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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung mit wenigstens einem aus Teilzahnrädern zusammengesetzten Zahnrad, mit zumindest einem Wälzlager und mit wenigstens einer Getriebewelle, wobei das Zahnrad mit dem Wälzlager um eine Symmetrieachse der Getriebewelle rotierbar angeordnet ist, und wobei die Teilzahnräder jeweils eine eigenen Verzahnung aufweisen und das Wälzlager mit wenigstens einer ersten Reihe Wälzkörper versehen ist, wobei die Wälzkörper der ersten Reihe im Wälzkontakt mit dem Zahnrad stehen.
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Hintergrund der Erfindung
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DE 33 19 142 A1 zeigt ein Kugellager mit einem Außenring und einem zweiteiligen Innenring. Der Außenring weist eine Kugelrille mit der Außenlaufbahn für die Kugeln auf. Der Innenring ist zweiteilig ausgebildet. Jeder Teil des Innenrings weist anteilig die innere Kugellaufbahn auf. Die Teile des Innenrings werden über eine formschlüssige Verbindung axial miteinander verbunden und bilden gemeinsam eine Kugelrille mit der Innenlaufbahn des Kugellagers.
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DE 470702 A zeigt ein Fahrzeuggetriebe mit einem Planetentrieb. Der Planetentrieb weist ein Doppelzahnrad auf, das aus einem Hohlrad mit Innenverzahnung und aus einem separaten Stirnrad mit Außenverzahnung gebildet ist. Das Stirnrad sitzt auf einer Nabe des Hohlrades. Das Doppelzahnrad ist mit einem zweireihigen Kugellager an einem Getriebegehäuse gelagert.
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DE 2041353 A1 zeigt ein Getriebe, in dem ein Doppelzahnrad mittels einer kombinierten Radial-Axiallagerung auf einer Getriebewelle gelagert ist. Das Doppelzahnrad besteht aus zwei Teilzahnrädern. Das eine Teilzahnrad ist mit einer Nabe versehen. Auf die Nabe ist das andere Teilzahnrad aufgeschoben. Die kombinierte Lagerung ist ein mehrreihiges Wälzlager und ist aus einem Radiallager pro Teilzahnrad und einem Axiallager für das Doppelzahnrad gebildet. Die Radiallager sind Nadellager, deren jeweilige Wälzlaufbahn innen direkt an der Nabe und außen auf der Getriebewelle ausgebildet sind. Das Axiallager ist ein Nadelkranz mit einer Laufscheibe. Die Laufscheibe ist an der Umgebungskonstruktion abgestützt und weist eine axiale Wälzlaufbahn des Nadelkranzes auf. Die andere Wälzlaufbahn des Axiallagers ist an der Oberfläche des Doppelzahnrades direkt ausgebildet.
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FR 1,520,748 A zeigt die Lagerung eines Doppelzahnrades auf einer Getriebewelle mittels eines kombinierten Radial-Axiallagers. Das Doppelzahnrad ist einteilig aus zwei unterschiedlichen Verzahnungen gebildet. Das kombinierte Radial-Axiallager ist aus zwei Reihen Nadeln und einer Reihe Kugeln gebildet. Jede der Reihen Nadeln ist ein Radiallager und stützt radial eine der Verzahnungen. Die Reihe Kugeln ist axial zwischen den Reihen Nadeln angeordnet und stützt radial aber auch axial. Dazu weist das Axiallager eine Kugelrille in dem Doppelzahnrad und eine Kugelrille in der Getriebewelle auf. An den Kugelrillen sind die Laufbahnen der Kugeln ausgebildet. Das Doppelzahnrad und die Getriebewelle sind auch direkt mit den Wälzlaufbahnen der Nadellager versehen.
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DE 1 072 846 A zeigt ein kombiniertes Wälzlager für beliebige Anwendungen, das radiale und auch hohe axiale Kräfte aufnehmen kann. Das kombinierte Wälzlager ist wahlweise aus einem oder aus zwei Nadellagern gebildet und weist ein Kugellager auf. Dem jeweiligen Nadellager ist eine Reihe Nadeln und ein Innenring und ein Außenring zugeordnet. Das oder die Nadellager sind in der Lage, radiale Belastungen aufzunehmen. Die axialen Belastungen werden durch das Kugellager aufgenommen, das als Vierpunktlager ausgebildet ist. Das Vierpunktlager ist jeweils mit zwei Außenringen und zwei Innenringen versehen. An demjenigen der in
DE 1 072 846 A gezeigten kombinierten Wälzlager, das nur ein Nadellager aufweist, ist das Kugellager axial an einer Seite benachbart zu dem Nadellager angeordnet. Dabei ist einer der Außenringe des Kugellagers axial an dem Außenring des Nadellagers abgestützt. Auf der gleichen Seite liegt einer der Innenringe des Kugellagers axial an dem Innenring des Nadellagers an. In dem in
DE 1 072 846 A gezeigten kombinierten Lager mit zwei Nadellagern ist das Kugellager axial zwischen den beiden Nadellagern angeordnet. Es ist zu jeder Seite hin mit jeweils einem Außenring an dem Außenring und mit einem Innenring an dem Innenring des benachbarten Nadellagers abgestützt.
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US2045011 A zeigt ein Getriebe, in dem zwei Zahnräder jeweils zwei unterschiedliche Verzahnungen aufweisen. Jedes der Zahnräder ist mit gegeneinander angestellten Schrägkugellagern gelagert. Die Schrägkugellager sitzen jeweils mit einem Innenring auf der Getriebewelle und mit einem Außenring im Zahnrad.
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DE707891 A zeigt die Lagerung eines als Doppelzahnrad ausgebildeten Getrieberades auf einer Getriebewelle eines Fahrzeuggetriebes. Das Doppelzahnrad ist einteilig ausgebildet und mit zwei unterschiedlichen Verzahnungen versehen. Die Lagerung erfolgt mittels zwei gegeneinander angestellten Schrägkugellagern. Jedes der Schrägkugellager ist mit einer Reihe Kugeln versehen und weist einen Innenring mit einer Laufbahn für die entsprechende Reihe Kugeln auf. Die Außenlaufbahn des jeweiligen Schrägkugellagers ist direkt an dem Doppelzahnrad ausgebildet. Die Innenringe sitzen zunächst verschiebbar auf der Getriebewelle und sind axial über eine elastische Hülse axial aneinander abgestützt. Der eine Innenring liegt axial an einer Wellenschulter der Getriebewelle an. Dieser eine Innenring wird bei der Montage des Doppelzahnrades axial in Richtung des gegenüberliegenden anderen Schrägkugellagers verschoben, das sich axial an der Wellenschulter der Getriebewelle abstützt. Dabei stützen sich die Kugeln der Schrägkugellager außen an den Laufbahnen am Doppelzahnrad ab. Die elastische Hülse wird dabei axial solange vorgespannt, bis die erforderliche Vorspannung in der Lageranordnung erreicht ist. Dann wird der eine Innenring auf der Welle axial festgelegt. Die Vorspannung wird über die elastische Hülse und die Elastizität der Lageranordnung gehalten.
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Beschreibung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Getriebevorrichtung mit einem kombinierten Wälzlager zu schaffen, die einfach aufgebaut ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine derartige Getriebevorrichtung in einem Planetengetriebe zu schaffen, dessen Wälzlager sowohl radiale als auch axiale Kräfte aufnehmen kann.
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Die Aufgabe ist nach dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Erfindung sieht vor, dass die Wälzkörper der ersten Reihe mit beiden Teilzahnrädern in zumindest einem Wälzkontakt stehen. Die jeweilige Wälzlaufbahn der Wälzkörper ist eine ring-kreislinienförmige oder ring-flächenförmige Kontaktzone für den Wälzkontakt der Wälzkörper mit dem jeweiligen Getriebeelement. In dem Fall heißt das, dass jeweils eine gehärtete Oberfläche jedes der Teilzahnräder zumindest partiell als Wälzlaufbahn ausgebildet ist. Mit einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kontaktzonen in einer Ringnut ausgebildet sind.
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Unter Wälzlager ist ein Lager zu verstehen, das Wälzkörper in Form von Kugeln und/oder Rollen bzw. Nadeln aufweist. Das Wälzlager ist ein- oder mehrreihig, d.h. aus einer oder aus wenigstens zwei Reihen Wälzkörpern vom gleichen Typ und/oder aus sich vom Typ und den Abmessungen her unterscheidenden Wälzkörpern gebildet. Eine Reihe ist aus mehreren in Umfangsrichtung um die Getriebewelle benachbarten Wälzkörpern gebildet. Eine Reihe Wälzkörper des mehrreihige Wälzlagers besteht aus Kugeln. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das kombinierte Wälzlager zumindest eine weitere Reihe Nadeln aufweist. Nadeln sind Rollen, deren Verhältnis von Länge zu Durchmesser zumindest größer als der Zahlenwert 2 ist.
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Das Zahnrad, das aus wenigstens zwei separaten Teilzahnrädern zu einem Doppelzahnrad zusammengesetzt ist, kann auch ein Planetenrad, z.B. in der Ausführung eines Stufenplaneten, sein. Die Teilzahnräder sind durch Formschluss und/oder Stoffschluss miteinander verbunden. Presssitze sind denkbare Verbindungen der Teilzahnräder. So sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, dass eines der Teilzahnräder auf einen Abschnitt des anderen Teilzahnrades sitzt und das dementsprechend auf diesen Abschnitt aufgepresst sein kann.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich zwischen den beiden Teilzahnrädern ein Fügespalt, an dem die Teilzahnräder aneinander gefügt sind und welcher die Wälzkörper der ersten Reihe umfangsseitig um die Rotationsachse außen umgibt und welcher den Wälzkörpern der ersten Reihe radial gegenüber liegt. Das Spaltmaß des Fügespalts ist in axiale Richtung gemessen gleich oder größer dem Zahlenwert Null. Die Oberflächen der Wälzkörper liegen dem Fügespalt radial direkt gegenüber – vorzugsweise jedoch, ohne diesen zu berühren. Radial heißt quer zur Symmetrieachse der Getriebewelle und axial heißt gleichgerichtet mit dieser.
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Das Zahnrad wird zwar als Doppelzahnrad bezeichnet, es ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass dieses aus mehr als zwei Teilzahnrädern zusammengesetzt ist.
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Die Wälzlaufbahnen für Kugeln sind vorzugsweise in einer Ringnut in Form von Kugelrillen ausgebildet. Die Kugelrillen sind anteilig direkt in der Oberfläche(n) der Teilzahnräder und in die Oberfläche der Getriebewelle eingebracht. Jedes der Teilzahnräder begrenzt demnach die Kugelrille anteilig und weist wenigstens eine der Kontaktzonen auf. Der Fügespalt liegt radial von der Symmetrieachse der Getriebewelle aus gesehen jeweils so im Zenit der Ringnut bzw. Kugelrille, dass die Wälzkörper nicht im Wälzkontakt mit dem Fügespalt liegen.
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Im Fall, dass eine Reihe Kugeln als Vierpunktlager ausgebildet ist, steht die Reihe Kugeln außen und innen jeweils im Wälzkontakt mit zwei Wälzlaufbahnen. Jede der Wälzlaufbahn weist mindestens eine Kontaktzone auf.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Getriebewelle ein Planetenbolzen eines Getriebes ist. Das Zahnrad ist in diesem Fall ein aus den Teilzahnrädern gebildeter Stufenplanet, dessen eines Teilzahnrad einen kleineren Durchmesser aufweist als dessen anderes Teilzahnrad. Die Bezeichnung Stufenplanet ergibt sich aus der Betrachtung des Planetenrades, das aufgrund der unterschiedlichen Durchmesser der beiden aneinander angeordneten Teilzahnräder stufenförmig ausgebildet erscheint.
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Die Teilzahnräder des Doppelzahnrades, wie die des Stufenplaneten, sind für unterschiedliche Belastungen vorgesehen. Ausgehend von normalen Relationen zwischen den Abmessungen Kugeln und den Nadeln eines mehrreihigen Wälzlagers, weist eine Reihe aus Nadeln eine höhere Tragfähigkeit auf als eine Reihe aus Kugeln. Deshalb ist mit einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass eine Reihe Nadeln radial zwischen demjenigen der Teilzahnräder, welches im Betrieb der Getriebevorrichtung mit der größeren/größten Belastung (Zahnkräften) ausgesetzt ist, und der Getriebewelle angeordnet ist. Die Reihe Kugeln ist dementsprechend radial zwischen dem Teilzahnrad mit der geringeren Belastung und der Getriebewelle angeordnet. Die Reihe Nadeln nimmt radiale Kräfte auf. Die Reihe Kugeln kann radiale und axiale Kräfte aufnehmen.
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Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass sich eine derartige Getriebevorrichtung kostengünstig herstellen lässt. Kombinierte Wälzlager in Planetengetrieben zur Lagerung von Planetenrädern sind zwar allgemein bekannt, jedoch sind diese aufwändig herzustellen und teuer. Gegenüber bekannten Ausführungen mit Lagern, wie z.B. der nach
DE 1 072 846 A , können zum Beispiel Innen- und Außenringe eingespart werden. Das Lagerspiel des erfindungsgemäßen Lagers kann ohne zusätzliche Mittel über gezielte Einstellungen des Spaltmaßes des Fügespalts eingestellt werden.
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Beschreibung der Zeichnung
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. 1 zeigt einen Längs-Halbschnitt durch eine Getriebevorrichtung 1 entlang der Symmetrieachse 2 einer Getriebewelle 3 in nicht maßstäblicher Darstellung. 2 zeigt das Detail Z aus 1 vergrößert. Die Getriebevorrichtung 1 ist aus der Getriebewelle 3, einem Zahnrad 4 und einem mehrreihigen Wälzlager 5 gebildet. Das Zahnrad 4 ist ein Doppelzahnrad besteht aus einem ersten Teilzahnrad 6 und aus einem zweiten Teilzahnrad 7. Das erste Teilzahnrad 6 weist eine Verzahnung 8 auf, die mit weniger Zähnen versehen ist als eine Verzahnung 9 des zweiten Teilzahnrads 7. Das erste Teilzahnrad 6 ist kleiner im Durchmesser.
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Das erste Teilzahnrad 6 und das zweite Teilzahnrad 7 begrenzen anteilig eine Ringnut 11a, die als eine Kugelrille 11 ausgeführt ist, in dem Zahnrad 4. Die Getriebewelle 3 weist eine Ringnut 12a in Form einer Kugelrille 12 auf, die der Kugelrille 11 radial gegenüber liegt. Der Ringspalt zwischen den Kugelrillen 11 und 12 ist mit einer ersten Reihe 13a Kugeln 13 des mehrreihigen Wälzlagers 5 befüllt. Von der ersten Reihe 13a ist nur eine Kugel 13 bildlich dargestellt. Jede der Kugelrillen 11 und 12 ist jeweils mit wenigstens zwei Wälzlaufbahnen versehen.
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An dem ersten Teilzahnrad 6 ist ein Abschnitt 10 ausgebildet, auf den das zweite Teilzahnrad 7 gepresst ist. Durch das Fügen ergibt sich axial zwischen dem Abschnitt 10 des ersten Teilzahnrads 6 und dem zweiten Teilzahnrad 7 ein Fügespalt 23 mit einem Spaltmaß, das gegen Null geht. Die Kugeln 13 liegen dem Fügespalt 23 radial gegenüber. Die Kontur der Kugelrille 11 ist an dem Fügespalt gegenüber den Wälzlaufbahnen der Kugelrille geringfügig zurückgesetzt, um den direkten Kontakt der Kugeln 13 mit dem Fügespalt 23 zu vermeiden.
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An den Wälzlaufbahnen stehen die Kugeln 13 während des Betriebs der Getriebevorrichtung 1 in Kontaktzonen 17, 18, 19 und 20 im Wälzkontakt mit der Getriebewelle 3 und dem ersten Teilzahnrad 6 sowie und zweiten Teilzahnrad 7 (2). Die Lage der Kontaktzonen 17, 18, 19 und 20 ergibt sich durch die Kontaktlinien 21 und 22 an deren Schnittstellen mit der jeweiligen Wälzlaufbahn. Dabei sind die Kontaktzone 17 an dem Anteil der Ringnut 11a, der durch das erste Teilzahnrad 6 begrenzt ist und die Kontaktzone 18 an dem Anteil der Ringnut 11a, der durch das zweite Teilzahnrad 7 begrenzt ist, durch Schmiegung der Wälzlaufbahn an die Kugeloberfläche vorzugsweise ringflächenförmig ausgebildet.
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Das mehrreihige Wälzlager 5 weist an Wälzkörpern außer der Reihe 13a mit Kugeln 13 eine Reihe 14a mit Rollen 14 in Form von Nadeln 14 auf, von denen nur eine Nadel 14 abgebildet ist. Die nicht näher beschriebenen zylindrischen Wälzlaufbahnen der Nadeln 14 sind direkt an der Getriebewelle und an dem ersten Teilzahnrad 6 ausgebildet. Kugeln 13 und Nadeln 14 sind jeweils in Käfigen 15 und 16 untereinander und zueinander auf Abstand gehalten und geführt.
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Die Getriebevorrichtung ist beispielsweise Bestandteil eines Planetengetriebes. Die Getriebewelle 3 ist ein Planetenbolzen 3‘, der mit radialem Abstand zu einer nicht dargestellten Zentralachse des Planetengetriebes angeordnet ist. Das Zahnrad 4 ist demnach ein Planetenrad 4‘, ein sogenannter Stufenplanet. Im Betrieb der Getriebevorrichtung 1 wird das erste Teilzahnrad 6 höheren Belastungen (Zahnkräften) ausgesetzt sein. Dementsprechend ist radial zwischen dem Teilzahnrad 6 und der Getriebewelle 3 die Reihe Nadeln 14 angeordnet. Die Reihe Kugeln 13 sitzt dementsprechend radial zwischen dem zweiten Teilzahnrad 7 und der Getriebewelle 3, wobei zu berücksichtigen ist, dass die äußeren Wälzlaufbahnen der Reihe Kugeln 13 und der Reihe Nadeln 14 innen direkt an der Nabe 10 ausgebildet sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3319142 A1 [0002]
- DE 470702 A [0003]
- DE 2041353 A1 [0004]
- FR 1520748 A [0005]
- DE 1072846 A [0006, 0006, 0006, 0020]
- US 2045011 A [0007]
- DE 707891 A [0008]
