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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine elektrische Maschine und eine mit der elektrischen Maschine drehmomentübertragend gekoppelte Getriebeanordnung, wobei die Getriebeanordnung ein in einem Getriebegehäuse aufgenommenes Kegelrad-Differentialgetriebe mit einem Getriebekäfig aufweist, in welchem eine Mehrzahl von Differentialkegelrädern aufgenommen ist, und an einem äußeren Mantel des Getriebekäfigs ein Stirnzahnrad mit einem Kopfkreisdurchmesser drehfest angeordnet ist, dass mit einem durch die elektrische Maschine antreibbaren Ritzel im Eingriff steht, und der Getriebekäfig gegenüber dem Ritzel mittels einer Wälzlageranordnung drehbar gelagert ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Montage eines Achsantriebsstrangs, eine Wälzlageranordnung und ein Kit-of-Parts.
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Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.
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Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011, Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge, der wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der konzentrisch und koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist, wobei in dem Leistungsstrang zwischen Elektromotor und Kegelraddifferenzial ein schaltbarer 2-Gang-Planetenradsatz angeordnet ist, der ebenfalls koaxial zu dem E-Motor bzw. dem Kegelraddifferenzial oder Stirnraddifferential positioniert ist. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt aufgebaut und erlaubt aufgrund des schaltbaren 2-Gang-Planetenradsatzes einen guten Kompromiss zwischen Steigfähigkeit, Beschleunigung und Energieverbrauch. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen oder elektrisch betreibarer Antriebsstrang bezeichnet.
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Aus der
DE 10 2010 048 837 A1 ist eine derartige Antriebsvorrichtung mit wenigstens einem Elektromotor und mindestens einem mit einem Rotor des Elektromotors antreibbaren Planetendifferenzial bekannt, wobei das Planetendifferenzial wenigstens einen Planententräger, der mit einem Rotor des Elektromotors wirkverbunden ist, erste Planetenräder und zweite Planetenräder, die drehbar an dem Planetenträger gelagert sind, sowie ein erstes Sonnenrad und ein zweites Sonnenrad, von denen jedes jeweils mit einer Abtriebswelle des Planetendifferenzials wirkverbunden ist, aufweist. Dabei stehen die ersten Planetenräder mit dem ersten Sonnenrad im Zahneingriff und steht jedes der zweiten Planetenräder mit dem zweiten Sonnenrad sowie mit einem der ersten Planetenräder im Zahneingriff. Ferner sind die Sonnenräder koaxial einer Rotationsachse des Rotors angeordnet.
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Aus der Druckschrift
EP 1472475 B1 ist ferner ein Kegelraddifferential bekannt, wie es beispielsweise auch bei E-Achsen zum Einsatz kommen kann. Das Kegelraddifferential umfasst ein Differenzialgehäuse, das über einen mit dem Gehäuse fest verbundenen Zahnkranz angetrieben werden kann, sowie Ausgleichsräder, die in dem Differenzialgehäuse drehbar gelagert sind, und ergänzend zwei Planetenräder, die ebenfalls im Differenzialgehäuse drehbar gelagert sind, mit denen die Ausgleichsräder kämmen und auf diese Weise die Abtriebe des Kegelraddifferentials bilden.
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In derartigen Getriebeanwendungen, bei denen große Lasten bei gleichzeitig sehr begrenztem Bauraum übertragen werden müssen, werden zur Lagerung der entsprechenden Bauteile bzw. Wellen häufig Kegelrollenlager eingesetzt. Aufgrund des in der Regel begrenzten Bauraums, kann es bei der Montage eines Kegelraddifferentialgetriebes in einen elektrischen Achsantriebsstrang zu erheblichen Platz- und Montageproblemen kommen. Auf Grund einer häufig geforderten Übersetzung und einer notwendigen Tragzahl ist es daher möglich, dass das Kegelrollenlager zur Lagerung des das Kegelraddifferential antreibenden Ritzels nicht so klein gewählt werden kann, dass der Außendurchmesser des Kegelrollenlagers kleiner ist als der Fußkreisdurchmesser des Ritzels, auf dem Kegelrollenlager montiert ist. Das in der Montagereihenfolge üblicherweise nach dem Ritzel zu montierende Kegelraddifferenzial kann daher in der Regel nicht parallel zu dessen Drehachse ohne „Einschwenken“ der des Kegelraddifferentials in die Ritzelverzahnung gefügt werden.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher einen elektrischen Achsantriebsstrang bereitzustellen, der beschriebenen Montageprobleme vermeidet. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung ein optimiertes Verfahren zur Montage eines Achsantriebsstrangs zur realisieren sowie eine optimierte Wälzlageranordnung anzugeben. Schließlich ist es auch die Aufgabe der Erfindung ein Kit-of-Parts zur Montage eines Achsantriebsstrangs bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen elektrischen Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine elektrische Maschine und eine mit der elektrischen Maschine drehmomentübertragend gekoppelte Getriebeanordnung, wobei die Getriebeanordnung ein in einem Getriebegehäuse aufgenommenes Kegelrad-Differentialgetriebe mit einem Getriebekäfig aufweist, in welchem eine Mehrzahl von Differentialkegelrädern aufgenommen ist, und an einem äußeren Mantel des Getriebekäfigs ein Stirnzahnrad mit einem Kopfkreisdurchmesser drehfest angeordnet ist, dass mit einem durch die elektrische Maschine antreibbaren Ritzel im Eingriff steht, und der Getriebekäfig gegenüber dem Ritzel mittels einer Wälzlageranordnung drehbar gelagert ist, wobei die Wälzlageranordnung ein erstes Kegelrollenlager umfasst, mit einem ersten Innenring, der drehfest an dem Ritzel angeordnet ist und einem ersten Außenring, welcher drehfest an einer Anbindungsstruktur des Achsantriebsstrangs fixiert ist, wobei radial zwischen dem ersten Innenring und dem ersten Außenring eine Mehrzahl von in einem ersten Käfig gehaltene erste Kegelrollen angeordnet sind, welche einerseits auf einer ersten kegelringförmigen Innenlaufbahn und anderseits auf einer ersten kegelringförmigen Außenlaufbahn wälzen, wobei eine erste Kegelspitze des ersten Innenrings in einer Montagerichtung des Kegelrad-Differentialgetriebes gerichtet ist und an einer ersten in Montagerichtung weisenden Stirnseite ein erster Innenringbord ausgebildet ist, während an einer zweiten von der Montagerichtung wegweisenden Stirnseite des ersten Innenrings kein Innenringbord vorhanden ist und der erste Innenring einen Außendurchmesser besitzt, der einen radialen Überschneidungsbereich mit dem Kopfkreisdurchmesser des Stirnzahnrads aufweist.
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Einer der Kerngedanken der Erfindung ist es, das erste Kegelrollenlager dreiteilig auszuführen, um während der Montage des Kegelraddifferentialgetriebes den erforderlichen Bauraum für dessen Montage zu schaffen. Der dabei dann während der Montage des Kegelraddifferentialgetriebes vergleichsweise kleine Außendurchmesser des an dem Ritzel angeordneten ersten Innenrings ermöglicht nun das „Einschwenken“ des Kegelrad-Differentialgetriebes. Nach dem „Einschwenken“ und Einsetzen des Kegelrad-Differentialgetriebes in das Getriebegehäuse kann dann das Einsetzen des Käfigs mit dem im Käfig gehaltenen Kegelrollensatz und nachfolgend das Einsetzen des Außenrings erfolgen. Die Käfigkonstruktion ist hierbei so ausgelegt, dass die Kegelrollen verliersicher in dem Käfig gehalten sind.
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Um diese Art der Dreiteiligkeit (Innenring, Kegelrollensatz im Käfig, Außenring) des ersten Kegelrollenlagers zu ermöglichen, wird ein sonst üblicher Innenringbord des Innenringes, welcher axial in Montagerichtung als erstes positioniert weggelassen, so dass der Kegelrollensatz mit dem Käfig axial in der Montagerichtung auf den ersten Innenring aufgeschoben werden können.
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Dadurch dass zunächst nur der erste Innenring auf dem Ritzel montiert ist, wird mehr Freiraum für die Montage des Kegelrad-Differentialgetriebes geschaffen.
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Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
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Ein erfindungsgemäßer Antriebsstrang kann insbesondere als ein elektrischer Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs ausgebildet sein, mit wenigstens einer elektrischen Maschine und wenigstens einer Getriebeanordnung, wobei die elektrische Maschine und die Getriebeanordnung bevorzugt jeweils eine bauliche Einheit bilden. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass jeweils eine elektrische Maschine und eine Getriebeanordnung in einem gemeinsamen Antriebsstranggehäuse angeordnet sind. Alternativ wäre es natürlich auch möglich, dass die elektrische Maschine ein Motorgehäuse und das Getriebe ein Getriebegehäuse besitzt, wobei die bauliche Einheit dann über eine Fixierung der Getriebeanordnung gegenüber der elektrischen Maschine bewirkbar ist. Diese bauliche Einheit wird gelegentlich auch als E-Achse bezeichnet.
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Im Zusammenhang mit der Erfindung kann die elektrische Maschine als Radial- oder Axialflussmaschine ausgebildet sein. Um einen axial besonders kompakt bauende Achsantriebsstrang auszubilden, sind Axialflussmaschinen zu bevorzugen. Die elektrische Maschine ist insbesondere für die Verwendung innerhalb eines elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs vorgesehen.
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Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.
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Die Getriebeanordnung des elektrischen Achsantriebsstrangs ist insbesondere mit der elektrischen Maschine koppelbar, welche zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments für das Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Bei dem Antriebsdrehmoment handelt es sich besonders bevorzugt um ein Hauptantriebsdrehmoment, sodass das Kraftfahrzeug ausschließlich durch das Antriebsdrehmoment angetrieben wird.
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Die Getriebeanordnung kann ein Planetengetriebe aufweisen. Besonders bevorzugt ist die Getriebeanordnung mehrgängig und schaltbar ausgeführt. Insbesondere umfasst die Getriebeanordnung ein mehrgängiges und schaltbares Planetengetriebe.
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Die Getriebeanordnung kann ferner ein Differentialgetriebe aufweisen. Ein Differentialgetriebe kann insbesondere ein Planetengetriebe mit einem Antrieb und zwei Abtrieben sein. Es hat üblicherweise die Funktion, zwei Fahrzeugräder eines Kraftfahrzeugs so anzutreiben, dass sie in Kurven unterschiedlich schnell, aber mit gleicher Vortriebskraft drehen können. Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass das Differentialgetriebe als Stirnraddifferentialgetriebe ausgebildet ist. Alternativ hierzu kann es des Weiteren gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das Differentialgetriebe als bevorzugt nasslaufendes Kegelraddifferentialgetriebe ausgebildet ist.
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Im Rahmen der Erfindung wird die Verwendung eines Kegelraddifferentials in einem Achsantriebsstrang vorgeschlagen, welches für den Einsatz in einem Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet ist. Das Kegelraddifferential kann zum einen als ein Längsdifferenzial ausgebildet sein, mit dem ein Antriebsdrehmoment auf zwei Achsen des Fahrzeugs verteilt werden kann. Bevorzugt ist das Kegelraddifferential jedoch als ein Querdifferenzial oder Achsdifferenzial ausgebildet, wobei ein Antriebsdrehmoment auf zwei Abtriebswellen einer Achse verteilt wird. In alternativen Ausführungsformen kann das Kegelraddifferential auch zur Zusammenführung oder Verteilung von Antriebsdrehmomenten eingesetzt sein.
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Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine und die Getriebeanordnung in einem gemeinsamen Antriebsstranggehäuse angeordnet sind. Alternativ wäre es natürlich auch möglich, dass die elektrische Maschine ein Motorgehäuse und das Getriebe ein Getriebegehäuse besitzt, wobei die bauliche Einheit dann über eine Fixierung der Getriebeanordnung gegenüber der elektrischen Maschine bewirkbar ist. Diese bauliche Einheit wird gelegentlich auch als E-Achse bezeichnet.
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Die elektrische Maschine und die Getriebeanordnung können auch in einem Antriebsstranggehäuse aufgenommen sein. Das Antriebsstranggehäuse ist zumindest zur Aufnahme der elektrischen Maschine und der Getriebeanordnung vorgesehen. Das Antriebsstranggehäuse ist bevorzugt aus einem metallischen Material, insbesondere bevorzugt aus Aluminium, Grauguss oder Stahlguss, insbesondere mittels einem Urformverfahren wie Gießen oder Druckguss geformt. Grundsätzlich wäre es jedoch auch möglich, das Antriebsstranggehäuse aus einem Kunststoff zu bilden.
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Das Antriebsstranggehäuse kann insbesondere bevorzugt eine topfartige Grundform aufweisen, so dass die elektrische Maschine und das Getriebe über die offene Stirnseite des Antriebsstranggehäuses in dieses eingesetzt werden können.
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Die Getriebeanordnung kann in einem Getriebegehäuse aufgenommen sein. Ein Getriebegehäuse ist ein Gehäuse zur Aufnahme eines Getriebes. Es hat die Aufgabe, vorhandene Wellen jeweils über die Lager zu führen und den Rädern bei allen Belastungen diejenigen Freiheitsgrade zu gewähren, derer sie bedürfen, ohne sie in der Dreh- und eventuell Bahnbewegung zu behindern, sowie Lagerkräfte und Abstützmomente aufzunehmen. Ein Getriebegehäuse kann ein- oder mehrschalig, das heißt, ungeteilt oder geteilt ausgebildet sein. Das Gehäuse kann insbesondere auch sowohl Geräusche und Vibrationen dämpfen als auch Schmierstoff sicher aufnehmen.
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Die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung umfasst ein erstes Kegelrollenlager.
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Der Innenring des Kegelrollenlagers kann aus einem metallischen und/oder keramischen Werkstoff gebildet sein. Es ist grundsätzlich denkbar, den Innenring einteilig oder mehrteilig, insbesondere zweiteilig auszubilden. Der Innenring kann einen Innenringeinstich aufweisen. In einem Innenringeinstich kann insbesondere eine Abdeckscheibe, Dichtscheibe und/oder Dichtung insbesondere kraft- und/oder formschlüssig angeordnet sein. Bevorzugt ist der Innenringeinstich als eine umlaufende Nut in dem Innenring ausgebildet.
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Der Außenring des Kegelrollenlagers kann aus einem metallischen und/oder keramischen Werkstoff gebildet sein. Es ist grundsätzlich denkbar, den Außenring einteilig oder mehrteilig, insbesondere zweiteilig auszubilden. Der Außenring kann einen Außenringeinstich aufweisen. In einem Außenringeinstich kann insbesondere eine Abdeckscheibe, Dichtscheibe und/oder Dichtung insbesondere kraft- und/oder formschlüssig angeordnet sein. Bevorzugt ist der Außenringeinstich als eine umlaufende Nut in dem Außenring ausgebildet.
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Die Wälzkörper haben die Form einer Kegelrolle.
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Die Wälzkörper können innerhalb des Kegelrollenlagers insbesondere auf der Innenringlaufbahn des Innenrings abwälzen. Hierzu kann vorteilhafter Weise die Oberfläche der Innenringlaufbahn entsprechend abriebfest ausgebildet sein, beispielsweise auch durch ein entsprechendes Oberflächenbehandlungsverfahren und/oder durch Aufbringen einer entsprechenden zusätzlichen Materialschicht. Die Innenringlaufbahn kann eben oder profiliert ausgebildet sein. Eine profilierte Ausgestaltung der Innenringlaufbahn kann beispielsweise zur Führung der Wälzkörper auf der Innenringlaufbahn dienen. Eine ebene Ausformung der Innenringlaufbahn kann hingegen beispielsweise eine gewisse axiale Verschiebbarkeit der Wälzkörper auf der Innenringlaufbahn erlauben.
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Die Wälzkörper können innerhalb des Kegelrollenlagers insbesondere auf der Außenringlaufbahn des Außenrings abwälzen. Hierzu kann vorteilhafter Weise die Oberfläche der Außenringlaufbahn entsprechend abriebfest ausgebildet sein, beispielsweise auch durch ein entsprechendes Oberflächenbehandlungsverfahren und/oder durch Aufbringen einer entsprechenden zusätzlichen Materialschicht. Die Außenringlaufbahn kann eben oder profiliert ausgebildet sein. Eine profilierte Ausgestaltung der Außenringlaufbahn kann beispielsweise zur Führung der Wälzkörper auf der Außenringlaufbahn dienen. Eine ebene Ausformung der Außenringlaufbahn kann hingegen beispielsweise eine gewisse axiale Verschiebbarkeit der Wälzkörper auf der Außenringlaufbahn erlauben.
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Die Wälzkörper können in einem Käfig geführt und voneinander beabstandet sein. Der Käfig ist bevorzugt aus einem Kunststoff gefertigt. Ferner ist es bevorzugt, dass der Käfig die Kegelrollen verliersicher aufnimmt. Der Käfig ist insbesondere so ausgebildet, dass die Kegelrollen voneinander beabstandet werden, damit beispielsweise die Reibung und Wärmeentwicklung der Wälzkörper möglichst geringgehalten wird. Ferner hält der Käfig die Kegelrollen in einem festen Abstand beim Abwälzen zueinander, wodurch eine gleichmäßige Lastverteilung erzielt werden kann. Der Käfig kann einstückig oder mehrstückig ausgeführt sein.
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Ein Kegelrollenlager kann ferner eine Dichtung aufweisen, um ein Austreten von Schmiermittel aus dem Kegelrollenlager oder ein Eintreten von Schmutz oder Feuchtigkeit in das Kegelrollenlager zu verhindern. Hierzu können die eingesetzten Dichtungen mit einer oder mehreren Dichtlippen versehen sein, die an einem Bauteil des Kegelrollenlager anliegen können. Diese sind derart ausgelegt, dass sie zum einen möglichst über die gesamte Lebensdauer das Lager abdichten, andererseits die Reibung durch die anliegende Dichtung nicht zu hoch ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Wälzlageranordnung ein zweites Kegelrollenlager umfasst, mit einem zweiten Innenring, der drehfest an dem Getriebekäfig angeordnet ist und einem zweiten Außenring, welcher drehfest an der Anbindungsstruktur des Achsantriebsstrangs fixiert ist, wobei radial zwischen dem zweiten Innenring und dem zweiten Außenring eine Mehrzahl von in einem zweiten Käfig gehaltene zweite Kegelrollen angeordnet sind, welche einerseits auf einer zweiten kegelringförmigen Innenlaufbahn und anderseits auf einer zweiten kegelringförmigen Außenlaufbahn wälzen, wobei eine zweite Kegelspitze des zweiten Innenrings entgegen der Montagerichtung des Kegelrad-Differentialgetriebes gerichtet ist und an einer ersten in Montagerichtung weisenden Stirnseite ein erster Innenringbord ausgebildet ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass die Montage des Kegelrad-Differentialgetriebes weiter vereinfacht werden kann.
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Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass der erste Außenring bordlos ausgeführt ist, wodurch sich die Montagefreundlichkeit weiter verbessern lässt. Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der zweite Außenring bordlos ausgeführt ist, wodurch ebenfalls die Montagefreundlichkeit weiter optimiert werden kann.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass an einer zweiten von der Montagerichtung wegweisenden Stirnseite des zweiten Innenrings ein zweiter Innenringbord vorhanden ist.
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Die Aufgabe der Erfindung kann auch gelöst werden durch ein Verfahren zur Montage eines elektrischen Achsantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, umfassend die folgenden Schritte:
- • Bereitstellung einer elektrischen Maschine und einer mit der elektrischen Maschine drehmomentübertragend gekoppelte Getriebeanordnung, wobei die Getriebeanordnung ein in einem Getriebegehäuse aufnehmbares Kegelrad-Differentialgetriebe mit einem Getriebekäfig aufweist, in welchem eine Mehrzahl von Differentialkegelrädern aufgenommen ist, und an einem äußeren Mantel des Getriebekäfigs ein Stirnzahnrad mit einem Kopfkreisdurchmesser drehfest angeordnet ist, dass mit einem durch die elektrische Maschine antreibbaren Ritzel in Eingriff gebracht werden kann
- • Bereitstellung einer Wälzlageranordnung mit einem ersten Kegelrollenlager, mit einem ersten Innenring, der drehfest an dem Ritzel angeordnet werden kann und einem ersten Außenring, welcher drehfest an einer Anbindungsstruktur des Achsantriebsstrangs fixierbar ist, wobei radial zwischen dem ersten Innenring und dem ersten Außenring eine Mehrzahl von in einem ersten Käfig gehaltene erste Kegelrollen angeordnet sind, welche einerseits auf einer ersten kegelringförmigen Innenlaufbahn und anderseits auf einer ersten kegelringförmigen Außenlaufbahn wälzen, wobei eine erste Kegelspitze des ersten Innenrings in einer Montagerichtung des Kegelrad-Differentialgetriebes gerichtet ist und an einer ersten in Montagerichtung weisenden Stirnseite ein erster Innenringbord ausgebildet ist, während an einer zweiten von der Montagerichtung wegweisenden Stirnseite des ersten Innenrings kein Innenringbord vorhanden ist, und der erste Innenring einen Außendurchmesser besitzt, der im montierten Zustand des Kegelrad-Differentialgetriebes einen radialen Überschneidungsbereich mit dem Kopfkreisdurchmesser des Stirnzahnrads aufweist.
- • Aufsetzen des ersten Innenrings auf das Ritzel,
- • Axiales Einsetzen des Kegelrad-Differentialgetriebes in das Getriebegehäuse, wobei das Kegelrad-Differentialgetriebe um einen Winkel zu seiner axialen Rotationsachse verkippt in das Getriebegehäuse eingeschoben wird, so dass der Kopfkreisdurchmesser des Stirnzahnrads an dem Außendurchmesser des ersten Innenrings vorbeigeführt werden kann,
- • Axiales Aufschieben der Mehrzahl von in dem ersten Käfig gehaltenen ersten Kegelrollen auf den ersten Innenring,
- • Axiales Aufschieben des ersten Außenrings auf die ersten Kegelrollen.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass axiales Aufschieben einer Anbindungsstruktur auf den ersten Außenring
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Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass vor dem axialen Aufschieben des ersten Außenrings dieser drehfest mit der Anbindungsstruktur verbunden wird, so dass dieser mit der Anbindungsstruktur, beispielsweise ein Lagerschild oder ein Gehäusedeckel, montiert werden kann.
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Die Aufgabe der Erfindung kann ferner gelöst werden durch eine Wälzlageranordnung für einen elektrischen Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein erstes Kegelrollenlager, mit einem ersten Innenring, der drehfest an einem Ritzel fixierbar ist und einem ersten Außenring, welcher drehfest mit einer Anbindungsstruktur des Achsantriebsstrangs koppelbar ist, wobei radial zwischen dem ersten Innenring und dem ersten Außenring eine Mehrzahl von in einem ersten Käfig gehaltenen ersten Kegelrollen angeordnet sind, welche einerseits auf einer ersten kegelringförmigen Innenlaufbahn und anderseits auf einer ersten kegelringförmigen Außenlaufbahn wälzen, wobei an einer ersten Stirnseite des ersten Innenrings ein erster Innenringbord ausgebildet ist, während an einer zweiten Stirnseite des ersten Innenrings kein Innenringbord vorhanden ist und der erste Innenring einen Außendurchmesser besitzt, der einen radialen Überschneidungsbereich mit einem Kopfkreisdurchmesser eines mit dem Ritzel in Eingriff versetzbaren Stirnzahnrads aufweist.
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Schließlich kann die Aufgabe der Erfindung auch gelöst sein durch ein Kit-of-Parts zur Montage eines elektrischen Achsantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, umfassend
- • eine mit einer elektrischen Maschine drehmomentübertragend koppelbaren Getriebeanordnung,
- • und ein in einem Getriebegehäuse aufnehmbares Kegelrad-Differentialgetriebe mit einem Getriebekäfig, in welchem eine Mehrzahl von Differentialkegelrädern aufgenommen ist, und an einem äußeren Mantel des Getriebekäfigs ein Stirnzahnrad mit einem Kopfkreisdurchmesser drehfest angeordnet ist, dass mit einem durch die elektrische Maschine antreibbaren Ritzel in Eingriff gebracht werden kann,
- • eine Wälzlageranordnung mit einem ersten Kegelrollenlager, mit einem ersten Innenring, der drehfest an dem Ritzel angeordnet werden kann und einem ersten Außenring, welcher drehfest an einer Anbindungsstruktur des Achsantriebsstrangs fixierbar ist, und einer Mehrzahl von in einem ersten Käfig gehaltenen ersten Kegelrollen, die radial zwischen dem ersten Innenring und dem ersten Außenring positionierbar sind und welche einerseits auf einer ersten kegelringförmigen Innenlaufbahn und anderseits auf einer ersten kegelringförmigen Außenlaufbahn wälzen können, wobei eine erste Kegelspitze des ersten Innenrings in einer Montagerichtung des Kegelrad-Differentialgetriebes gerichtet ist und an einer ersten in Montagerichtung weisenden Stirnseite ein erster Innenringbord ausgebildet ist, während an einer zweiten von der Montagerichtung wegweisenden Stirnseite des ersten Innenrings kein Innenringbord vorhanden ist, und der erste Innenring einen Außendurchmesser besitzt, der im montierten Zustand des Kegelrad-Differentialgetriebes einen radialen Überschneidungsbereich mit dem Kopfkreisdurchmesser des Stirnzahnrads aufweist.
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Hierdurch können die zur Herstellung des Achsantriebsstrangs notwendigen Bauteile auf besonders konveniente Weise zur Verfügung gestellt werden. Das Kit-of-parts kann beispielsweise eine Verpackungseinheit sein. Ferner ist es möglich, das Kit-of-parts als eine Zusammenstellung von separaten Vorratsbehältnissen zur Bevorratung der einzelnen Bauteile bzw. der jeweiligen Bauteilgruppen des Kit-of-parts auszubilden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Achsantriebsstrang in einer schematischen Blockschaltdarstellung,
- 2 eine Detaildarstellung des Kegelrad-Differentialgetriebes und des Ritzels im montierten Zustand innerhalb des Getriebegehäuses in einer Axialschnittansicht,
- 3 ein dreiteiliges Kegelrollenlager im unmontierten Zustand in einer Axialschnittdarstellung,
- 4 eine Detaildarstellung des Kegelrad-Differentialgetriebes und des Ritzels in einem ersten Montagezustand während des Einsetzens in das Getriebegehäuse in einer Axialschnittansicht,
- 5 eine Detaildarstellung des Kegelrad-Differentialgetriebes und des Ritzels in einem zweiten Montagezustand während des Einsetzens in das Getriebegehäuse in einer Axialschnittansicht,
- 6 eine Detaildarstellung des Kegelrad-Differentialgetriebes und des Ritzels in einem dritten Montagezustand während des Einsetzens in das Getriebegehäuse in einer Axialschnittansicht,
- 7 eine Detaildarstellung des Kegelrad-Differentialgetriebes und des Ritzels in einem vierten Montagezustand während des Einsetzens in das Getriebegehäuse in einer Axialschnittansicht,
- 8 eine Detaildarstellung des Kegelrad-Differentialgetriebes und der Zwischenwelle während des vierten Montagezustands beim Einsetzen in das Getriebegehäuse in einer Axialschnittansicht,
- 9 ein Kit-of-parts in einer schematischen Blockschaltdarstellung.
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Die 1 zeigt einen elektrischen Achsantriebsstrang 1 eines Kraftfahrzeugs 2, umfassend eine elektrische Maschine 3 und eine mit der elektrischen Maschine 3 drehmomentübertragend gekoppelte Getriebeanordnung 4, wobei die Getriebeanordnung 4 ein Planetengetriebe 42 und ein einem Getriebegehäuse 40 aufgenommenes Kegelrad-Differentialgetriebe 5 mit einem Getriebekäfig 6 aufweist.
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Wie aus der 2 ersichtlich, ist in dem Getriebekäfig 6 eine Mehrzahl von Differentialkegelrädern 7 aufgenommen und an einem äußeren Mantel 8 des Getriebekäfigs 6 ein Stirnzahnrad 9 mit einem Kopfkreisdurchmesser 35 drehfest angeordnet, dass mit einem durch die elektrische Maschine 3 antreibbaren Ritzel 10 im Eingriff steht, welches am Ausgang des Planetengetriebes 42 angeordnet ist. Der Getriebekäfig 6 ist gegenüber dem Ritzel 10 mittels einer Wälzlageranordnung 11 drehbar gelagert.
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Die Wälzlageranordnung 11 umfasst ein erstes Kegelrollenlager 12, mit einem ersten Innenring 13, der drehfest an dem Ritzel 10 angeordnet ist und einem ersten Außenring 14, welcher drehfest an einer Anbindungsstruktur 15 des Achsantriebsstrangs 1 fixiert ist. Radial zwischen dem ersten Innenring 13 und dem ersten Außenring 14 sind eine Mehrzahl von in einem ersten Käfig 16 gehaltene erste Kegelrollen 17 angeordnet, welche einerseits auf einer ersten kegelringförmigen Innenlaufbahn 18 und anderseits auf einer ersten kegelringförmigen Außenlaufbahn 19 wälzen, was aus der Zusammenschau der 2 mit der 3 ersichtlich wird.
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Eine erste Kegelspitze 20 des ersten Innenrings 13 ist entgegen einer Montagerichtung 21 des Kegelrad-Differentialgetriebes 5 gerichtet. An einer ersten in Montagerichtung 21 weisenden Stirnseite 22 ist ein erster Innenringbord 23 ausgebildet, während an einer zweiten von der Montagerichtung 21 wegweisenden Stirnseite des ersten Innenrings 13 kein Innenringbord vorhanden ist. Der erste Innenring 13 besitzt einen Außendurchmesser 36, der einen radialen Überschneidungsbereich 37 mit dem Kopfkreisdurchmesser 35 des Stirnzahnrads 9 aufweist. Der 2 und der 3 ist auch gut entnehmbar, dass der erste Außenring 14 bordlos ausgeführt ist.
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Aus der 2 ist ferner ersichtlich, dass die Wälzlageranordnung 11 ein zweites Kegelrollenlager 43 umfasst, mittels dessen der Getriebekäfig 6 gegenüber der Anbindungsstruktur 15 drehbar gelagert ist. Das zweite Kegelrollenlager weist einen zweiten Innenring 24, der drehfest an dem Getriebekäfig 6 angeordnet ist und einem zweiten Außenring 25 auf, welcher drehfest an der Anbindungsstruktur 15 des Achsantriebsstrangs 1 fixiert ist. Radial zwischen dem zweiten Innenring 24 und dem zweiten Außenring 25 sind eine Mehrzahl von in einem zweiten Käfig gehaltene zweite Kegelrollen 27 angeordnet, welche einerseits auf einer zweiten kegelringförmigen Innenlaufbahn 28 und anderseits auf einer zweiten kegelringförmigen Außenlaufbahn 29 wälzen, wobei eine zweite Kegelspitze 30 des zweiten Innenrings 24 entgegen der Montagerichtung 21 des Kegelrad-Differentialgetriebes 5 gerichtet ist und an einer ersten in Montagerichtung 21 weisenden Stirnseite 31 ein erster Innenringbord 32 ausgebildet ist. Auch der zweite Außenring 25 ist bordlos ausgeführt. Die 2 zeigt des Weiteren, dass an einer zweiten von der Montagerichtung 21 wegweisenden Stirnseite des zweiten Innenrings 24 ein zweiter Innenringbord 34 vorhanden ist.
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Anhand der 4-8 wird ein Verfahren zur Montage des elektrischen Achsantriebsstrangs 1 des Kraftfahrzeugs 2, näher erläutert.
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Zunächst erfolgt die Bereitstellung einer elektrischen Maschine 3 und einer mit der elektrischen Maschine 3 drehmomentübertragend gekoppelte Getriebeanordnung 4, wobei die Getriebeanordnung 4 ein in einem Getriebegehäuse 40 aufnehmbares Kegelrad-Differentialgetriebe 5 mit einem Getriebekäfig 6 aufweist, in welchem eine Mehrzahl von Differentialkegelrädern 7 aufgenommen ist, und an einem äußeren Mantel 8 des Getriebekäfigs 6 ein Stirnzahnrad 9 mit einem Kopfkreisdurchmesser 35 drehfest angeordnet ist, dass mit einem durch die elektrische Maschine 3 antreibbaren Ritzel 10 in Eingriff gebracht werden kann.
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Ferner erfolgt auch eine Bereitstellung einer Wälzlageranordnung 11 mit einem ersten Kegelrollenlager 12, mit einem ersten Innenring 13, der drehfest an dem Ritzel 10 angeordnet werden kann und einem ersten Außenring 14, welcher drehfest an einer Anbindungsstruktur 15 des Achsantriebsstrangs 1 fixierbar ist, wobei radial zwischen dem ersten Innenring 13 und dem ersten Außenring 14 eine Mehrzahl von in einem ersten Käfig 16 gehaltene erste Kegelrollen 17 angeordnet sind, welche einerseits auf einer ersten kegelringförmigen Innenlaufbahn 18 und anderseits auf einer ersten kegelringförmigen Außenlaufbahn 19 wälzen, wobei eine erste Kegelspitze 20 des ersten Innenrings 13 in einer Montagerichtung 21 des Kegelrad-Differentialgetriebes 5 gerichtet ist und an einer ersten in Montagerichtung 21 weisenden Stirnseite 22 ein erster Innenringbord 23 ausgebildet ist, während an einer zweiten von der Montagerichtung 21 wegweisenden Stirnseite 22 des ersten Innenrings 13 kein Innenringbord vorhanden ist, und der erste Innenring 13 einen Außendurchmesser 36 besitzt, der im montierten Zustand des Kegelrad-Differentialgetriebes 5 einen radialen Überschneidungsbereich 37 mit dem Kopfkreisdurchmesser 35 des Stirnzahnrads 9 aufweist.
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Nach der Bereitstellung der oben genannten Bauteile, erfolgt sodann das Aufsetzen des ersten Innenrings 13 auf das Ritzel 10.
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Dann wird das axiale Einsetzen des Kegelrad-Differentialgetriebes 5 in das Getriebegehäuse 40 durchgeführt, wobei das Kegelrad-Differentialgetriebe 5 um einen Winkel zu seiner axialen Rotationsachse verkippt in das Getriebegehäuse 40 eingeschoben wird, so dass der Kopfkreisdurchmesser 35 des Stirnzahnrads 9 an dem Außendurchmesser 36 des ersten Innenrings 13 vorbeigeführt werden kann.
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Der dabei während der Montage des Kegelrad-Differentialgetriebes 5 vergleichsweise kleine Außendurchmesser 36 des an dem Ritzel 10 angeordneten ersten Innenrings 13 ermöglicht nun das „Einschwenken“ des Kegelrad-Differentialgetriebes 5. Das Einsetzen und „Einschwenken“ des Kegelrad-Differentialgetriebes 5 in das Getriebegehäuse 40 kann anhand der 4-8 gut nachvollzogen werden. Nach dem „Einschwenken“ und Einsetzen des Kegelrad-Differentialgetriebes 5 in das Getriebegehäuse 40 kann dann das Einsetzen des Käfigs 16 mit dem im Käfig 16 gehaltenen Kegelrollensatz und nachfolgend das axiale Aufschieben des ersten Außenrings 14 auf die ersten Kegelrollen 17 erfolgen.
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Anhand der 8 lässt sich ein weiterer Vorteil der Erfindung erläutern. Wie man anhand der 8 erkennt, wird der Getriebekäfig 6 des Kegelrad-Differentialgetriebes 5 in Montagerichtung 21 gegen eine Zwischenwelle 44 geschoben, wobei an dieser Kopplungsstelle sowohl der Getriebekäfig 6 als auch die Zwischenwelle 44 an einer Dichtung 45 anliegen. Beim Einschieben des Getriebekäfigs 6 in die Dichtung 45 kann diese bei zu großen Einschwenkwinkeln leicht beschädigt werden, wobei diese Gefahr bei möglichst kleinen Einschwenkwinkeln, wie sie durch die Erfindung ermöglicht werden, verhindert werden kann.
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Hiernach kann dann beispielsweise ein axiales Aufschieben einer Anbindungsstruktur 15 auf den ersten Außenring 14 durchgeführt werden. Hierbei ist es denkbar, dass vor dem axialen Aufschieben des ersten Außenrings 14 dieser drehfest mit der Anbindungsstruktur 15 verbunden wird.
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Schließlich zeigt die 9 ein Kit-of-Parts 41 zur Montage eines elektrischen Achsantriebsstrangs 1 eines Kraftfahrzeugs 2, umfassend
- • eine mit einer elektrischen Maschine 3 drehmomentübertragend koppelbaren Getriebeanordnung 4,
- • und ein in einem Getriebegehäuse 40 aufnehmbares Kegelrad-Differentialgetriebe 5 mit einem Getriebekäfig 6, in welchem eine Mehrzahl von Differentialkegelrädern 7 aufgenommen ist, und an einem äußeren Mantel 8 des Getriebekäfigs 6 ein Stirnzahnrad 9 mit einem Kopfkreisdurchmesser 35 drehfest angeordnet ist, dass mit einem durch die elektrische Maschine 3 antreibbaren Ritzel 10 in Eingriff gebracht werden kann,
- • eine Wälzlageranordnung 11 mit einem ersten Kegelrollenlager 12, mit einem ersten Innenring 13, der drehfest an dem Ritzel 10 angeordnet werden kann und einem ersten Außenring 14, welcher drehfest an einer Anbindungsstruktur 15 des Achsantriebsstrangs 1 fixierbar ist, und einer Mehrzahl von in einem ersten Käfig 16 gehaltenen ersten Kegelrollen 17, die radial zwischen dem ersten Innenring 13 und dem ersten Außenring 14 positionierbar sind und welche einerseits auf einer ersten kegelringförmigen Innenlaufbahn 18 und anderseits auf einer ersten kegelringförmigen Außenlaufbahn 19 wälzen können, wobei eine erste Kegelspitze 20 des ersten Innenrings 13 in einer Montagerichtung 21 des Kegelrad-Differentialgetriebes 5 gerichtet ist und an einer ersten in Montagerichtung 21 weisenden Stirnseite 22 ein erster Innenringbord 23 ausgebildet ist, während an einer zweiten von der Montagerichtung 21 wegweisenden Stirnseite 22 des ersten Innenrings 13 kein Innenringbord vorhanden ist, und der erste Innenring 13 einen Außendurchmesser 36 besitzt, der im montierten Zustand des Kegelrad-Differentialgetriebes 5 einen radialen Überschneidungsbereich 37 mit dem Kopfkreisdurchmesser 35 des Stirnzahnrads 9 aufweist.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Achsantriebsstrang
- 2
- Kraftfahrzeug
- 3
- elektrische Maschine
- 4
- Getriebeanordnung
- 5
- Kegelrad-Differentialgetriebe
- 6
- Getriebekäfig
- 7
- Differentialkegelräder
- 8
- Mantel
- 9
- Stirnzahnrad
- 10
- Ritzel
- 11
- Wälzlageranordnung
- 12
- Kegelrollenlager
- 13
- Innenring
- 14
- Außenring
- 15
- Anbindungsstruktur
- 16
- Käfig
- 17
- Kegelrollen
- 18
- Innenlaufbahn
- 19
- Außenlaufbahn
- 20
- Kegelspitze
- 21
- Montagerichtung
- 22
- Stirnseite
- 23
- Innenringbord
- 24
- Innenring
- 25
- Außenring
- 27
- Kegelrollen
- 28
- Innenlaufbahn
- 29
- Außenlaufbahn
- 30
- Kegelspitze
- 31
- Stirnseite
- 32
- Innenringbord
- 34
- Innenringbord
- 35
- Kopfkreisdurchmesser
- 36
- Außendurchmesser
- 37
- Überschneidungsbereich
- 40
- Getriebegehäuse
- 41
- Kit-of-Parts
- 42
- Planetengetriebe
- 43
- Kegelrollenlager
- 44
- Zwischenwelle
- 45
- Dichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010048837 A1 [0004]
- EP 1472475 B1 [0005]
