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Die
Erfindung betrifft ein Planetengetriebe, insbesondere eines KFZ-Getriebeautomaten,
mit einem Planetenradträger,
der mehrere Planetenräder aufweist,
die jeweils über
ein in einer zentralen Lagerbohrung des betreffenden Planetenrades
angeordnetes käfigloses
Wälzlager
auf einer fest mit dem Planetenradträger verbundenen Lagerachse
drehbar gelagert sind, wobei jeweils die Außenzylinderwand der Lagerachsen
als Innenlauffläche
und die Innenzylinderwand der Lagerbohrungen der Planetenräder als
Außenlauffläche der
Wälzkörper des
zugeordneten Wälzlagers
ausgebildet sind, zur axialen Führung und
Lagerung der Planetenräder
und der Wälzkörper axial
beidseitig zwischen den Planetenrädern und dem Planetenradträger sowie
zwischen den Wälzkörpern und
dem Planetenradträger
jeweils zumindest eine Anlaufscheibe angeordnet ist, und eine Zuführung von
Schmieröl
in die Wälzkörperräume der Wälzlager
vorgesehen ist.
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Planetengetriebe
sind in unterschiedlicher Ausführung
und Anordnung bekannt und werden wegen ihrer bauartbedingt kompakten
Bauweise und relativ einfachen Steuerbarkeit des Wechsels der wirksamen Übersetzungsstufe
und einer Drehrichtungsumkehr der Getriebeausgangswelle bevorzugt
in KFZ-Getriebeautomaten verwendet. Das Planetengetriebe weist mindestens
einen Planetenradträger auf,
der mit mehreren umfangsseitig verteilt angeordneten Planetenrädern versehen
ist, die auf zugeordneten Lagerachsen drehbar gelagert sind, wobei
zur radialen Lagerung zumeist Wälzlager
in Form von Zylinderrollen- oder Nadellagern verwendet werden. Die
Wälzlager
können
eine Käfigführung aufweisen oder
zur Unterbringung von mehr Wälzkörpern und zur
Vereinfachung der Montage käfiglos
ausgeführt sein.
Zur Einsparung von radialem Bauraum und zur weiteren Vereinfachung
der Montage weisen die Wälzlager
häufig
keine speziellen Lagerinnen- und -außenringe auf, sondern die Außenzylinderwände der
Lagerachsen und die Innenzylinderwände der Lagerbohrungen der
Planetenräder
sind durch entsprechende Feinbearbeitung und Härtung als Innen- bzw. Außenlaufflächen der
Wälzkörper der
Wälzlager ausgebildet.
Zur axialen Führung
und Lagerung der Planetenräder
auf den Lagerachsen, die insbesondere bei der üblichen Verwendung von schrägverzahnten
Planetenrädern
von erhöhter
Bedeutung ist, sind meistens axial beidseitig der Planetenräder jeweils eine
Anlaufscheibe zwischen dem betreffenden Planetenrad und einem festen
Bestandteil, wie z.B. einem Trägerarm,
einem Anlaufbund, oder einem Lagerdeckel, des Planetenradträgers angeordnet,
wobei zur Reduzierung von Reibung und Verschleiß zwischen den Stirnwänden der
Anlaufscheiben und der zumeist aus gehärtetem Stahl gefertigten Planetenräder zumeist
Anlaufscheiben aus einem Gleitlagermetall oder aus einem harten
Trägermaterial
mit einer entsprechenden Beschichtung verwendet werden. Bei käfiglosen
Wälzlagern
ist zusätzlich
eine axiale Führung
und Lagerung der Wälzkörper erforderlich,
wobei im Gegensatz zu der axialen Lagerung der Planetenräder aufgrund
der hohen Flächenpressung,
die sich inbesondere bei endseitig kegelig oder rund zugespitzten
Wälzkörpern ergibt,
eine Anlaufscheibe mit hoher Oberflächenhärte, z.B. in Form einer gehärteten Stahlscheibe,
erforderlich ist. Es ist somit schwierig, die axiale Führung und
Lagerung der Planetenräder
und der Wälzkörper jeweils
mit einer einzigen Anlaufscheibe zu bewerkstelligen. Zur Schmierung
und Kühlung
der Wälzlager
ist in der Regel eine Zu- und Abführung von Schmieröl in bzw. aus
den Wälzkörperräumen der
Wälzlager
vorgesehen, wobei die Schmierölversorgung
durch einen Anschluß der
Wälzkörperräume mittels Ölkanälen an eine
Druckumlaufschmierung aktiv oder durch entsprechende Öffnungen
zum Eindringen von Spritzöl passiv
ausgebildet sein kann.
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In
der
US 5 795 258 wird
zur axialen Lagerung der Planetenräder und der Wälzkörper eines
zugeordneten käfiglosen
Nadellagers eines Planetengetriebes jeweils von einer einzigen Anlaufscheibe ausgegangen,
die als Stahlscheibe ausgebildet ist und zumindest auf der dem Planetenrad
und dem Nadellager zugewandten Stirnseite mit Ölnuten bzw. Vertiefungen versehen
ist, durch die einerseits das in dem Wälzkörperraum befindliche Schmieröl zur Verbesserung
der Lagerkühlung
besser abgeführt
und andererseits zur Schmierung der Reibflächen des Planetenrades und
der Anlaufscheibe in den Zwischenraum der Reibflächen transportiert werden kann.
Nachteilig ist jedoch die trotz der Ölschmierung ungünstige Reibwerkstoffpaarung
zwischen dem gehärteten
Stahl des Planetenrades und dem gehärteten Stahl der Anlaufscheibe.
Des weiteren besteht über
die gemeinsame Anlaufscheibe eine ungünstige Koppelung der unterschiedlichen
Umlauf-Drehgeschwindigkeiten
des Planetenrades und der Wälzkörper des
Nadellagers.
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Aus
der
DE 197 06 686
A1 , in der im wesentlichen eine Art kardanischer Lagerung
der Planetenräder
auf den zugeordneten Lagerachsen des Planetenradträgers zum
Ausgleich von fertigungs- und/oder belastungsbedingten Fluchtungsabweichungen
vorgeschlagen wird, ist in einer Ausführung mit käfiglosen Nadellagern die Verwendung
von jeweils einer axial äußeren Anlaufscheibe
aus einem Gleitlagerwerkstoff zur axialen Lagerung des betreffenden
Planetenrades und einer separaten axial inneren Anlaufscheibe zur
axialen Lagerung der Wälzkörper des
zugeordneten Nadellagers bekannt. Die äußeren Anlaufscheiben sind jedoch
nachteilig an dem Planetenradträger
drehfest angeordnet, so dass die Drehung der Planetenräder jeweils
nur über
die axial innere Reibflächenpaarung
des Planetenrades und der Anlaufscheibe aufgenommen bzw. ausgeglichen
wird. Des weiteren füllen
die inneren Anlaufscheiben jeweils den Ringspalt zwischen dem kardanisch
auf der zugeordneten Lagerachse gelagerten Innenlaufring des Nadellagers
und der zentralen Lagerbohrung des Planetenrades fast vollständig aus, so
dass die Zu- und Abführung
von Schmieröl
in bzw. aus dem Wälzkörperraum
behindert ist.
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Es
ist daher das Problem der vorliegenden Erfindung, für ein Planetengetriebe
der eingangs genannten Art eine reibungs- und verschleißtechnisch verbesserte
und zugleich kostengünstige
und platzsparende Axiallagerung der Planetenräder und der Wälzkörper der
zugeordneten käfiglosen
Wälzlager anzugeben.
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Das
Problem wird erfindungsgemäß in Verbindung
mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass axial beidseitig der
Planetenräder jeweils
eine Lagermetallscheibe als Anlaufscheibe des betreffenden Planetenrades
angeordnet ist, die durch ein entsprechendes Durchmesserübermaß der Innenbohrung
drehbar auf der zugeordneten Lagerachse gelagert ist, dass axial
beidseitig der Wälzlager,
axial innerhalb der Lagermetallscheiben, und radial innerhalb der
Lagerbohrungen der Planetenräder jeweils
eine Hartmetallscheibe als Anlaufscheibe der Wälzkörper des betreffenden Wälzlagers
angeordnet ist, die durch ein entsprechendes Durchmesserübermaß der Innenbohrung
drehbar auf der zugeordneten Lagerachse und durch ein entsprechendes Durchmesseruntermaß des Außenumfangs
drehbar gegenüber
dem betreffenden Planetenrad gelagert ist, und dass die Hartmetallscheiben
jeweils eine Durchlassöffnung
zur Ableitung von Schmieröl
aus dem jeweiligen Wälzkörperraum
in den Gleitspalt zwischen der Lagermetallscheibe und dem Planetenrad
aufweisen.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Planetengetriebes sind
in den Unteransprüchen
2 bis 10 angegeben.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausbildung und
Anordnung der Anlaufscheiben ist jeweils eine optimale Werkstoffpaarung
zwischen den Reibungsflächen
der betreffenden Bauteile, d.h. zwischen den Stirnseiten des jeweiligen
Planetenrades und den axial beidseitig angeordneten Lagermetallscheiben und
zwischen den Wälzkörpern des
jeweiligen Wälzlagers
und den axial beidseitig angeordneten Hartmetallscheiben gegeben.
Die Lagermetallscheiben können
aus einem Gleitlagerwerkstoff, wie z.B. Bronze, bestehen oder mit
diesem beschichtet sein. Bei den Hartmetallscheiben kann es sich
beispielsweise um gehärtete
Stahlscheiben handeln. Die Drehbewegung der Planetenräder und
die Umlaufgeschwindigkeit der Wälzkörper relativ
zu dem Planetenradträger wird
demzufolge vorteilhaft jeweils über
zwei bzw. sogar drei Reibflächenpaarungen
abgebaut bzw. ausgeglichen. Durch die Verwendung der separaten Hartmetallscheiben
und ihrer drehbaren Anordnung gegenüber dem jeweiligen Planetenrad
wird darüber hinaus
eine weitgehende Entkoppelung der Drehbewegung der Planetenräder von
der Umlaufbewegung der Wälzkörper um
die zugeordnete Lagerachse erreicht. Durch die Ableitung von Schmieröl durch
die Durchlassöffnung
der Hartmetallscheibe aus dem Wälzkörperraum
in den Gleitspalt zwischen der Lagermetallscheibe und dem Planetenrad
wird die dort auftretende Reibung und ein damit verbundener Verschleiß weiter
reduziert. Somit ergibt sich bei kompakter und kostengünstiger
Bauweise eine deutliche Verbesserung des Betriebsverhaltens und
der Lebensdauer der Planetenradlagerung und damit des gesamten Planetengetriebes.
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Die
Durchlassöffnung
der Hartmetallscheibe kann auf einfache Weise durch eine Verkleinerung des
Außendurchmessers
der Hartmetallscheibe erreicht werden, wodurch die Durchlassöffnung sich
als Ringspalt zwischen der Innenzylinderwand der Lagerbohrung des
betreffenden Planetenrades und dem Außenumfang der Hartmetallscheibe
ergibt. Es ist aber auch möglich,
die Durchlassöffnung
als eine Ausnehmung am Außenumfang
der Hartmetallscheibe auszubilden, die z.B. mit rundem, V-förmigem, oder
rechteckigem Querschnitt preisgünstig
durch Ausstanzen herstellbar ist. Um Schmieröl aus dem Wälzkörperraum auch gezielt in den
Gleitspalt zwischen der Hartmetallscheibe und der Lagermetallscheibe
zu leiten, wird ausschließlich
oder zusätzlich zu
den vorgenannten, am Außenumfang
der Hartmetallscheibe angeordneten Durchlassöffnungen zweckmäßig eine
Durchlassöffnung
in Form einer Ausnehmung am Innenumfang der Hartmetallscheibe angeordnet.
In den beiden letztgenannten Fällen können jeweils
auch mehrere Ausnehmungen vorgesehen sein, die umfangsseitig gleichmäßig oder
ungleichmäßig über den
Außen-
bzw. Innenumfang der Hartmetallscheibe verteilt angeordnet sind.
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In
einer bevorzugten Ausführung
des Planetengetriebes ist zumindest die dem zugeordneten Planetenrad
zugewandte Innenseite der Lagermetallscheibe mit einer Ölnut zur
Aufnahme und Ableitung des Schmieröls versehen. Um Schwierigkeiten
bei der Montage, insbesondere eine Falschmontage, zu vermeiden,
ist es jedoch zweckmäßig, eine
derartige Ölnut
beidseitig an der Lagermetallscheibe anzuordnen. Durch die Ölnut wird
der Transport des Schmieröls
in den Gleitspalt zwischen der Lagermetallscheibe und der betreffenden
Stirnseite des Planetenrades erleichtert und somit die Schmierung
der betreffenden Reibflächen
verbessert. Die Ölnut
kann im wesentlichen radial ausgerichtet sein, d.h. exakt radial
oder umfangsseitig leicht geneigt angeordnet sein. Es können auch
mehrere derartige Ölnuten
vorgesehen sein, die umfangsseitig gleichmäßig oder ungleichmäßig über die
Innenseite der Lagermetallscheibe verteilt angeordnet sind. Um eine
optimale Verteilung des Schmieröls
in dem Gleitspalt bzw. auf den Reibflächen zu erreichen, ist in einer
vorteilhaften Ausführung
vorgesehen, dass eine einzige Ölnut spiralförmig von
radial innen nach radial außen
verlaufend ausgebildet ist. Um ein zu schnelles Abfließen des
Schmieröls
aus dem Gleitspalt und damit eine unzureichende Schmierung der betreffenden Reibflächen zu
verhindern, ist zweckmäßig auf
der Innenseite der Lagermetallscheibe in der Nähe des Außenumfangs eine Ringnut angeordnet,
in der die Ölnut
einmündet
bzw. die Ölnuten
einmünden.
Die weitere Ölableitung
nach außen
erfolgt dann, entsprechend gedrosselt, über den äußeren Gleitspalt zwischen der
Lagermetallscheibe und der betreffenden Stirnseite des Planetenrades.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen
Beschreibung und den beigefügten
Zeichnungen, die beispielhaft zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Plantengetriebes
dienen.
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Hierzu
zeigen:
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1 Einen Ausschnitt eines
Planetenradträgers
mit einem Planetenrad in einem Längsschnitt,
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2a, 2b eine erste und eine zweite Ausführung einer
Hartmetallscheibe des Planetenradträgers nach 1, und
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3a, 3b eine erste und eine zweite Ausführung einer
Lagermetallscheibe des Planetenradträgers nach 1.
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Ein
Planetenradträger 1,
der in 1 ausschnittsweise
dargestellt ist, weist mehrere umfangsseitig verteilt angeordnete
zylindrische Lagerachsen 2 auf, von denen vorliegend aber
nur eine abgebildet ist. Auf der Lagerachse 2 ist ein Planetenrad 3 mit
einer zentralen Lagerbohrung 4 mittels eines Wälzlagers 5 mit
mehreren Wälzkörpern 6 drehbar
gelagert, wobei das Wälzlager 5 käfiglos ausgeführt ist
und die Außenzylinderwand 7 der
Lagerachse 2 als Innenlauffläche 8 und die Innenzylinderwand 9 der
Lagerbohrung 4 als Außenlauffläche 10 der
Wälzkörper 6 des
Wälzlagers 5 ausgebildet
ist. Axial beidseitig des Planetenrades 3 ist jeweils eine
Lagermetallscheibe 11 als Anlaufscheibe 12 des
Planetenrades 3 gegenüber dem
Planetenradträger 1 angeordnet.
Durch ein entsprechendes Durchmesserübermaß 13 der Innenbohrung 14 sind
die Lagermetallscheiben 11 jeweils drehbar auf der Lagerachse 2 gelagert.
Axial beidseitig des Wälzlagers 5,
axial innerhalb der Lagermetallscheiben 11, und radial
innerhalb der Lagerbohrung 4 des Planetenrades 3 ist
jeweils eine Hartmetallscheibe 15 als Anlaufscheibe 16 der
Wälzkörper 6 gegenüber der
benachbarten Lagermetallscheibe 11 und dem Planetenradträger 1 angeordnet.
Durch ein entsprechendes Durchmesserübermaß 17 der Innenbohrung 18 sind
die Hartmetallscheiben 15 jeweils drehbar auf der Lagerachse 2 und
durch ein entsprechendes Durchmesseruntermaß 19 des Außenumfangs 20 jeweils
drehbar gegenüber
dem Planetenrad 3 gelagert. Über Ölbohrungen 21 in der
Lagerachse 2 erfolgt eine Zuführung von Schmieröl in den
Wälzkörperaum 22 des
Wälzlagers 5.
Die Hartmetallscheiben 15 weisen jeweils eine Durchlassöffnung 23 zur
Ableitung von Schmieröl
aus dem Wälzkörperraum 22 in
den Gleitspalt 24 zwischen der Lagermetallscheibe 11 und
dem Planetenrad 3 auf.
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Durch
die Verwendung separater Anlaufscheiben 12, 16 mit
unterschiedlichen Oberflächenhärten und
Gleitreibungseigenschaften ist jeweils eine optimale Werkstoffpaarung
zwischen den Reibungsflächen
der betreffenden Bauteile, d.h. zwischen den Stirnseiten 25 des
Planetenrades 3 und den Lagermetallscheiben 11 einerseits
und zwischen den Wälzkörpern 6 des
Wälzlagers 5 und
den Hartmetallscheiben 15 andererseits gegeben. Da die
Anlaufscheiben 12, 16 sowohl gegenüber dem
Planetenradträger 1 als
auch gegeneinander drehbar gelagert sind, ergibt sich jeweils ein
optimaler Abbau bzw. Ausgleich der verschiedenen Dreh- bzw. Umlaufgeschwindigkeiten
des Planetenrades 3 und der Wälzkörper 6 über mehrere
Reibflächenpaarungen
und eine weitgehende Entkoppelung dieser Bewegungen. Durch die gezielte
Ableitung von Schmieröl durch
die Durchlassöftnung 23 der
Hartmetallscheiben 15 aus dem Wälzkörperraum 22 in den
Gleitspalt 24 zwischen der Lagermetallscheibe 11 und
dem Planetenrad 3 wird die dort auftretende Reibung und
ein damit verbundener Verschleiß deutlich
reduziert. Die erfindungsgemäße Axiallagerung
der Planetenräder 3 und
der Wälzkörper 6 des
Wälzlagers 5 stellt
somit eine reibungs- und verschleißtechnisch optimierte und zugleich
kostengünstige
und platzsparende Lösung
dar.
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In
einer ersten Ausführung
der Hartmetallscheibe 15 nach 2a ergibt sich die Durchlassöftnung 23 in
einfacher Weise durch einen verkleinerten Außendurchmesser 26 der
Hartmetallscheibe 15 in Form des dadurch gebildeten Ringspaltes 27 zwischen
der Innenzylinderwand 9 der Lagerbohrung 4 des
Planetenrades 3 und dem Außenumfang 20 der Hartmetallscheibe 15.
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In
einer zweiten Ausführung
der Hartmetallscheibe 15' nach 2b sind mehrere Durchlassöffnungen 23' in Form von
runden Ausnehmungen 28 ausgebildet, die gleichmäßig am Außenumfang 20 der
Hartmetallscheibe 15' verteilt
angeordnet sind. Zusätzlich
sind auch am Innenumfang 29 der Hartmetallscheibe 15' mehrere Durchlassöffnungen 30 in Form
von runden Ausnehmungen 31 Bleichverteilt, jedoch zur Vermeidung
einer zu starken Schwächung der
Hartmetallscheibe 15' umfangsseitig
versetzt zu den äußeren Ausnehmungen 28,
angeordnet, wodurch Schmieröl
auch gezielt in den Gleitspalt zwischen der Hartmetallscheibe 15' und der Lagermetallscheibe 11 geleitet
wird.
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In
einer ersten Ausführung
der Lagermetallscheibe 11 nach 3a weist diese auf der dem Planetenrad 3 zugewandten
Innenseite 32 mehrere umfangsseitig gleichmäßig verteilte
radiale Ölnuten 33 zur
Aufnahme und Ableitung des Schmieröls auf. Zur Begrenzung des Ölabflusses
enden diese Ölnuten 33 jedoch
nicht am Außenumfang 34 der
Lagermetallscheibe 11, sondern münden in eine in der Nähe des Außenumfangs 34 angeordnete
Ringnut 35 ein. Der weitere Ölabfluss erfolgt entsprechend
gedrosselt durch den radial äußeren Abschnitt
des Gleitspaltes 24 zwischen der Lagermetallscheibe 11 und
dem Planetenrad 3.
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In
einer zweiten Ausführung
der Lagermetallscheibe 11' nach 3b ist eine einzige Ölnut 33' vorgesehen,
die auf der Innenseite 32 der Lagermetallscheibe 11' spiralförmig von
radial innen nach radial außen
verlaufend angeordnet ist, wodurch eine optimale Verteilung des
Schmieröls
in dem Gleitspalt 24 zwischen der Lagermetallscheibe 11' und dem Planetenrad 3 bei
gleichzeitiger Drosselung des Ölabflusses
erreicht wird.
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- 1
- Planetenradträger
- 2
- Lagerachse
- 3
- Planetenrad
- 4
- Lagerbohrung
- 5
- Wälzlager
- 6
- Wälzkörper
- 7
- Außenzylinderwand
- 8
- Innenlauffläche
- 9
- Innenzylinderwand
- 10
- Außenlauffläche
- 11
- Lagermetallscheibe
- 11'
- Lagermetallscheibe
- 12
- Anlaufscheibe
- 13
- Durchmesserübermaß
- 14
- Innenbohrung
- 15
- Hartmetallscheibe
- 15'
- Hartmetallscheibe
- 16
- Anlaufscheibe
- 17
- Durchmesserübermaß
- 18
- Innenbohrung
- 19
- Durchmesseruntermaß
- 20
- Außenumfang
- 21
- Ölbohrung
- 22
- Wälzkörperraum
- 23
- Durchlassöffnung
- 23'
- Durchlassöffnung
- 24
- Gleitspalt
- 25
- Stirnseite
- 26
- Außendurchmesser
- 27
- Ringspalt
- 28
- Ausnehmung
- 29
- Innenumfang
- 30
- Durchlassöffnung
- 31
- Ausnehmung
- 32
- Innenseite
- 33
- Ölnut
- 33'
- Ölnut
- 34
- Außenumfang
- 35
- Ringnut