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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Planetenbolzen mit einer Stirnseite, mit mindestens einem außenzylindrischen Abschnitt, mit wenigstens einem Loch und mit wenigstens einem Verschluss, wobei sich das Loch von einer ersten Öffnung an der Stirnseite aus in den Planetenbolzen hinein erstreckt, und wobei der Verschluss einem zwischen der Öffnung und dem Loch gelegenen Verschlussabschnitt sitzt und das Loch in Richtung Stirnseite zu der Öffnung hin durch den Verschluss verschlossen ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Aus der
DE 10 2014 105 997 A1 geht ein derartiger Planetenbolzen hervor. Der Planetenbolzens ist in einem Planetenträger gelagert. Auf dem Planetenbolzen ist ein Planetenrad mittels eines Nadellagers gelagert. Der Planetenbolzen ist mit einer Sacklochbohrung versehen, die von einer Stirnseite des Planetenbolzens ausgeht. In die Sacklochbohrung mündet ein als Querbohrung ausgeführter Zuführkanal, welcher fluidtechnisch mit einem Längskanal im Planetenträger verbunden ist. Eine Querbohrung führt von der Sacklochbohrung aus bis zu einer Öffnung in der Laufbahn der Planetenlagerung. Die Öffnung der Sacklochbohrung ist mit einer Kugel verschlossen. Der Durchmesser der Kugel entspricht vom Nennmaß her einem einheitlich durchgängigen Innendurchmesser der Sacklochbohrung. Allerdings ist der Durchmesser der Kugel derart mit Übermaß gegenüber der innenzylindrischen Kontur der Sacklochbohrung ausgeführt, dass sich in jedem Fall ein Presssitz der Kugel in dem Planetenbolzen ergibt.
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Aus der
JP 28 042 95 B2 geht eine zum vorgenannten bekannten Stand der Technik im Wesentlichen vergleichbare Anordnung hervor. Die Sacklochbohrung ist jedoch abweichend davon im Durchmesser gestuft ausgeführt. Der Längskanal weist einen kleineren Durchmesser auf als ein Abschnitt, in welchem die Kugel sitzt. Die Öffnung des Längskanals ist mit einer Kugel verschlossen, welche in den Abschnitt mit dem größeren Durchmesser eingepresst ist.
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Generell sind die oben genannten Methoden zum Verschließen von Planetenbolzen effektiv und platzsparend. Der Nachteil kann jedoch in der Abstimmung der Durchmesser des Verschlusses und der Bohrung aneinander derart liegen, dass die Überdeckung einerseits zu gering ist und sich der Presssitz insbesondere bei hohen Verwindungen und starken Vibrationen des Planetengetriebes in Betrieb löst. Das Herausfallen der Verschlüsse kann in diesem Fall zu massiven Schäden des Getriebes führen. Andererseits kann der Presssitz wegen des vorgenannten Risikos mit einer solchen Überdeckung ausgeführt sein, dass sich das Übermaß nachteilig an der Oberfläche, im ungünstigen Falle sogar im Bereich der Wälzlaufbahn des Planetenbolzens abbildet und dort zu unerwünschten Form- und/oder Lageabweichungen führt.
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Weitere Planetenbolzen der Gattung sind in
JP7317885 A2 beschrieben. In diesen Anordnungen sind die Verschlüsse außen außenzylindrisch und innen napfartig hohl nach Art von Stopfen ausgebildet. Einer derartigen Ausführung liegen im Wesentlichen zwei Absichten zugrunde. Zum einen soll das gegenüber Kugeln geringere Gewicht dieser Stopfen insbesondere geringere Fliehkräfte im Betrieb der Planetengetriebe bewirken. Darüber hinaus sind innen hohle Verschlüsse gegenüber den massiven Kugeln radial elastisch wesentlich nachgiebiger, so dass die aus zuvor genannten und übermäßigen Presssitzen resultierenden Form- und/oder Lageabweichungen vermieden werden können. Derartigen Verschlüssen sind in der Regel jedoch geometrische Grenzen gesetzt, d.h., die Stopfen sind wirtschaftlich nur bis zu einer bestimmten Größe herstellbar. Ab dann werden sie hinsichtlich ihrer Herstellung und hinsichtlich der Handhabung zu filigran. Letzteres wiederum kann dazu führen, dass die Presssitze wiederum nicht sicher haltend ausgeführt werden können.
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Ein weiterer Planetenbolzen der Gattung ist mit der
JP 2007 170 566 A beschrieben. Der Planetenbolzen weist eine sich von einer Stirnseite in sein Inneres erstreckende Schmierbohrung auf, welche durch einen Verschluss verschlossen ist. Der Verschlussabschnitt, in dem der Verschluss im finalen Zustand sitzt, ist mit einem Hinterschnitt versehen, welcher im finalen Zustand durch das Material des Verschlusses gefüllt ist. Der Verschluss ist in seinem Ausgangszustand zunächst als Kugel ausgeführt, deren Material weicher ist als der Werkstoff, aus dem der Planetenbolzen gebildet ist. Diese Kugel wird bei der Montage des Planetenbolzens in die Schmierbohrung eingeführt, die an dem Verschlussabschnitt einen geringfügig größeren Durchmesser als die Kugel und einen wesentlich größeren Durchmesser als der sich an den Hinterschnitt anschließende Teil der Schmierbohrung aufweist. Der Hinterschnitt wiederum weist an radial weitester Stelle einen Durchmesser auf, der größer ist als die Durchmesser des Verschlussabschnittes und der Schmierbohrung. Die in den Verschlussabschnitt eingeführte Kugel liegt an einem Absatz an, der durch die vorgenannten unterschiedlichen Durchmesser gebildet ist und ist dort axial abgestützt. Zur Sicherung des Verschlusses wird die Kugel so gequetscht, dass das Material plastisch in den Hinterschnitt verdrängt wird und dort fest sitzt sowie die Schmierbohrung axial verschließt.
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Beschreibung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Planetenbolzen zu schaffen, der sicher verschlossen ist und trotzdem wirtschaftlich herstellbar ist.
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Diese Aufgabe ist nach dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Planetenbolzen aus Stahl ist, wobei der Stahl zumindest an der Oberfläche des außenzylindrischen Abschnitts härter ist als der Stahl an dem Verschlussabschnitt und an der Sicherung.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Verschluss aus einem Werkstoff gebildet ist, dessen Härte zumindest an seiner Oberfläche härter ist als der Stahl an dem Verschlussabschnitt und an der Sicherung. Dabei kann der Verschluss aus dem gleichen Werkstoff gebildet sein, wie der Planetenbolzen und nur einen anderen Härtezustand aufweisen. Alternativ kann der Werkstoff des Verschlusses aus einem Werkstoff gebildet sein, der härter ist als der Verschlussabschnitt und die Sicherung oder aus dem gleichen Werkstoff wie der Planetenbolzen, jedoch in dem Fall nicht gehärtet sein. Vorzugsweise ist der Werkstoff des Verschlusses jedoch Stahl, der gehärtet und härter als der Verschlussabschnitt und die Sicherung ist.
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Die im Kapitel zum Stand der Technik zitierten der bisher bekannten Ausführungen setzen voraus, dass die Planetenbolzen vor dem Einsetzen der Verschlüsse durchgehärtet, also auch an dem Verschlussabschnitt gehärtet sind. Das hat zur Folge, dass die harten Kugeln mit relativ hohen Einpresskräften eingepresst werden müssen, um die notwendige Halterung der Kugeln im Bolzen in allen Betriebszuständen zu gewährleisten. In diesen Fällen kann es zum unkontrollierten und ungewollten Aufbauchen des außenzylindrischen Bereichs des Planetenbolzens kommen. Alternativ kann sich ein nicht ausreichender Sitz eines als Weichteil oder hartes Teil eingeführten Planetenbolzens infolge von Wärmedehnung und/oder Erschütterungen lösen.
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In anderen bekannten Fällen sind die oben beschriebenen Hinterschnitte im Planetenbolzen nur mit zusätzlichem und kostenintensiven Arbeitsschritten herstellbar.
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Der Vorteil der Erfindung liegt also darin, dass aufgrund des weichen Materials des Verschlussabschnitts geringe Montagekräfte zur Sicherung des Verschlusses aufgebracht werden müssen. Dadurch lässt sich der erfindungsgemäß vorgesehene Formschluss zwischen dem Planetenbolzen einfacher, qualitativ hochwertig und sicher ausführen. Darüber hinaus wird durch das lokale Härten des Planetenbolzens Energie gespart. Darüber hinaus reagiert ein im Kern weicher Planetenbolzen gegenüber durchgehärteten Planetenbolzen im Lastfall elastischer. Das kann sich positiv auf die Lastverteilung in der Planetenlagerung auswirken und eine höhere Lebensdauer der Planetenlagerung bewirken. Alternativ können die Abmessungen der erfindungsgemäßen Planetenbolzen und Planetenlager vergleichsweise geringer gehalten werden, wodurch wiederrum Material gespart werden kann und die Planetengetriebe mit geringeren Abmessungen und leichter ausgeführt werden können.
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Die Erfindung schließt mit ein, dass in dem Verschlussabschnitt axial zwischen dem Verschluss und der ersten Öffnung wenigstens eine monolithisch mit dem Verschlussabschnitt ausgebildete Sicherung ausgebildet ist, welche aus dem Verschlussabschnitt heraus und dabei in das Loch hinein hervorsteht und welche den Verschluss hintergreift.
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Der Vorteil dieser Lösung liegt darin, dass der Verschluss ohne Presssitz in dem Planetenbolzen platziert werden kann. Der Verschluss ist ohne zusätzliche Hilfsmittel mittels einer als Verstemmung oder Prägung ausgeführten Sicherung im Inneren des Planetenbolzens sicher in Position gehalten und verschließt den Längskanal in vorgesehener Weise. Aus Presssitzen resultierende Verformungen an der Oberfläche des jeweiligen Planetenbolzens werden vermieden. Der Verschluss kann darüber hinaus, auf die Länge des Planetenbolzens betrachtet bis in die Tiefe der Planetenbolzens hinein, an beliebiger Stelle im Planetenbolzen platziert werden.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Verschluss wenigstens eine in dem Planetenbolzen sitzende und durch einen der Bohrung des Schmierkanals angepasste und durch wenigstens einen Außenradius beschriebene Außenkontur aufweist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass beliebige unter diese Definition fallende Verschlüsse eingesetzt werden können und der Hersteller der Planetenbolzen nicht auf einen Typ des Verschlusses, zum Beispiel nur auf eine Kugel, festgelegt ist. So können abhängig vom Gewicht, von den Abmessungen und weiteren Anforderungen wahlweise hohl ausgebildete oder aus Vollmaterial gebildete und wahlweise außen kugelig, ballig bzw. zylindrisch ausgeführte Verschlüsse eingesetzt werden. Die zylindrischen Verschlüsse können zum Beispiel aus Nadeln oder Zylinderrollen gebildet sein, welche bei Wälzlagerherstellern als Massenware in beliebigen Durchmessern und mit hoher Genauigkeit für Wälzlager hergestellt werden und kostengünstig beziehbar sind. Da deren Außenkonturen jeweils durch einen Außenradius beschrieben sind - bei Kugeln sind es die Kugelradien, bei Zylinderrollen und Näpfen sind es die Außenradien der außenzylindrischen Konturen - passen diese gut formschlüssig in die vorwiegend als zylindrische Bohrungen ausgeführten Schmierkanäle.
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Häufig werden derartige Planetenbolzen auch von Wälzlagerherstellern selbst produziert, so dass sich bei diesen der innerbetriebliche Aufwand für die Herstellung, den Transport und die Lagerhaltung deshalb in vorteilhaft wirtschaftlichen Grenzen hält. Daraus schlussfolgernd ergibt sich mit einer Ausgestaltung der Erfindung, nach der der Verschluss eine Kugel ist, eine besonders wirtschaftliche Lösung, da Kugeln allgemein in jeglichen Abmessungen preisgünstig zu beziehen sind. Nadeln, Zylinderrollen, Kugeln sind vorzugsweise aus Stahl und gehärtet. Vorzugsweise sind Wälzlagerstähle wie 100Cr6 eingesetzt, welche in Wälzlagerqualität hart, beispielsweise mit einer Rockwellhärte 62 HRC gehärtet sind. Denkbar sind aber auch hinsichtlich des Härtezustands weicher ausgeführte Verschlüsse aus Stahl.
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Planetenbolzen werden bekanntermaßen als Achsen zur Lagerung von Planetenrädern an Planetenträgern eingesetzt. Die Planetenräder sind zumeist mittels Planetenlagern auf den Planetenbolzen gelagert. Die Planetenbolzen sind einseitig, beidseitig oder gelegentlich auch mehrfach in einem oder mehreren Planetenträgern gelagert. Die Laufbahnen der Wälzkörper der Wälzlager sind aufgrund reduzierter Bauweise von Planetentrieben zumeist direkt, also ohne Zwischenschaltung eines Lagerringes, auf der außenzylindrischen Oberfläche des Planetenbolzens ausgebildet. Alternativ dient die Oberfläche als Sitz für einen oder mehrere Innenringe eines oder mehrerer Lagerringe. Die Planetenbolzen sind in der Regel zumindest auf dem Bereich, auf dem die Wälzlager sitzen bzw. ablaufen, außenzylindrisch ausgebildet. Für den direkten Wälzkontakt mit Wälzkörpern ist der Werkstoff der Planetenbolzen in der Regel auch für Wälzlager geeignet. Die Stähle dafür sind an der Oberfläche härtbar oder für eine Durchhärtung geeignete Stähle, z.B. aus 100Cr6. Zumindest die außenzylindrischen Außenflächen der Planetenbolzen, die als Wälzlaufbahnen für Wälzkörper der Planetenlagerung dienen, sind deshalb in einer Qualität ausgeführt, die den Anforderungen an Wälzlager entsprechen muss - sie sind also gehärtet, geschliffen und ggf. auch gehont ausgeführt und mit der erfindungsgemäßen gehärteten Randschicht versehen, z.B. durch Induktionshärten. Die radiale Härtetiefe der Randschicht wird anhand der im Lastfall auftretenden Hertzschen Pressung im Kontakt der Planetenbolzen mit Wälzkörpern bestimmt und beträgt vorzugsweise mindestens 1mm und mehr. Die Härte der Randschicht beträgt zum Beispiel 62 HRC. Denkbar ist alternativ auch der Einsatz von einsatzgehärtetem Stahl. Der Kern des Planetenbolzens, also alle sich radial und axial an die Randschicht anschließenden Bereiche bleiben vorzugsweise weich, d.h. in dem Härtezustand des Stahls, in dem sich der Bolzenrohling, welcher zur Herstellung des Planetenbolzens hinzugezogen wurde, vor dem Härten befand.
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Schmieröl, welches auch kühlende Funktionen hat, wird gewöhnlich zu Planetenlagerungen von Planetentrieben über das Innere der Planetenbolzen zugeführt. Dafür sind die Planetenbolzen innen entweder über ihre gesamte axiale Länge mit von Stirnseite zu Stirnseite verlaufenden Längskanälen versehen oder als Sackloch ausgeführt. Oft werden die Planetenbolzen auch vom Rohr auf ihre axiale Länge spanabhebend abgetrennt, so dass das Durchgangsloch im Inneren der Planetenbolzen von vorneherein gegeben ist. Die Löcher sind also vorwiegend innenzylindrisch ausgeführt. Die innenzylindrische Konturen dieser Löcher verlaufen vorzugsweise konzentrisch zur Längsachse der Planetenbolzen bzw. konzentrisch zur Symmetrieachse der außenzylindrischen Außenkontur, können aber alternativ auch schräg im Planetenbolzen verlaufen. Von diesen Längskanälen gehen zumeist Querkanäle ab, die gewöhnlich die außenzylindrische Außenkontur der Planetenbolzen durchbrechen und die vorzugsweise wiederum als Querbohrungen ausgeführt sind. Diese Querkanäle kreuzen die Längskanäle fluidtechnisch oder führen das Schmieröl von diesen weg bzw. zu diesen hin. Das Schmieröl wird wahlweise alternativ oder zugleich über die stirnseitigen Öffnungen der Längskanäle bzw. über die Querkanale zugeführt und wird von da aus über einen oder mehr Querkanäle pro Planetenbolzen zu den Planetenlagerungen geführt. Durch die Verschlüsse soll der unerwünschte Verlust von Schmieröl vermieden und die Zuführung des gesamten ins Innere der Planetenbolzen geführten Schmieröls zur Lagerstelle sichergestellt werden. Wird das Schmieröl über die Querkanäle in die Planetenbolzen geführt, sind die Längskanäle entweder einseitig oder beidseitig zu den Stirnseiten der Planetenbolzen hin verschlossen. Alternativ wird über eine Stirnseite des Planetenbolzens Schmieröl zugeführt und der Längskanal an der anderen Stirnseite ist verschlossen. Als Verschlüsse kommen wahlweise Kugeln oder außenzylindrisch ausgeführte Stopfen hohler oder massiver Ausführungen zum Einsatz.
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Für den gesamten Text gelten im Zusammenhang mit der beschriebenen Erfindung folgende Definitionen:
- - „Axial“ heißt dementsprechend mit der Längsachse bzw. der Symmetrieachse der Planetenbolzen gleich ausgerichtet.
- - „radial“ ist dementsprechend als quer zur Längsrichtung bzw. zur Symmetrieachse definiert.
- - „fluidtechnisch“ heißt durchgängig bzw. leitend für Flüssigkeiten, insbesondere für Schmieröl.
- - Wenn im Text im Wesentlichen die Außenkonturen der erfindungsgemäßen Planetenbolzen als außenzylindrisch definiert sind, heißt das nicht, dass die Außenkonturen der Planetenbolzen an anderen Stellen nicht auch andere geometrische außengeometrische Formen wie Abflachungen, Vierkant- oder andere Polygonformen aufweisen können. Nicht selten sind beispielsweise sind Planetenbolzen an ihren Lagerstellen im Planetenträger zwecks Verdrehsicherung abgeflacht.
- - Monolithisch heißt aus einem Stück mit dem Planetenbolzen bzw. dem Verschlussabschnitt des Planetenbolzens bestehend und ist somit einteiligeinmaterialig, in diesem Fall einteilig mit dem Planetenbolzen und einmaterialig mit dem Material des Planetenbolzens bzw. Bolzenrohlings. Das Material des Planetenbolzens ist vorzugsweise Stahl.
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Mit einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine mit dem Planetenbolzen im berührenden Kontakt stehende Außenkontur des Verschlusses durch einen Außendurchmesser beschrieben ist, der größer ist als ein Innendurchmesser einer innenzylindrischen Kontur des Lochs.
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Daraus ergeben sich neben weiteren zwei Ausgestaltungen:
- - Die eine Ausgestaltung sieht vor, dass die radialen Abmessungen des Verschlussabschnitts größer ausgeführt sind als die des Lochs. Der Verschlussabschnitt im Planetenbolzen ist im Rahmen der durch die Abmessungen des Planetenbolzens vorgegebenen Grenzen an eine gut handhabbare Abmessung des Verschlusses angepasst. Die Abmessung des Verschlusses wiederum ist dann im Rahmen der genannten Bedingungen nicht vom Querschnitt des Lochs abhängig. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass die Abmessungen des Verschlusses nicht in Abhängigkeit von dem Durchmesser des Schmierkanals ausgeführt werden müssen. Der Verschluss kann beispielsweise bei kleinen Durchmessern der Löcher (ca. </=3mm) größer gestaltet werden und ist einfacher herstellbar und handhabbar.
- - Die andere Ausgestaltung setzt das Festsetzen des Verschlusses durch Verstemmen oder (Fließ)pressen in seiner Position im Loch voraus. Durch das plastische Verschieben des Materials ergeben sich vorzugsweise links aber auch rechtsseitig, also vorzugsweise in Richtung des Schmierkanals aber auch in Richtung der stirnseitigen Öffnung, Materialverschiebungen oder Materialaufschiebungen bzw. - aufwürfe. Die Materialaufwürfe schließen zwar auf Bohrungsmaß radial mit der zylindrischen Wand ab, jedoch sind die Konturabschnitte des Verschlusses, die ein Übermaß zu dem Durchmesser des Schmierkanals aufweisen, von dem plastisch verformten Material des Planetenbolzens eingefasst und die Sicherungen stehen ggf. auch radial und axial in dem Verschlussabschnitt hervor.
- - Der Verschlussabschnitt wird beim Prägen der Sicherung durch plastisches Verdrängen von Material hergestellt. Das dabei verdrängte Material bildet größtenteils die Sicherung.
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Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass der Verschluss sicher in Position gehalten ist. Aufwändige Abstimmungen der Bohrungsmaße auf die Toleranzen des Verschlusses oder umgekehrt, welche für Presssitze notwendig sind, entfallen. Darüber hinaus werden die möglicherweise aus Presssitzen resultierenden Verformungen der Außenkontur der Planetenbolzen vermieden.
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Generell ist mit einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Sicherung durch plastisch aus dem Planetenbolzen verdrängtes Material des Planetenbolzens gebildet ist. Dabei kann die Sicherung wie zuvor ausgeführt sein. Alternativ kann das plastisch verdrängte Material auch in den Umriss des Lochs hineinragen.
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Ausführungsbeispiele derartiger Maßnahmen sind:
- - Der Verschluss ist, wie oben schon erläutert, an wenigstens zwei in entgegengesetzte Richtungen weisenden Konturabschnitten der Außenkontur des Verschlusses von zumindest teilweise plastisch aus dem Planetenbolzen verdrängtem Material des Planetenbolzens eingefasst. Dabei liegt ein die Sicherung bildender erster Abschnitt des plastisch verdrängten Materials im Inneren des Planetenbolzen axial der stirnseitigen Öffnung des Planetenbolzens gegenüber. Dabei wird davon ausgegangen, dass zumindest ein Teil der Sicherung aus dem plastisch verdrängten Material gebildet ist. Möglich ist alternativ eine Sicherung, die als eine Kombination aus einem Presssitz und einer Sicherung aus plastisch verdrängtem Material gebildet ist.
- - Der Verschlussabschnitt ist wenigstens aus einer Ausnehmung und der Sicherung gebildet. Die in ihrer Gestalt von der Gestalt des Lochs unabhängig ausgeführte Ausnehmung dient der Aufnahme der Sicherung und des Verschlusses und ist im Planetenbolzen axial zwischen der ersten Öffnung und dem Loch ausgebildet. Die Sicherung, beispielsweise das plastisch verdrängte Material, steht zumindest teilweise axial in Richtung der stirnseitigen Öffnung hervor. Der in der Ausnehmung sitzende Verschluss verschließt eine axial auf die erste Öffnung folgende zweite Öffnung mehr oder weniger gegen fluide dichtend. Die zweite Öffnung bildet den Zugang zum Loch, d.h. zum Schmierkanal. Die Ausnehmung ist wahlweise innenzylindrisch ausgebildet, kann aber auch ganz oder teilweise eine beliebige andere Gestalt im Querschnitt aufweisen.
- - Der freie erste Querschnitt der ersten, also stirnseitigen Öffnung des Planetenbolzens ist größer als der freie zweite Querschnitt der zweiten Öffnung im Inneren des Planetenbolzens zwischen der Ausnehmung und dem Loch, wobei der freie zweite Querschnitt der zweiten Öffnung gleich oder kleiner als der freie Querschnitt des Lochs ist. Für vorzugsweise als zylindrische Bohrungen ausgeführte Schmierkanäle heißt das, dass der Durchmesser der zweiten Öffnung kleiner ist als der Durchmesser der ersten Öffnung, und dass der Durchmesser der zweiten Öffnung gleich oder kleiner sein kann als der Durchmesser des Schmierkanals.
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Daraus ergeben sich folgende Vorteile:
- - Ein Presssitz, der die Außenkontur des Planetenbolzens ggf. negativ beeinflusst, kann entfallen.
- - Die Abmessung des Verschlusses ist nicht direkt von der Abmessung des Schmierölkanals (des Loches) abhängig. Die Ausnehmung, in der der Verschluss untergebracht ist, kann unabhängig von dem Querschnitt des Lochs auch größer als das Loch (als der Schmierkanal) gestaltet werden. Dementsprechend bestehen mehr Möglichkeiten für die kostengünstige Gestaltung des Verschlusses. Zu beachten sind allerdings die Grenzen, die durch die Abmessungen des Planetenbolzens und ggf. durch die Anforderungen an seine Festigkeit vorgegeben sind. Allerdings stellt der im Vergleich zu den radialen Abmessungen des Schmierkanals wesentlich größere Außendurchmesser des Planetenbolzens auch wesentlich mehr Bauraum und deshalb auch mehr Freiheiten für die Gestaltung des Verschlusses zur Verfügung.
- - Der Verschluss ist erfindungsgemäß sehr gut gesichert und kann nicht durch Stöße oder Vibrationen aus seiner Position gebracht werden.
- - Der Verschluss ist, in axialer Richtung betrachtet, an beliebiger Position im Planetenbolzen platzierbar.
- - Der Verschluss und seine axiale Sicherung beanspruchen keinen zusätzlichen axialen Bauraum, da diese beiden Elemente vollständig im Planetenbolzen untergebracht sind.
- - Die Montage des Verschlusses in den Planetenbolzen ist vereinfacht. Beispielsweise entfällt die beim Einpressvorgang erforderliche Zwangszentrierung an der Stirnseite gegenüber der Öffnung, weil der Verschluss lose in eine entsprechend gestaltete Ausnehmung des Verschlussabschnittes eingelegt und an der zweiten Öffnung zum Schmierkanal ohne weitere Mittel zentriert werden kann.
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Weiterhin ist ein Verfahren zum Verschließen eines Lochs eines Planetenbolzens gemäß der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- a. Bereitstellen eines Bolzenrohlings. Der Bolzenrohling ist mit einem sich von einer Stirnseite des Planetenbolzens ausgehenden Rohlingsloch versehen, dessen Querschnittsabmessung/Durchmesser dem des späteren Schmierkanals (Lochs) entsprechen und dessen Eingang mit einer stirnseitigen Rohlingsöffnung versehen ist. Die Abmessungen entsprechen wahlweise im Querschnitt denen des Lochs, können alternativ aber auch schon durch eine Fase oder eine Vorbereitung für die Ausnehmung bzw. den Verschlussabschnitt versehen sein. Der Bolzenrohling ist entweder nicht gehärtet oder gehärtet. Die Stirnseite des Bolzenrohlings bzw. dessen Ausnehmung und das Loch sind jedoch vorzugsweise nicht gehärtet. An dem Bolzenrohling kann vorzugsweise bereits die Außenkontur in der Qualität der Wälzlaufbahn ausgeführt sein oder nicht.
- b. Herstellung einer gehärteten Randschicht zumindest an der Oberfläche des außenzylindrischen Abschnitts.
- c. Axiales Ansetzen des Verschlusses an die Rohlingsöffnung; Dabei wird der Bolzenrohling entweder an der Öffnung zentriert oder in eine schon vorbereitete Ausnehmung des Verschlussabschnitts eingeführt.
- d. Einpressen oder Einlegen des Verschlusses über die Rohlingsöffnung in das Rohlingsloch oder eine Ausnehmung, und
- e. Herstellung des Verschlussabschnitts und der Sicherung durch plastisches Verdrängen von Material des Planetenbolzens bzw. Bolzenrohlings durch Prägen, Verstemmen o.ä. Verfahren. Die Prägungen bzw. das plastisch verdrängte Material können dabei partiell, vorzugsweise durch Verstemmen, ausgebildet werden oder als ein unterbrochener bzw. um die Achse des Lochs verlaufender Wulst durch Prägen oder Rollieren. Dabei ist der Rohling in einer Matrize, einem Spannwerkzeug oder ähnlichem aufgenommen und abgestützt. Ggf. ist der Bolzenrohling am Außendurchmesser gefesselt gehalten, um seine Form stabil zu halten.
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Ein um die Symmetrieachse des Planetenbolzens umlaufender Wulst sichert einen sicheren Sitz des Verschlusses und garantiert hohe Standzeiten der Formwerkzeuge zum Formen des Wulstes.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
- 1 zeigt einen Planetenbolzen 1 nicht maßstäblich in einem Längsschnitt entlang seiner Symmetrieachse 7.
- 2 zeigt ein Detail des Planetenbolzens 1, so wie dieser mit dem Ausschnitt Z in 1 umrissen ist, jedoch in einer vergrößerten nicht maßstäblichen Darstellung.
- 3 zeigt eine alternative Ausgestaltung eines Planetenbolzens 20 nicht maßstäblich in einem Längsschnitt entlang seiner Symmetrieachse 7.
- 4 zeigt ein stark vereinfachtes und nicht maßstäbliches Schema, mit welchem ein Verfahren zum Verschließen eines Loches 4 an dem Planetenbolzen 1 erläutert wird.
- 5 zeigt ein Detail eines nicht vollständig dargestellten Planetenbolzens 45, an einer mit dem Detail Z in 1 umrissenen Position, in einer vergrößerten und nicht maßstäblichen Darstellung.
- 6 zeigt den Längsschnitt nach 1, in dem der Härteverlauf des gehärteten Planetenbolzens 1 nicht maßstäblich und symbolisch dargestellt ist.
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1 und 3 - Die 1 zeigt einen Planetenbolzen 1 und 2 einen Planetenbolzen 20, beide mit dem im Folgenden beschrieben gleichen Grundaufbau - also mit einer Stirnseite 2, mit mindestens einem außenzylindrischen Abschnitt 3, mit wenigstens einem Loch 4 und mit wenigstens einem Verschluss 5. Die Stirnseite 2 ist eine Kreisringfläche in deren Mitte eine Öffnung 8 ausgebildet ist. Die Öffnung 8 bildet einen Zugang für den Verschlussabschnitt 6. Das als Schmiermittelkanal 25 und zylindrische Sackbohrung ausgeführte Loch 4 ist mit dem Verschluss 5 verschlossen, welcher axial an der Öffnung 16 anliegt. Die Öffnung 16 würde für den Fall, dass das Loch 4 nicht verschlossen wäre, einen Zugang zu dem Loch 4 bilden.
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In dem Verschlussabschnitt 6 sind axial zwischen dem Verschluss 5 und der stirnseitigen Öffnung 8 entweder zwei monolithisch mit dem Verschlussabschnitt 6 ausgebildete Sicherungen 9 in Form von Verstemmungen 22 und 23 oder ist alternativ ein um die Symmetrieachse 7 des Planetenbolzens 1 umlaufender Wulst 24 ausgebildet, welche/welcher aus dem Verschlussabschnitt 6 heraus und dabei in radialer Richtung in das Loch 4 hinein hervorsteht und den Verschluss 5 hintergreifen bzw. hintergreift. Die Sicherungen 9 sind durch aus dem Verschlussabschnitt bzw. aus dem Planetenbolzen 1 bzw. 20 oder einem Bolzenrohling 40 (siehe 4) verdrängtes Material gebildet.
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Der Schmierkanal 25 ist durch den Verschluss 5 zur ersten Stirnseite 2 hin verschlossen und setzt sich in die entgegengesetzte axiale Richtung gleichgerichtet mit der Symmetrieachse 7 bis zu einem Durchgangsloch 26 hin fort, welches sich nahe der zweiten Stirnseite 27 quer zur Symmetrieachse 7 ausgerichtet durch den Planetenbolzen 1 erstreckt. Der Schmierkanal 25 mündet fluidtechnisch in dieses Durchgangsloch 26. Die Öffnungen 28 und 29 des Durchgangslochs 26 befinden sich in einem außenzylindrischen Sitzabschnitt 31 am axialen Rand des Planetenbolzens 1, der später für einen Sitz des Planetenbolzens 1 rechtsseitig in einem nicht dargestellten Planetenträger eines auch nicht dargestellten Planetengetriebes vorgesehen ist. Der andere Sitzabschnitt 32 des Planetenbolzens 1 ist linksseitig durch den sich axial an die erste Stirnseite 2 anschließenden außenzylindrischen Abschnitt des Planetenbolzens 1 auf axialer Höhe mit dem Verschluss 5 gebildet und für einen weiteren Sitz in einem nicht dargestellten Planetenträger vorgesehen. Die Außenkontur des Planetenbolzens 1 ist durchgängig außenzylindrisch. Axial mittig zwischen den Sitzabschnitten 31 und 32 ist eine Wälzlaufbahn 30 für den Wälzkontakt mit nicht dargestellten Wälzkörpern der Lagerung eines ebenfalls nicht dargestellten Planetenrades vorgesehen. In die Wälzlaufbahn 30 münden an den Öffnungen 33 und 34 zwei Kanalabschnitte 35 und 36 eines weiteren Durchgangslochs, welches den Schmierkanal 25 fluidtechnisch kreuzt. Vorstellbar ist, dass der Planetenbolzen mittels eines Kerbstiftes o.ä. in dem Planetenträger gesichert ist. Der nicht dargestellte Kerbstift wird mit einem Ende radial von oben teilweise über die Öffnung 28 in das Durchgangloch 26 gesteckt und ist mit dem anderen Ende in dem Planetenträger festgelegt. Im Betrieb eines Planetentriebs wird Schmieröl zunächst über einen Kanal eines Planetenträgers über die Öffnung 29 in das nunmehr einseitig verschlossene Durchgangsloch 26 geführt und fließt von dort aus in den Schmierkanal 25. Der Schmierkanal 25 ist axial zur Stirnseite 2 hin durch den Verschluss 5 verschlossen. Das Schmieröl wird also im Betrieb in Abhängigkeit der Drehzahlen und damit abhängig von Fliehkräften wahlweise über einen oder beide der Kanalabschnitte 35 und 36 und über die Öffnungen 33 und 34 in die nicht dargestellte aber die Wälzlaufbahn 30 umgebende Planetenlagerung gebracht.
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1 - Der in 1 gezeigte Verschluss 5 ist eine Kugel 10. Die mit dem Planetenbolzen 1 im berührenden Kontakt stehende Außenkontur 11 der Kugel 10 ist demzufolge die Kugeloberfläche.
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3 - Der in 3 gezeigte Verschluss 5 ist eine Zylinderrolle 37. Die mit dem Planetenbolzen 20 im berührenden Kontakt stehende Außenkontur 12 ist demzufolge zumindest durch die außenzylindrische Mantelfläche der Zylinderrolle 37 gebildet.
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2 - Die mit dem Planetenbolzen 1 im berührenden Kontakt stehende Außenkontur 11 des Verschlusses 5 ist durch an den zwei sich an der Symmetrieachse 7 gegenüber liegenden Kugelabschnitten 14 und 15 durch den Außendurchmesser D1 der Kugel 10 beschrieben. Das Loch 4 ist eine zylindrische Bohrung und demzufolge ist die Innenkontur des Schmierkanals 25 durch einen Innendurchmesser D2 beschrieben. Der Durchmesser D1 der Kugel 10 ist größer als der Innendurchmesser D2 des Lochs 4. Diese Merkmale können analog auf den Planetenbolzen 20 angewendet werden, wo der Durchmesser der Zylinderrolle größer als der Innendurchmesser des Lochs 4 ist. Wie ersichtlich ist, ist der Verschluss 5 an den Konturabschnitten 14 und 15 jeweils in die entgegengesetzten axialen Richtungen an den Stellen 38 und 39 vom Material des Planetenbolzens 1 eingefasst.
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Der Verschluss 5 ist also an den wenigstens zwei in entgegengesetzte Richtungen weisenden Konturabschnitten 14 und 15 der Außenkontur des Verschlusses 5 von plastisch aus dem Planetenbolzen 1 verdrängtem Material des Planetenbolzens 1 so eingefasst, dass ein die Sicherung 9 bildender erster Abschnitt des plastisch verdrängten Materials an der Stelle 38 axial der ersten Öffnung 8 gegenüberliegt und der zweite Abschnitt an der Stelle 39 einen Teil der Wandung des zylindrischen Lochs 4 bildet.
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Der Verschlussabschnitt 6 ist zumindest teilweise aus einer Ausnehmung 17 und der Sicherung 9 gebildet. Die Ausnehmung 17 ist wenigstens teilweise durch plastisches Verdrängen von Material des Planetenbolzen erzeugt und axial zwischen der ersten Öffnung 8 und dem Loch 4 bzw. der zweiten Öffnung 16 ausgebildet, wobei letztere durch den Verschluss 5 verschlossen ist. Der Durchmesser D3 der ersten Öffnung 8 ist größer als der Durchmesser D2 der zweiten Öffnung 16, wobei die Durchmesser der Öffnung 16 und des Lochs 4 in diesem Fall gleich sind, sich alternativ (nicht dargestellt) aber auch unterscheiden können.
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4 - Die Vorrichtung 41 zur Montage des Verschlusses 5 in einen Bolzenrohling 40 weist ein Zuführwerkzeug 42, einen Einführ- bzw. Einpresstempel 43 und einen Prägestempel 44 auf. Der Bolzenrohling 40 ist axial abgestützt und vorzugsweise radial geführt bzw. eingespannt. Der Verschluss 5 wird mittels des Zuführwerkzeugs 42 an die Rohlingsöffnung 21 angesetzt und an dieser zur Symmetrieachse 7 zentriert. Es folgt erst das Einschieben oder Einpressen des Verschlusses 5 in die Rohlingsöffnung 21 in die mit den starken Richtungspfeilen markierte Richtung und danach oder zugleich das Prägen des Verschlussabschnittes 6 mit der Sicherung 9, welche in 4 gestrichelt dargestellt sind. Die Werkzeuge der Vorrichtung 41 werden nach dem Montageprozess in Richtung der schwach dargestellten Pfeile wieder zurückgezogen.
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5 - Die mit dem Planetenbolzen 45 im berührenden Kontakt stehende Außenkontur 11 des Verschlusses 5 ist durch an den zwei sich an der Symmetrieachse 7 gegenüber liegenden Kugelabschnitten 14 und 15 durch den Außendurchmesser D1 der Kugel 10 beschrieben. Das Loch 4 ist eine zylindrische Bohrung und demzufolge ist die Innenkontur des Schmierkanals 25 durch einen Innendurchmesser D2 beschrieben. Der Durchmesser D1 der Kugel 10 ist größer als der Innendurchmesser D2 des Lochs 4. Wie ersichtlich ist, ist der Verschluss 5 an den Konturabschnitten 14 und 15 jeweils in die entgegengesetzten axialen Richtungen an den Stellen 38 und 39 vom Material des Planetenbolzens 45 eingefasst.
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Der Verschluss 5 ist also an den wenigstens zwei in entgegengesetzte Richtungen weisenden Konturabschnitten 14 und 15 der Außenkontur des Verschlusses 5 von plastisch aus dem Planetenbolzen 45 verdrängtem Material des Planetenbolzens 45 so eingefasst, dass ein die Sicherung 9 als ein um die Symmetrieachse 7 umlaufender Wulst 24 bildender erster Abschnitt des plastisch verdrängten Materials an der Stelle 38 axial der ersten Öffnung 8 gegenüberliegt und der zweite Abschnitt an der Stelle 39 einen Teil der Wandung des zylindrischen Lochs 4 bildet.
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Der Verschlussabschnitt 6 ist zumindest teilweise aus einer Ausnehmung 17 gebildet, Die Ausnehmung 17 weist einen mit dem Durchmesser D4 beschriebenen Bohrungsabschnitt 47 auf, in welchem die Kugel 10 sitzt und dessen zylindrische Form an engster Stelle durch den Wulst 24 auf einen annähernden Durchmesser D5 deformiert ist. Die Ausnehmung 17 ist axial zwischen der ersten Öffnung 8 und dem Loch 4 bzw. der zweiten Öffnung 16 ausgebildet, wobei letztere durch den Verschluss 5 verschlossen ist. Der Durchmesser D3 der ersten Öffnung 8 ist größer als der Durchmesser D2 der zweiten Öffnung 16, wobei die Durchmesser der Öffnung 16 und des Lochs 4 in diesem Fall gleich sind, sich alternativ (nicht dargestellt) aber auch unterscheiden können. Der Durchmesser D4 des Bohrungsabschnitts 47 ist größer oder gleich dem Durchmesser D1 der Kugel und größer als der annähernde Durchmesser D5. Außerdem ist der Durchmesser D3 der Ausnehmung 6 größer als der Durchmesser D4 des Bohrungsabschnitts 47, in welchem die Kugel 10 sitzt.
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6 - Der Planetenbolzen 1 ist aus einem Wälzlagerstahl hergestellt und randschichtgehärtet. Randschichtgehärtet heißt in dem dargestellten Fall, dass der Stahl, aus dem der Planetenbolzen 1 gebildet ist nur außen am Rand mit einer begrenzten Härtetiefe Ht gehärtet ist. Die Randschicht R erstreckt sich umfangsseitig um die Symmetrieachse vollumfänglich mit der vorgegebenen Härtetiefe Ht von der Oberfläche O des außenzylindrischen Abschnitts 3 radial nach innen in Richtung der Symmetrieachse 7. Die weiteren sich an die Randschicht R radial innen bis zur Symmetrieachse 7 anschließenden Bereiche des Bolzens weisen eine geringere Härte als die Randschicht R auf und sind vorzugsweise nicht gehärtet. Letzteres betrifft auch den Verschlussabschnitt 6 und die Sicherung 9, deren Material gegenüber der gehärteten Oberfläche O also weicher ist. Nicht gehärtet bzw. weicher heißt, dass das Material des Planetenbolzens an diesen Stellen vorzugsweise eine Härte aufweist, welche der komplette Bolzenrohling vor dem Randschichthärten aufwies, wobei jedoch nicht ausgeschlossen ist, dass zwischen der Randschicht und den übrigen Bereichen Übergangszonen ausgebildet sind, in denen sich die Härtewerte der der gehärteten Randschicht und der nicht gehärteten Bereiche einander vom Wert her annähern. Der Verschluss 5, also die Kugel 10, ist aus Wälzlagerstahl und mindestens genauso hart wie die Randschicht R.
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In dem mit 6 dargestellten Beispiel erstreckt sich die gehärtete Randschicht R nicht vollständig von der Stirnseite 27 in Richtung der anderen Stirnseite 2. Es verbleibt jeweils zwischen der Randschicht R und der jeweiligen Stirnseite 2 bzw. 27 ein entweder nicht gehärteter oder geringere Härten als die Randschicht aufweisender Oberflächenabschnitt OA1 bzw. OA2, welcher sich axial zwischen der Randschicht R und der Stirnseite 2 bzw. 27 erstreckt. Alternativ ist es auch denkbar, dass sich die Randschicht vollständig von einer Stirnseite 2 zur anderen Stirnseite 27 erstreckt und dabei ggf. eine oder beide Stirnseiten 2 und/oder 27 teilweise ebenfalls gehärtete Zonen aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Planetenbolzen
- 2
- Stirnseite
- 3
- außenzylindrischer Abschnitt
- 4
- Loch
- 5
- Verschluss
- 6
- Verschlussabschnitt
- 7
- Symmetrieachse
- 8
- erste Öffnung
- 9
- Sicherung
- 10
- Kugel
- 11
- Außenkontur
- 12
- Außenkontur
- 13
- innenzylindrische Kontur
- 14
- erster Konturabschnitt der Außenkontur
- 15
- zweiter Konturabschnitt der Außenkontur
- 16
- zweite Öffnung
- 17
- Ausnehmung
- 18
- Verschluss
- 19
- Rohlingsloch
- 20
- Planetenbolzen
- 21
- Rohlingsöffnung
- 22
- Verstemmung
- 23
- Verstemmung
- 24
- Wulst
- Ht
- Randschichttiefe
- 25
- Schmierkanal
- 26
- Durchgangsloch
- 27
- Stirnseite
- 28
- Öffnung des Durchgangslochs
- 29
- Öffnung des Durchgangslochs
- 30
- Wälzlaufbahn
- 31
- Sitzabschnitt
- 32
- Sitzabschnitt
- 33
- Öffnung
- 34
- Öffnung
- 35
- Kanalabschnitt
- 36
- Kanalabschnitt
- 37
- Zylinderrolle
- 38
- Stelle
- 39
- Stelle
- 40
- Bolzenrohling
- 41
- Vorrichtung
- 42
- Zuführwerkzeug
- 43
- Einpressstempel
- 44
- Prägestempel
- 45
- Planetenbolzen
- 46
- Loch
- 47
- Bohrungsabschnitt
- Ό
- Oberfläche
- R
- Randschicht
- OA1
- Oberflächenabschnitt
- OA2
- Oberflächenabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014105997 A1 [0002]
- JP 2804295 B2 [0003]
- JP 7317885 A2 [0005]
- JP 2007170566 A [0006]
