DE102020124082A1

DE102020124082A1 - Getriebevorrichtung mit einem Hohlrad und einem Ritzel und mit einer aus zwei Schräglagern gebildeten Lagerstelle

Info

Publication number: DE102020124082A1
Application number: DE102020124082.1A
Authority: DE
Inventors: Umberto Rocca; Jens Baier; Peter Süss
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2020-09-16
Filing date: 2020-09-16
Publication date: 2022-03-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung (1) zumindest aufweisend ein Hohlrad (2), wenigstens ein Ritzel (3), eine erste Lagerstelle (4) mit zumindest zwei Schräglagern (5, 6) und ein Gehäuse (7), wobei jedes der Schräglager (5, 6) jeweils mit mindestens einem zumindest radial in dem Gehäuse (7) abgestützten Außenring (14, 15) und mit wenigstens einer Reihe Wälzkörper (16, 17) versehen ist, und wobei der jeweilige Außenring (14, 15) zumindest eine zumindest radial in Richtung der Rotationsachse (9) weisende Innenlaufbahn (18, 19) für Wälzkontakt mit Wälzkörpern (16, 17) aufweist, und wobei wenigstens ein erster Außenring (14) der Außenringe (14, 15) axial direkt an einem zweiten Außenring (15) der Außenringe (14, 15) abgestützt ist und wobei der erste Außenring (14) und der zweite Außenring (15) axial gegeneinander vorgespannt sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung zumindest aufweisend ein Hohlrad, wenigstens ein Ritzel, eine erste Lagerstelle mit zumindest zwei Schräglagern und ein Gehäuse, wobei eine axial ausgerichtete Zentralachse des Hohlrades und eine gemeinsame Rotationsachse für die Schräglager achsparallel aufeinander liegen sowie das Ritzel um eine mit radialem Abstand zur Zentralachse verlaufende Ritzelachse rotierbar ist, und wobei radial quer zur Zentralachse gerichtet ist und das Hohlrad mit zumindest einer um die Zentralachse umfangsseitig umlaufenden und radial zur Zentralachse gerichteten Innenverzahnung versehen ist sowie das Ritzel wenigstens eine um die Ritzelachse verlaufende Außenverzahnung aufweist, und wobei die Außenverzahnung und die Innenverzahnung miteinander in einem Zahneingriff stehen.
Hintergrund der Erfindung
In US 43 66 727 A1 ist eine Getriebevorrichtung mit einem 2-stufigen Planetentrieb offenbart. Der Planetentrieb ist aus einem Planetenträger, einem 2-stufigen Planetensatz, einem Sonnenrad, und einem Gehäuse gebildet. An dem Planetenträger sind die als Doppelplaneten ausgeführten Planeten-Ritzel mit radialem Abstand zur Zentralachse des Planetengetriebes auf Planetenbolzen um ihre Planetenachse rotierbar gelagert. Es sind insgesamt zwei der Planeten-Ritzel im Planetentrieb vorgesehen. Die Planetenachsen dieser beiden Planeten-Ritzel liegen sich an der Zentralachse radial einander gegenüber. Die im Verzahnungsdurchmesser ihrer Außenverzahnung größer ausgeführten Planeten-Ritzel des jeweiligen Doppelplaneten stehen mit dem Sonnenrad und zugleich mit der Innenverzahnung von einem der Hohlräder im Zahneingriff. Dieses Hohlrad weist im Vergleich zu dem anderen Hohlrad auch einen größeren Verzahnungsdurchmesser seiner Innenverzahnung auf und ist an dem Gehäuse fest. Die Innenverzahnung des anderen Hohlrads ist mit einem vergleichsweise kleineren Verzahnungsdurchmesser versehen und steht im Zahneingriff den anderen Planeten-Ritzeln der Doppelplaneten. Der Leistungseingang in dem Planetentrieb ist eine mit dem Sonnenrad fest ausgebildete Eingangswelle. Leistungsausgang ist eine Welle, die drehfest mit dem Hohlrad der im Durchmesser kleineren Innenverzahnung verbunden ist. Die Getriebevorrichtung ist eine in sich geschlossene und den Planetentrieb in sich selbst zentrierende Baueinheit. Dazu ist an der einen Seite zunächst die Eingangswelle mit einem Lager in der Ausgangswelle um die Zentralachse rotierbar gelagert. An der anderen Seite ist die Eingangswelle mittels eines weiteren Lagers in dem Gehäuse um die Zentralachse rotierbar gelagert. Der Planetenträger ist linksseitig und rechtsseitig des Sonnenrades jeweils mit einem Lager rotierbar auf der Eingangswelle gelagert. Dabei liegt ein Lager zur Lagerung der Eingangswelle jeweils konzentrisch zur Zentralachse und axial neben einem Lager zur Lagerung des Planetenträgers. Die Ausgangswelle, also das Hohlrad mit der kleineren Innenverzahnung, ist mit einem Paar axial zueinander beabstandeten und zur Zentralachse konzentrischen Lagern in dem Gehäuse gelagert. Dieses Lagerpaar sitzt linksseitig des Hohlrades mit der kleineren Innenverzahnung, sodass die Ausgangswelle zum einen über das Lagerpaar radial abgestützt aber rotierbar in dem Gehäuse gelagert ist. Zum anderen ist aber dieses Hohlrad zugleich im Eingriff mit den Doppelplaneten radial ausgleichend an dem Planetentrieb bzw. ist der Planetentrieb radial ausgleichend an diesem Hohlrad zentriert abgestützt.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Getriebevorrichtung zu schaffen, die auch bei hohen Lasten und Kippmomenten an der Lagerung eines Planetentriebs eine sichere und trotzdem Bauraum sparende Anordnung gewährleistet.
Die Aufgabe ist nach dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
In das Hohlrad greift ein Ritzel ein. Das Hohlrad ist mit zwei Schräglagern gelagert. Die Schräglager sind gegeneinander so angestellt, dass deren Außenringe im direkten axialen Kontakt gegeneinander vorgespannt sind. Jedes der Schräglager ist jeweils mit mindestens einem zumindest radial in dem Gehäuse abgestützten Außenring versehen. Der Außenring sitzt in einem Gehäuseflansch oder in einer Bohrung des Gehäuses. Außerdem weist jedes Schräglager wenigstens eine Reihe Wälzkörper auf, die im Wälzkontakt an einer oder mehreren Innenlaufbahnen des Außenrings ablaufen. Die Innenlaufbahn(en) ist (sind) radial nach innen in Richtung der Rotationsachse bzw. der Zentralachse gerichtet und laufen um die Rotationsachse bzw. Zentralachse um. Den Innenlaufbahnen liegen radial Außenlaufbahnen gegenüber, an denen die Wälzkörper im Wälzkontakt ablaufen. Die Außenlaufbahnen eines oder beider Schrägkugellager sind entweder direkt an dem Hohlrad bzw. an einer Nabe ausgebildet oder sind an einem anderen fest mit dem Hohlrad verbundenen Bauteil ausgebildet. Alternativ sitzen mehr Innenringe auf einer Nabe fest oder auf einem ähnlichen der vorgenannten mit dem Hohlrad fest verbundenen Element. Die Innen- und/oder die Außenlaufbahnen sind jeweils an einem gemeinsamen Außen- oder Innenring ausgebildet, oder die Außenringe bzw. Innenringe sind axial geteilt und weisen Anteile der Laufbahnen auf.
Dadurch, dass die Außenringe gegeneinander vorgespannt aneinander liegen, ist vorteilhaft axialer Bauraum eingespart. Der axiale Abstand zwischen der gedachten Radialebene, an der die Außenringe axial aneinander liegen und dem Kraftangriff des Ritzels oder einer weiteren am Hohlrad befestigten oder am Hohlrad ausgebildeten Verzahnung ist so kurz wie möglich gehalten, so dass auch mit dieser Maßnahme axialer Bauraum so gering wie möglich gehalten werden kann.
Die Zentralachse ist die Rotationsachse des Hohlrads, der Nabe und der radialen Verbindung zwischen der Nabe und dem Hohlrad. Die Rotationsachsen der Schräglager liegen konzentrisch auf der Zentralachse. Die Zentralachse ist im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erfindung unabhängig ihrer Ausrichtung im Raum immer als axial ausgerichtet definiert und radial ist quer zur Zentralachse. Die Ritzelachse ist eine Achse, um die das Ritzel rotiert.
Schräglager sind Schrägkugellager oder Schrägrollenlager. Die Schrägrollenlager weisen je nach Lagertyp ballige Rollen, zylindrisch ausgeführte Rollen oder Kegelrollen auf.
Die Kontaktbedingungen in Schräglagern werden zum allgemeinen Verständnis an einem Model definiert, an dem beliebige entlang der Rotationsachse der Wälzlager betrachtete gedachte Längsebenen abgebildet sind. Die Rotationsachse verläuft axial in diesen Längsebenen. In dem betrachteten Fall entsprechen die Rotationsachsen der Zentralachse der Getriebevorrichtung, um die das Hohlrad rotiert. Außerdem verlaufen in der jeweiligen Längsebene zugleich auch je nach Lagertyp entweder sich an der Rotationsachse radial gegenüberliegende Kugelmittelpunkte der Kugeln von Schrägkugellagern oder Rollenachsen der Rollen von Schrägrollenlagern. Diese Längsebenen sind also beliebige Schnittebenen entlang der Rotationsachse des jeweiligen Wälzlagers und zugleich entlang von zwei Rollenachsen einander an der Rotationsachse radial gegenüberliegender Rollen bzw. durch zwei Kugelmittelpunkte einander an der Rotationsachse radial gegenüberliegender Kugeln.
Die Kontaktlinien werden häufig im Fachjargon auch als Drucklinien bezeichnet, verlaufen in den Längsebenen und sind mit einem sogenannten Schrägungs- oder Druckwinkel zur Rotationsachse geneigt. Jede der Kontaktlinien der Schrägrollenlager schneidet eine Rollenachse einer Rolle senkrecht und dabei mittig ihrer Länge und trifft sich zugleich mit den anderen Kontaktlinien des Schrägrollenlagers in einem gemeinsamen auf der Rotationsachse liegenden Schnittpunkt. Jede der Kontaktlinien eines Schrägkugellagers verläuft durch einen Kugelmittelpunkt und trifft sich zugleich mit den anderen Kontaktlinien des Schrägkugellagers in einem gemeinsamen Schnittpunkt auf der Rotationsachse.
Die Schräglager sind an der ersten Lagerstelle in einer O-Anordnung gegeneinander angestellt. In der Vorrichtung gemäß Erfindung ist ein Schrägrollenlager gegen ein Schrägkugellager in der O-Anordnung angestellt. Das zuvor beschriebene Model zugrunde legend heißt das, dass in beliebigen durch Rollenachsen und Kugelmittelpunkte verlaufenden Längsebenen:

- eine zur Rotationsachse geneigt verlaufende erste Kontaktlinie des Schrägrollenlagers die Rotationsachse in einem ersten Schnittpunkt schneidet,
- eine zur Rotationsachse geneigt verlaufende zweite Kontaktlinie des Kugellagers die Rotationsachse in einem zweiten Schnittpunkt schneidet, wobei der erste und zweite Schnittpunkt auf der Rotationsachse axial zueinander beabstandet sind,
- die erste Kontaktlinie des Schräglagers sich mit der zweiten Kontaktlinie des Schrägkugellagers in einem oberhalb der Rotationsachse liegenden dritten Schnittpunkt kreuzt,
- zugleich eine unterhalb der Rotationsachse zur Rotationsachse geneigt verlaufende dritte Kontaktlinie des Schräglagers sich mit der ersten Kontaktlinie in dem ersten Schnittpunkt auf der Rotationsachse kreuzt,
- und dabei eine zur Rotationsachse geneigte vierte Kontaktlinie des Schrägkugellagers sich mit der zweiten Kontaktlinie in dem zweiten Schnittpunkt kreuzt,
- die dritte und vierte Kontaktlinie sich in einem vierten Schnittpunkt unterhalb der Rotationsachse kreuzt.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass die vier sich kreuzenden Kontaktlinien in der jeweiligen Längsebene die geometrische Form eines Rhombus abbilden, die sich in der Fachwelt mit dem Begriff der O-Anordnung verbindet.
Mit einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens eines der Schräglager einen Innenring aufweist. Der wenigstens eine Innenring ist drehfest mit dem Hohlrad wirkverbunden. Unter „drehfest wirkverbunden“ ist der direkte Sitz des Innenrings auf einer Nabe oder auf einem anderen Abschnitt des Hohlrades zu verstehen oder alternativ der Sitz des Innenrings auf einem fest mit dem Hohlrad verbundenen Zwischenelement. Ein Zwischenelement ist beispielsweise eine Hülse, ein Zwischenring, ein Flansch, ein Bolzen oder ein mit dem Hohlrad verbundener Wellenabschnitt.
Die Schräglager sind jeweils mit mindestens einer Außenlaufbahn für Wälzkontakte mit den Wälzkörpern des jeweiligen Schräglagers versehen, d. h., wenigstens eine der Außenlaufbahnen ist an einem Innenring ausgebildet. Die Außenlaufbahn des anderen Schräglagers ist wahlweise auch an einem Innenring ausgebildet oder alternativ direkt an einer Nabe des Hohlrades oder an einem drehfest mit dem Hohlrad wirkverbunden Zwischenelement. Die Außenringe werden der Erfindung entsprechend unter Wirkung einer Vorspannung gegeneinander vorgespannt, die auf einen der Innenringe bzw. auf dessen Außenlaufbahn aufgebracht wird. Die Vorspannung wird durch federnde Elemente oder in einer starren Verbindung, letzteres zum Beispiel durch Vorspannung einer Vorspannmutter, auf den Innenring aufgebracht. Der Begriff „starr“ schließt elastische Reaktionen im Rahmen des Elastizitätsmoduls der Materialien der gegeneinander vorgespannten Elemente allerdings nicht aus. Der Innenring ist für diesen Zweck gegenüber dem anderen Innenring oder gegenüber der anderen Außenlaufbahn axial verschiebbar. Die auf den Innenring aufgebracht Vorspannung verschiebt diesen so lange in Richtung der anderen Außenlaufbahn bzw. in Richtung des anderen Innenringes, bis seine Außenlaufbahn gegen die Reihe Wälzkörper im Kontakt mit seiner Außenlaufbahn vorgespannt ist. Die Vorspannung wirkt dadurch in etwa entlang der Kontaktlinien auf die Innenlaufbahn des radial gegenüberliegenden Außenrings. Da dieser Außenring auch axial beweglich im Gehäuse sitzt, wird dieser axial gegen den anderen ortsfest an dem Gehäuse abgestützten Außenring vorgespannt.
Aus der Betrachtung des im Kapitel Hintergrund der Erfindung beschriebenen Standes der Technik nach US 43 66 727 A1 ergibt sich, dass die Ausgangswelle mit dem Hohlrad mit der kleineren Innenverzahnung über ein Paar axial zueinander beabstandeter und zur Zentralachse konzentrischer Lager in dem Gehäuse gelagert ist. Dieses Lagerpaar sitzt, wie schon erwähnt, linksseitig des Hohlrades mit der kleineren Innenverzahnung, sodass die Ausgangswelle zum einen über das Lagerpaar radial abgestützt aber rotierbar in dem Gehäuse gelagert ist. Dem ersten Anschein nach ist dieses Hohlrad nach dem bekannten Stand der Technik mittels dieses Lagerpaares also nach Art einer fliegenden Lagerung abgestützt. Das Hohlrad ist jedoch zugleich über den Zahneingriff mit den Doppelplaneten radial ausgleichend an dem Planetentrieb abgestützt bzw. ist der Planetentrieb radial ausgleichend an diesem Hohlrad zentriert abgestützt, da sich die Doppelplaneten des bekannten Stand der Technik direkt axial um 180° zueinander ausgerichtet an der Zentralachse des Planetentriebs gegenüberliegen. Dadurch heben sich die radialen Komponenten der Zahnkräfte in ihrer Wirkung gegeneinander auf und zentrieren das Hohlrad. Das führt dazu, dass in einer derartigen Konstruktion das Gehäuse mit rotieren kann. Die Rotation des Gehäuses wiederum könnte radiale Schläge erzeugen, die über eine breite Lagerbasis, d. h., über einen großen Abstand der Lager des Paares abzufangen wären. Darüber hinaus ist ein ausreichender axialer Stützabstand zwischen den Lagerstellen des Lagerpaares sehr groß gewählt, um auch Verkippungen, zum Beispiel die an der Ausgangswelle, abzustützen. Der Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass durch den direkten Kontakt der beiden Schräglager gegenüber dem bekannten Stand der Technik, bei dem die Lager des Paares axial möglichst weit voneinander entfernt angeordnet werden müssen, wesentlich axialer Bauraum eingespart werden kann. Darüber hinaus ist eine Anordnung aus zwei axial gegeneinander angestellten Schräglagern sehr steif ausgeführt und weist eine hohe Tragfähigkeit auf.
Mit einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gehäuse der Getriebevorrichtung ortsfest ist und dass das Hohlrad mittels der Schräglager fliegend an dem Gehäuse gelagert ist.
Das Gehäuse ist beispielsweise ein Achsgehäuse einer Fahrzeugachse oder das Gehäuse eines Fahrzeuggetriebes. Die Schräglager sind direkt in dem Gehäuse oder in einem Bauteil des Gehäuses aufgenommen, welches fest in oder an dem Gehäuse gelagert ist. Ortsfest ist das Gehäuse mit Sicht auf die Bewegungsfreiheit des Hohlrades, welches um seine Zentralachse rotierbar an dem relativ dazu stehenden Gehäuse gelagert ist. Das Gehäuse ist in dieser Ausgestaltung also nicht um die Zentralachse relativ zu dem einem stehenden oder rotierenden Hohlrad rotierbar, was aber nicht ausschließt, dass das Gehäuse zum Beispiel im Fahrbetrieb mit einem Fahrzeug beweglich und auch kippbar ist. Das Hohlrad ist mittels der axial gegeneinander vorgespannten Schräglager axial unbeweglich an dem Gehäuse gelagert.
Unter einer fliegenden Lagerung einer Welle im Sinne der Erfindung ist die einseitige Lagerung einer Welle, des Ritzels oder Hohlrades mit Bezug auf den Angriff von radialen Kräften bzw. radialen Kraftkomponenten seitlich der Lagerstelle zu verstehen. Die Lagerung kann, wie in dem erfindungsgemäßen Fall, aus zwei Wälzlagern aber auch aus einem oder mehr als zwei nebeneinander angeordneten Wälzlagern gebildet sein. Bei der fliegenden Lagerung einer Welle oder eines ähnlichen Bauteils greifen radiale Kräfte oder Kraftkomponenten eines zur Axialrichtung geneigt gerichteten Haupt-Kraftvektors axial außerhalb der Lagerstelle an dem Hohlrad und/oder an dem in das Hohlrad eingreifenden Ritzel an. Lager sind also einseitig, aber nicht beidseitig des oder der Kraftangriffe angeordnet. Ritzel oder Hohlrad sind nur einseitig abgestützt.
Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass mit der erfindungsgemäßen Lagerung nicht nur axialer Bauraum durch die eng aneinander sitzenden Schräglager gespart werden kann, sondern auch die Tragfähigkeit so hoch ist, dass das Hohlrad nicht in der ansonsten üblichen Art der Wellenlagerung zweifach und dabei mit möglichst weitem axialem Abstand voneinander entfernten Lagern gelagert werden muss. Daraus ergibt sich eine weitere Einsparung an axialem Bauraum und die Kosten für eine weitere Lagerstelle können vermieden werden.
Generell können an der Lagerstelle beide Lager Kegelrollenlager oder beide Lager Schrägkugellager sein. Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht den Einsatz einer aus Rollenlager und Kugellager kombinierten Lagerstelle vor. Das Rollenlager ist bevorzugt ein Kegelrollenlager. Die Tragfähigkeit von Kegelrollenlagern ist aufgrund des Linien-Wälzkontakts ihrer Rollen mit den Laufbahnen hoch. Das Kugellager zeichnet sich im Vergleich zum Kegelrollenlager durch geringere Reibung aus. Daraus ergibt sich, dass eine Lagerstelle mit einem kombinierten Lager gegenüber einer nur mit Kugellagern bestückten Version eine höhere Tragfähigkeit und gegenüber einer nur mit Kegelrollenlagern bestückten Version geringere Reibung aufweist. Beide Lager stützen auch axiale Kräfte. Mit einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kegelrollenlager unmittelbar axial auf das Hohlrad folgend und somit axial zwischen dem Hohlrad und dem Schrägkugellager positioniert ist. Daraus ergibt sich vorteilhaft eine optimale Verteilung der Belastungen in der Lagerstelle.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Ritzelachse des Ritzels parallel zur Zentralachse verläuft und dass das Hohlrad mit dem Ritzel, und dabei ausschließlich nur die Außenverzahnung des Ritzels mit der Innenverzahnung in einem Zahneingriff steht. Aus dieser Konstellation ergibt sich eine einseitige Belastung des Hohlrades, wodurch Kippmomente an der Lagerung entstehen. Für eine derartige Anordnung ist die Verwendung einer erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung vorteilhaft gerechtfertigt.
Eine erfindungsgemäße Getriebevorrichtung kann zum Einsatz kommen, wenn in einem Getriebe der Einsatz einer Stirnradstufe für die geeignete Über- bzw. Untersetzung ungeeignet ist bzw. die Achsabstände der Getriebewellen für Stirnradstufen mit einer geeigneten Über- bzw. Untersetzung zur kurz sind. Ein Beispiel eines derartigen Getriebes ist in DE 10 2019 119 696 A1 beschrieben. Es besteht aus einem mit zwei Schräglagern fliegend gelagerten Hohlrad, einem Ritzel und Stützrädern. Das Ritzel ist parallel aber mit radialem Abstand zur Zentralachse des Hohlrades angeordnet und steht auch mit radialem Abstand zur Zentralachse mit der Innenverzahnung des Hohlrades im Zahneingriff. Durch Stützräder sollen einseitige Belastungen, d. h. die Verkippungen an den Lagerstellen des Hohlrads und des Ritzels, reduziert werden. Das Ritzel und die Stützräder bilden ein am Innenumfang des Hohlrades verteiltes Dreigestirn und sind über eine Stützkonstruktion nach Art eines Planetenträgers miteinander wirkverbunden. Im Betrieb rotiert das Ritzel um seine eigene Ritzelachse und treibt das um die Zentralachse rotierende Hohlrad an oder umgekehrt. Weder die Rotationsachse des Hohlrads noch des Ritzels oder die der Stützräder ändern dabei ihre Position. Die im Betrieb entstehenden Verzahnungskräfte am Ritzel bzw. Hohlrad werden über das Dreigestirn „ausgeglichen“, da sich dessen Räder gegen die Reaktionskräfte an der Stützkonstruktion abstützen. Eine derartige Konstruktion ist relativ aufwendig teuer. Mit einer entsprechend steif ausgeführten und hochbelastbaren erfindungsgemäßen Anordnung werden diese Nachteile vorteilhaft vermieden.
Um den Aufwand im vorhergehenden Sinne für eine weitere zusätzliche Lagerstelle vorteilhaft zu vermeiden, sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, dass das Ritzel ebenfalls fliegend gelagert ist. Dabei ist das Ritzel so gelagert, dass das Ritzel von der zweiten Lagerstelle aus axial frei in das Hohlrad hineinragt und dabei mit der Innenverzahnung im Zahneingriff steht, wobei der Ritzelkopf an dieser Stelle gegebenenfalls nur durch Reaktionskräfte im Zahneingriff mit dem Hohlrad abgestützt aber ansonsten nicht mehr gelagert ist.
Die Schräglager sitzen auf der Nabe und das Hohlrad ist über die Nabe mithilfe der Schräglager um die Zentralachse rotierbar in dem Gehäuse fliegend gelagert. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Hohlrad über eine radiale Verbindung mit einer Nabe verbunden ist. Die Verbindung ist zwar generell radial, ihre Gestalt kann jedoch in ihrem Verlauf von der Nabe aus von der radialen Richtung abweichend zunächst in beliebige Richtungen abbiegen und schließlich dann zum Hohlrad bzw. zur Innenverzahnung des Hohlrades führen. Eine radiale Verbindung ist zum Beispiel durch Speichen, durch einen Flansch, scheibenförmige Grundkörper mit oder ohne Durchgangslöchern gebildet und kann wahlweise in starrer oder elastischer Ausführung ausgebildet sein. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass beliebige an die Anwendung angepasste Verbindungen zwischen dem Hohlrad und den Schräglagern geschaffen werden können.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein axialer Abstand zwischen der Innenverzahnung und der Lagerstelle kleiner oder gleich dem Durchmesser eines Lagersitzes der Nabe ist. Über derartige Verhältnisse (siehe dazu auch die Beschreibung der 1) ist vorteilhaft eine steife und hochbelastbare Getriebevorrichtung geschaffen, insbesondere dann, wenn an dem Hohlrad zusätzlich weitere Radialbelastungen, beispielsweise die an einer Außenverzahnung des Hohlrades wirkenden Radialbelastungen, wirken.
Figurenliste
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit folgenden Figuren näher erläutert:

- 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung 1 in einem Längsschnitt entlang der Zentralachse 8 der Getriebevorrichtung 1. Die Darstellung ist nicht maßstäblich und lediglich schematisch.
- 2 - zeigt die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung in einer detaillierten Darstellung, auch in dem Längsschnitt entlang der Zentralachse 8 wie nach 1. Die Darstellung ist ebenfalls nicht maßstäblich ausgeführt.

1 - Die Getriebevorrichtung 1 weist ein Hohlrad 2, ein Ritzel 3, eine erste Lagerstelle 4 mit zumindest zwei Schräglagern 5 und 6, ein Gehäuse 7 und eine zweite Lagerstelle 27 auf.
Die Zentralachse 8 des Hohlrades 2 und eine gemeinsame Rotationsachse 9 der Schräglager 5, 6 liegen achsparallel aufeinander. Das Ritzel 3 ist um eine Ritzelachse 11 rotierbar, welche mit radialem Abstand und achsparallel zur Zentralachse 8 verläuft.
Das Hohlrad 2 ist mit einer um die Zentralachse 8 umfangsseitig verlaufenden Innenverzahnung 10 versehen, deren Zähne sich radial in Richtung der Zentralachse 8 erstrecken. Das Ritzel 3 weist eine um die Ritzelachse 11 verlaufende Außenverzahnung 12 auf. Das Ritzel 3 ist an einer zweiten Lagerstelle 27 fliegend so gelagert, dass das Ritzel 3 von der zweiten Lagerstelle 27 aus axial abstehend und radial frei in das Hohlrad 2 hineinragt und dort mit seiner Außenverzahnung 12 im Zahneingriff 13 mit der Innenverzahnung 10 steht. Der Zahneingriff 13 ermöglicht den Antrieb des Hohlrades 2 durch das Ritzel 3 oder umgekehrt. Dabei steht das Hohlrad 2 mit dem Ritzel 3 und dabei ausschließlich nur die Außenverzahnung 12 des Ritzels 3 und keine Verzahnung eines anderen Bauteils mit der Innenverzahnung 10 des Hohlrades in dem Zahneingriff 13.
2 - Das Schräglager 5 weist einen in einer Gehäusebohrung 30 des Gehäuses 7 sitzenden Außenring 14, einen Innenring 25 und eine Reihe 28 als Kegelrollen ausgeführter Wälzkörper 16 auf. Der Außenring 14 des Schräglagers 5 ist mit einer in Richtung der Rotationsachse 9 weisenden Innenlaufbahn 18 versehen. An dem Innenring 25 ist eine Außenlaufbahn 23 vorgesehen, die der Innenlaufbahn 18 radial gegenüber liegt. Die Wälzkörper 16 sind in einem Rollenkäfig 31 gehalten und geführt sowie stehen im Kontakt mit den Laufbahnen 18 und 23. Sie wälzen an diesen im Betrieb der Getriebevorrichtung 1 ab. Das Kegelrollenlager folgt unmittelbar axial auf die Verbindung 20 und sitzt axial zwischen der Verbindung 20 und dem zweiten Schräglager 6 auf der Nabe 21.
Das Schräglager 6 weist einen in der Gehäusebohrung 30 des Gehäuses 7 sitzenden Außenring 15, einen Innenring 26 und eine Reihe 29 als Kugeln ausgeführter Wälzkörper 17 auf. Der Außenring 15 des Schräglagers 6 ist mit einer in Richtung der Rotationsachse 9 weisenden Innenlaufbahn 19 versehen. An dem Innenring 26 ist eine Außenlaufbahn 24 vorgesehen, die der Innenlaufbahn 19 radial gegenüber liegt. Die Wälzkörper 17 sind in einem Kugelkäfig 32 gehalten und geführt, stehen im Kontakt mit den Laufbahnen 19 und 24 und wälzen an diesen im Betrieb der Getriebevorrichtung 1 ab.
1 und 2 - Das Hohlrad 2 ist einteilig aus der Innenverzahnung 10, einer Verbindung 20, einer Nabe 21 und aus einer Außenverzahnung 33 gebildet. Die Innenverzahnung 10 ist als Gerad- oder Schrägverzahnung (wahlweise als Evolventenverzahnungen) ausgeführt und weist eine in die Ebene des dargestellten Längsschnittes projizierte axiale Zahnbreite B auf. Dieses Maß B repräsentiert die Projektion der tatsächlichen Breite der Zähne der Innenverzahnung in allen gedachten Längsebenen, in denen die Zentralachse 8 verläuft - so kann aus der mit 2 beispielhaft abgebildeten Verzahnung auf eine Schrägverzahnung geschlossen werden. Die tatsächliche Zahnbreite kann (z.B. bei Geradverzahnung nach 1) genauso breit wie das Maß B sein oder ist wie bei der in 2 dargestellten Innenverzahnung länger als das Maß B. Die tatsächliche Zahnbreite ist die Breite der jeweiligen Zähne der Innen- oder Außenverzahnung, die für einen funktionierenden Kontakt im Zahneingriff mit dem jeweiligen Partner notwendig ist.
Der axiale Kontakt zwischen den Schräglagern 5 und 6 findet in einer Radialebene SP statt, die senkrecht von der Zentralachse 8 durchstoßen ist. In der Radialebene SP schneiden sich auch die Kontaktlinien K1 und K2 der Schräglager 5 und 6 in den Schnittpunkten P1. Die Kontaktlinien K1 und K2 schneiden sich außerdem auf der Rotationsachse 9 in den Schnittpunkten P2, so dass die Kontaktlinien K1 und K2 in beliebigen Längsebenen jeweils die geometrische Figur eines Rhombus umreißen und somit auf die in O-Anordnung der gegeneinander angestellten Schräglager 5 und 6 versinnbildlichen.
Von dem Gehäuse 7 ist nur ein Ausschnitt an der Lagerstelle 4 abgebildet, jedoch ist dieses relativ zu dem Hohlrad 2 ortsfest. Das Hohlrad 2 ist mittels der Schräglager 5 und 6 fliegend an dem Gehäuse 7 gelagert, d.h., es ragt ausgehend von der Lagerstelle 4 frei und nicht weiter radial abgestützt hervor. Die Schräglager 25 und 26 sitzen auf einem Lagersitz 22.
2 - Die Innenringe 25 und 26 der Schräglager 5 und 6 sind durch einen entsprechenden Passsitz im Zusammenwirken mit einer axialen Vorspannung drehfest mit dem Hohlrad 2 verbunden und sitzen deshalb am Lagersitz 22 auf der Nabe 21. Der Innenring 25 des als Kegelrollenlager ausgeführten ersten Schräglagers 5 ist axial an einer Wellenschulter 34 abgestützt. Der Innenring 26 ist mittels einer Vorspannmutter 35 axial in Richtung der am Innenring 25 des ersten Schräglagers 5 ausgebildeten Außenlaufbahn 23 gegen die Wälzkörper 17 des als Schrägkugellager ausgeführten Schräglagers 6 vorgespannt. Im vorgespannten Zustand der Lagerstelle 4 verbleibt jedoch ein axialer Luftspalt zwischen den Innenringen 25 und 26. Die Vorspannung setzt sich annähernd richtungsgleich mit den Kontaktlinien K2 bis zum Außenring 15 des zweiten Schräglagers 6 fort, der in der Ebene SP an dem Außenring 14 des Schräglagers 5 abgestützt ist. Die Vorspannung bewirkt, dass die Vorspannung sich auf den Innenring 25 des ersten Schräglagers 5 überträgt, wobei dieser axial an einer Schulter 35 der Verbindung 20 bzw. des Hohlrads 2 abgestützt ist.
Bei der Montage der Getriebevorrichtung 1 wird zunächst die erste Lagerstelle 4 vorbereitet, indem die Schräglager 5 und 6 in die Gehäusebohrung 30 eingesetzt werden. Dabei stützt sich der Außenring 15 des zweiten Schräglagers 6 axial an einer Gehäuseschulter 36 ab und der Außenring 14 des ersten Schräglagers 5 ist axial mit einem Sicherungsring 37 gesichert. Die Lagerstelle 4 ist außenseitig mit einer Dichtung 38 abgedichtet, deren Dichtlippe an einer an der Vorspannmutter 35 ausgebildeten Dichtfläche 39 anliegt.
Der axiale Kontakt zwischen den Schräglagern 5 und 6 findet, wie oben schon ausgeführt, in der Radialebene SP statt, die senkrecht von der Zentralachse 8 durchstoßen ist. In der Radialebene SP schneiden sich auch die Kontaktlinien K1 und K2 der Schräglager 5 und 6 in den Schnittpunkten P1. Die Kontaktlinien K1 und K2 schneiden sich außerdem auf der Rotationsachse 9 in den Schnittpunkten P2. Der zwischen den jeweiligen Schnittpunkten P1 und P2 verlaufende Streckenabschnitt der Kontaktline K1 kreuzt senkrecht eine Rollenachse 40 der Kegelrollen and dem jeweiligen Schnittpunkt P3. Der Schnittpunkt P3 halbiert die für den Wälzkontakt notwendige effektive Rollenlänge der jeweiligen Kegelrolle. Der jeweilige zwischen den Schnittpunkten P1 und P2 verlaufende Streckenabschnitt der Kontaktlinie K2 verläuft durch den Kugelmittelpunkt 41 einer Kugel.
1 - Eine axiale Stützweite W zwischen den Schnittpunkten P2 ist vorzugsweise größer als der Abstand C. Der Abstand C ist ein Abstand zwischen dem Zahneingriff 13 und der Radialebene SP. Dabei wird von einem Mittelwert des Zahneingriffs im Betrieb der Getriebevorrichtung 1 ausgegangen, bei dem der Zahneingriff 13 axial hälftig der Zahnbreite B in der Radialebene TP stattfindet. Der axiale Abstand C zwischen der Innenverzahnung 10 und der Lagerstelle 4 an der Radialebene SP ist kleiner oder gleich dem Durchmesser D eines Lagersitzes 22 der Nabe 21, wobei der Lagersitz in diesem Fall den Durchmesser D der Nabe aufweist. Der axiale Abstand C ist als ein axialer Abstand zwischen der gedachten sowie senkrecht von der Rotationsachse 9 durchstoßenen Radialebene SP und zu der parallel zu der Radialebene SP verlaufenden Verzahnungsebene TP. Der axiale Abstand A zwischen den Schräglagern ist kleiner oder gleich dem jeweiligen axialen Abstand C oder E. Der axiale Abstand A ist der axiale Abstand zwischen den Schräglagern 5 und 6 und dabei der axiale Abstand zwischen dem in der jeweiligen, beliebigen und der Betrachtung unterworfenen Schnittebenen liegenden Schnittpunkt P3 (siehe Beschreibung 2) und Kugelmittelpunkt 41. Der Abstand E steht für den axialen Abstand zwischen der Ebene TP und den Schnittpunkten P4. Die Definition der der Lage von Schnittpunkten P4 ist von der Ausführung der Lagerstelle 27 abhängig. Schnittpunkte P4 sind zum Beispiel Kugelmittelpunkte, Schnittpunkte von Kontaktlinien von Schräglagern mit den Rollenachsen von Rollen oder mit den Kugelmittelpunkten von Kugellagern. Alternativ steht P4 auch für eine Radialebene, die wie an der Lagerstelle 4 den Kontakt zwischen zwei Schräglagern definiert.
Bezugszeichenliste

1: Getriebevorrichtung
2: Hohlrad
3: Ritzel
4: erste Lagerstelle
5: erstes Schräglager
6: zweites Schräglager
7: Gehäuse
8: Zentralachse des Hohlrades
9: Rotationsachse der Schräglager
10: Innenverzahnung
11: Ritzelachse
12: Außenverzahnung
13: Zahneingriff
14: erster Außenring
15: zweiter Außenring
16: Wälzkörper
17: Wälzkörper
18: Innenlaufbahn
19: Innenlaufbahn
20: Verbindung
21: Nabe
22: Lagersitz
23: Außenlaufbahn
24: Außenlaufbahn
25: Innenring
26: Innenring
27: zweite Lagerstelle
28: Reihe der Wälzkörper
29: Reihe der Wälzkörper
30: Gehäusebohrung
31: Rollenkäfig
32: Kugelkäfig
33: Außenverzahnung
34: Wellenschulter
35: Vorspannmutter
36: Gehäuseschulter
37: Sicherungsring
38: Dichtung
39: Dichtfläche
40: Rollenachse
41: Kugelmittelpunkt
A: Abstand
B: Zahnbreite
C: Abstand
D: Durchmesser des Lagersitzes
E: Abstand
K1: Kontaktlinie
K2: Kontaktlinie
P1: Schnittpunkt
P2: Schnittpunkt
P3: Schnittpunkt
P4: Schnittpunkt
SP: Radialebene
TP: Verzahnungsebene

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 4366727 A1 [0002, 0015]
DE 102019119696 A1 [0022]

Claims

Getriebevorrichtung (1) zumindest aufweisend ein Hohlrad (2), wenigstens ein Ritzel (3), eine erste Lagerstelle (4) mit zumindest zwei Schräglagern (5, 6) und ein Gehäuse (7), wobei - eine axial ausgerichtete Zentralachse (8) des Hohlrades (2) und eine gemeinsame Rotationsachse (9) für die Schräglager (5, 6) achsparallel aufeinander liegen, - das Ritzel (3) um eine mit radialem Abstand zur Zentralachse (8) verlaufende Ritzelachse (11) rotierbar ist, und wobei radial quer zur Zentralachse (8) gerichtet ist, - das Hohlrad (2) mit zumindest einer um die Zentralachse (8) umfangsseitig umlaufenden und radial zur Zentralachse (8) gerichteten Innenverzahnung (10) versehen ist, - das Ritzel (3) wenigstens eine um die Ritzelachse (11) verlaufende Außenverzahnung (12) aufweist, und wobei die Außenverzahnung (12) und die Innenverzahnung (10) miteinander in einem Zahneingriff (13) stehen, - jedes der Schräglager (5, 6) jeweils mit mindestens einem zumindest radial in dem Gehäuse (7) abgestützten Außenring (14, 15) und mit wenigstens einer Reihe Wälzkörper (16, 17) versehen ist, und wobei der jeweilige Außenring (14, 15) zumindest eine zumindest radial in Richtung der Rotationsachse (9) weisende Innenlaufbahn (18, 19) für Wälzkontakt mit Wälzkörpern (16, 17) aufweist, - wenigstens ein erster Außenring (14) der Außenringe (14, 15) axial direkt an einem zweiten Außenring (15) der Außenringe (14, 15) abgestützt ist und wobei der erste Außenring (14) und der zweite Außenring (15) axial gegeneinander vorgespannt sind.
Getriebevorrichtung nach Anspruch 1, in welcher wenigstens eines der Schräglager (5, 6) einen Innenring (25, 26) aufweist, welcher drehfest mit dem Hohlrad (2) wirkverbunden ist, wobei die Schräglager (5, 6) jeweils mit mindestens einer Außenlaufbahn (23, 24) für Wälzkontakt mit Wälzkörpern (16, 17) versehen sind, und wobei wenigstens eine an dem Innenring (25, 26) ausgebildete der Außenlaufbahnen (24) axial in Richtung der anderen Außenlaufbahn (23) gegen eine Reihe (28) von Wälzkörpern (17) vorgespannt ist und dabei die Wälzkörper (17) der Reihe (28) gegen eine an einem Außenring (15) der Außenringe ausgebildete der Innenlaufbahnen (19) vorgespannt ist.
Getriebevorrichtung (1) nach Anspruch 2, in welcher jedes der Schräglager (5, 6) einen Innenring (25, 26) aufweist, wobei jeder der Innenringe (25, 26) mit einer der Außenlaufbahnen (23, 24) versehen ist und wobei die Innenringe (25, 26) axial zueinander berührungslos sind.
Getriebevorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, in welcher das erste Schräglager (5) ein Kegelrollenlager mit mindestens einer Reihe (28) Kegelrollen ist und in welcher das zweite Schräglager (6) als ein Schrägkugellager mit wenigstens einer Reihe (29) Kugeln ausgeführt ist.
Getriebevorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, in welcher das Gehäuse (7) ortsfest ist und das Hohlrad (2) mittels der Schräglager (5, 6) fliegend an dem Gehäuse (7) gelagert ist.
Getriebevorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, in welcher die Ritzelachse (11) parallel zur Zentralachse (8) verläuft und in welcher das Hohlrad (2) mit dem Ritzel (3) und dabei ausschließlich nur die Außenverzahnung (12) des Ritzels (3) mit der Innenverzahnung (10) in einem Zahneingriff (13) steht.
Getriebevorrichtung (1) nach Anspruch 1, in welcher das Ritzel (3) an einer zweiten Lagerstelle (27) fliegend so gelagert ist, dass das Ritzel (3) von der zweiten Lagerstelle (27) aus axial in das Hohlrad (2) hineinragt und mit der Innenverzahnung (10) im Zahneingriff steht.
Getriebevorrichtung (1) nach Anspruch 1, in welcher das Hohlrad (2) über eine radiale Verbindung (20) mit einer Nabe (21) verbunden ist, wobei die Schräglager (5, 6) auf der Nabe (21) sitzen und wobei das Hohlrad (2) über die Nabe (21) mithilfe der Schräglager (5, 6) um die Zentralachse (8) rotierbar in dem Gehäuse (7) fliegend gelagert ist.
Getriebevorrichtung nach Anspruch 8, in welcher das erste Schräglager (5) ein Kegelrollenlager mit mindestens einer Reihe Kegelrollen ist und in welcher das zweite Schräglager (6) als ein Schrägkugellager mit wenigstens einer Reihe Kugeln ausgeführt ist, wobei das Kegelrollenlager axial auf die Verbindung (20) folgt sowie axial zwischen der Verbindung (20) und dem zweiten Schräglager (6) auf der Nabe (21) sitzt.
Getriebevorrichtung (1) nach Anspruch 1, 7 oder 8, in welcher das Gehäuse (7) ortsfest ist und das Hohlrad (2) an einer einzigen Lagerstelle mittels der Schräglager (5, 6) fliegend an dem Gehäuse (7) gelagert ist, wobei, in beliebigen entlang der Zentralachse (8) verlaufenden und die Zentralachse aufweisende Längsschnittebenen betrachtet: - ein axialer Abstand (C) zwischen der Innenverzahnung (10) und der Lagerstelle (4) kleiner oder gleich dem Durchmesser (D) eines Lagersitzes (22) der Nabe (21) ist, wobei - die Schräglager (5, 6) an dem Lagersitz (22) auf der Nabe (21) sitzen, und wobei - der axiale Abstand (C) definiert ist als ein axialer Abstand (C) zwischen einer gedachten sowie senkrecht von der Rotationsachse (9) durchstoßenen Radialebene (SP) und einer zu der Radialebene (SP) parallelen Verzahnungsebene (TP), wobei - Kontaktlinien (K), die durch die Wälzkörper (16, 17) verlaufen und die dabei zur Rotationsachse (9) geneigt sind sowie die zugleich die Rotationsachse (9) schneiden, sich an in der Radialebene (SP) liegenden Schnittpunkten (P1) kreuzen, und wobei - die Verzahnungsebene (TP) die axiale und parallel zur Zentralachse (8) gemessene Breite (B) der Innenverzahnung (10) halbiert.