ersichtlich läuft jede Schmiermittelnut 6 bis zum radial äußeren Ende des Führungsabschnitts 4 und mündet dort offen, so dass das Schmiermittel in zum Anlaufabschnitt 5 abgegeben wird. Auf ihrem Weg kann sich die oder jede Schmiermittelnut 6 in ihrer Breite, wie auch in ihrer Tiefe optional verjüngen, das heißt, dass der Nutquerschnitt vom innenumfangseitigen Eingang zum Ende hin abnehmen kann.
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Wie 1 anschaulich zeigt, ist der Anlaufabschnitt 5 nicht eben ausgebildet, sondern gezielt ballig geformt. Er weist eine umlaufende, sich in der Montagestellung axial zum Planetenrad hin erhebende konvexe Wölbung 7 auf. Gleichzeitig ist die der ersten Scheibenseite 2 gegenüberliegende zweite Scheibenseite 8 mit einer entsprechenden, umlaufenden, konkaven Vertiefung 9 versehen, so dass sich die Wanddicke im Anlaufabschnitt 5 nicht ändert. Die Einbringung der konvexen Wölbung verleiht dem Anlaufabschnitt 5 eine entsprechende Elastizität, die es ermöglicht, dass der Anlaufabschnitt 5 beim Anlaufen des Planetenrads lastbedingt einfedert, da er mit der Scheibenseite 8 an dem Stützring des Planetenträgers abgestützt ist. Hierdurch wird der anfängliche Linienkontakt des Planetenrads durch die Einfederung verbreitert und die Last auf einen größeren Flächenbereich verteilt.
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Die gegenüberliegende Scheibenseite 8 ist nicht nur im Bereich des Anlaufabschnitts 5 entsprechend profiliert, sondern auch im Bereich des Führungsabschnitts. Die Scheibenseite 8 ist, siehe 1, wie die Scheibenseite 2, ebenfalls gestuft, jedoch quasi negativ. Denn an der Position, wo auf der Scheibenseite 2 der Führungsabschnitt 4 axial hervorsteht, ist an der Scheibenseite 8 eine entsprechende Vertiefungen 10 eingedrückt. Der Scheibendurchmesser ändert sich demzufolge in radialer Richtung auch in diesem Bereich nicht. Mit der Scheibenseite 8 ist die Anlaufscheibe 1 axial an einem Stützring oder Stützbund des Planetenradträgers abgestützt.
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2 zeigt in einer Prinzipdarstellung ein erfindungsgemäßes Planetengetriebe 12, umfassend einen hier nur dem Grunde nach dargestellten Planetenrandträger 13, an dem eine entsprechende Anzahl an Lagerbolzen 14 angeordnet ist. Auf jedem Lagerbolzen 14 ist über im gezeigten Beispiel zwei Wälzlager 15 jeweils ein Planetenrad 16 drehgelagert.
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Beidseits des Planetenrads 16 ist jeweils eine Anlaufscheibe 1 angeordnet, die wiederum axial von jeweils einem Stützring 17, der auch als einstückiger Bund am Planetenradträger 13 angeformt sein kann, zur axialen Abstützung umgriffen.
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Die Anlaufscheiben 1 sind so positioniert, dass sie mit den Anlaufabschnitten 5 und damit der konvexen Wölbung 7 zum Planetenrad 16 gerichtet sind, dessen Stirnfläche 18 benachbart zum jeweiligen Anlaufabschnitt 5 positioniert ist.
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Die Führungsabschnitte 4 hingegen sind benachbart zu Käfigen 19 der Wälzlager 15, in denen die Wälzkörper 20, hier Nadeln, gehaltert sind, positioniert, so dass die Käfige 19 an den ebenen, flächigen Führungsabschnitten 4 geführt werden. Wie die Figur zeigt, erstrecken sich der oder die Führungsabschnitte 4 radial gesehen nur ein Stück weit, so dass eine hinreichende radiale Überdeckung mit dem benachbarten Käfig 19 gegeben ist, um diesen abzustützen, jedoch ein Anlaufen der Stirnfläche 18 des Planetenrads 16 gegen den Führungsabschnitt 4 ausgeschlossen ist.
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Mit der gegenüberliegenden Scheibenseite 8 ist die jeweilige Anlaufscheibe 1 schließlich am jeweiligen Stützring 17 axial abgestützt.
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Läuft im Betrieb das Planetenrad 16 gegen die eine oder die andere Anlaufscheibe 1, so federt diese, das am Stützring 17 gegengelagert, mit zunehmender Last ein, so dass aus dem anfänglichen Linienkontakt des Planetenrads 16 zur Wölbung 7 eine immer breitere Kontaktfläche entsteht, über die eine Reduzierung der Flächenpressung und damit eine Abfederung der Last erfolgt.
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3 zeigt schließlich eine Ausgestaltung einer anders strukturierten erfindungsgemäßen Anlaufscheibe 1, die ebenfalls an ihrer Scheibenseite 2 gestuft ausgebildet ist, jedoch sind hier mehrere aus der Ebene hervorragende Führungsabschnitte 4 vorgesehen, die quasi segmentartig nur ein Stück weit um den Umfang umlaufen und sich ein Stück weit radial erstreckt. An der gegenüberliegenden Scheibenseite 8 sind wiederum eine korrespondierende Vertiefungen 10 ausgebildet.
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An der Scheibenseite 2 schließt sich sodann, radial nach außen, wiederum der über die konvexe Wölbung 7 strukturierte Anlaufabschnitt 5 für das Planetenrad an. An dieser ist wiederum, wie bereits zur vorstehenden Ausgestaltung beschrieben, die entsprechende federnde Abstützung des Planetenrads 16 möglich, während an den Führungsabschnitten 4 die Führung des benachbarten Käfigs 19 erfolgt.
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Schmiermittelnuten 6 können auch hier optional vorgesehen werden, wie gestrichelt angedeutet ist. Hier erstrecken sich die Schmiermittelnuten 6 zwischen zwei benachbarten Führungsabschnitte 4 zum Anlaufanschnitt 5 bzw. der Wölbung 7, vor der sie enden können, oder über die sie sich gegebenenfalls auch in Richtung des Außenrands erstrecken können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anlaufscheibe
- 2
- Scheibenseite
- 3
- Innenumfang
- 4
- Führungsabschnitt
- 5
- Anlauffläche
- 6
- Schmiermittelnut
- 7
- Wölbung
- 8
- Scheibenseite
- 9
- Vertiefung
- 10
- Vertiefung
- 12
- Planetengetriebe
- 13
- Planetenrandträger
- 14
- Lagerbolzen
- 15
- Wälzlager
- 16
- Planetenrad
- 17
- Stützring
- 18
- Stirnfläche
- 19
- Käfig
- 20
- Wälzkörper
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015221404 A1 [0002]
