DE10129418A1

DE10129418A1 - Laminierte Trägeranordnung

Info

Publication number: DE10129418A1
Application number: DE2001129418
Authority: DE
Original assignee: Torrington Co
Current assignee: Timken US LLC
Priority date: 2000-06-19
Filing date: 2001-06-19
Publication date: 2002-05-08
Also published as: JP2002098223A

Abstract

Ein laminierter Träger weist eine erste Endplatte, eine zweite Endplatte und eine Verbindung auf, die die ersten und zweiten Endplatten derart miteinander verbindet, daß dazwischen Fenster für die Anordnung von Planetenrädern gebildet sind. Wenigstens eine der ersten und zweiten Endplatten weist mehrere Materialschichten auf, die miteinander so verbunden sind, daß eine nicht gleichförmige innere Struktur ausgebildet ist.

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Trägerglieder, in denen Planetenräder gelagert sind, und insbesondere auf Trägerglieder, wie sie zum Beispiel in automatischen Planeten getrieben oder ähnlichen Getriebeanordnungen verwendet werden.

Typischerweise werden die Trägerglieder aus Gußteilen oder aus Stanzteilen hergestellt. Das Trägerglied ist das strukturelle Glied, in dem Planetenräder gelagert sind.

Ein Trägerglied, das als ein Gußstück hergestellt ist, ist als Trägerglied 10 in Fig. 1 ver anschaulicht. Planetenräder 12 sind innerhalb von Fenstern 14 des Trägerglieds 10 durch Planetenwellen 16 und Rollen 18 gelagert, um eine freie Drehung um die Planetenwellen herum zu ermöglichen. Alternativ wurden die Fenster des Trägerglieds hergestellt durch Vernieten von zwei ausgestanzten Endplatten miteinander, die durch Abstandsglieder vonein ander getrennt sind. Das Trägerglied erfordert oft nachträgliche Herstellungsvorgänge, um es für das Zusammenfügen mit anderen Komponenten vorzubereiten, um eine Trägeranordnung herzustellen, die eine wesentliche Unterkomponente des Getriebes ist. Diese nachträglichen Vorgänge können das Ausbilden und/oder Bohren von Schmiermittelzugangslöchern oder das Bearbeiten von Oberflächen umfassen, die mit anderen Komponenten zusammenarbeiten.

Solche Planetengetriebe erfordern oft zusätzliche Komponenten, um eine ausreichende Schmierung sicherzustellen und übermäßigen Verschleiß zu verhindern. Zum Beispiel können ausgetüftelte Anordnungen erforderlich sein, um Öl einzufangen und zu kanalisieren, und zahlreiche Beilagscheiben können zwischen den verschiedenen beweglichen Teilen erforder lich sein, um Verschleiß zu vermindern. Diese Komponenten erschweren das Zusammenfügen des Planetengetriebes und tragen zu den Kosten bei.

Das Vorstehende veranschaulicht Beschränkungen, die bekannterweise bei vorhandenen Vorrichtungen und Verfahren bestehen. Es ist somit ersichtlich, daß es vorteilhaft wäre, eine Alternative zu schaffen, die auf die Überwindung einer oder mehrerer der oben beschriebenen Beschränkungen gerichtet ist. Demgemäß wird eine geeignete Alternative geschaffen, die Merkmale aufweist, die mehr im einzelnen nachstehend offenbart werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird dies erreicht durch Schaffung eines laminierten Trägers für ein Planetengetriebe, wobei der laminierte Träger eine erste Endplatte, eine zweite Endplatte und Verbindungsmittel aufweist, die die ersten und zweiten Endplatten miteinander verbinden, so daß dazwischen Fenster zum Anordnen von Planetenrädern ausgebildet sind. Wenigstens eine der ersten und zweiten Endplatten weist mehrere, miteinander verbundene Schichten von Material auf, so daß eine nicht gleichförmige innere Struktur gebildet ist.

Die vorstehenden und andere Aspekte werden ersichtlich aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung bei Betrachtung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungs figuren.

Kurze Beschreibung der Zeichnungsfiguren

Fig. 1 ist eine auseinandergezogene bildliche Ansicht einer Trägeranordnung, die den Stand der Technik veranschaulicht;

Fig. 2 ist eine Endansicht der Trägeranordnung, die ein Ausführungsbeispiel des laminierten Trägers der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;

Fig. 3 ist eine Schnittansicht der Trägeranordnung von Fig. 2, wie durch die Linie 3- 3 von Fig. 2 angedeutet;

Fig. 4, 5 und 6 sind vergrößerte bildliche Ansichten einer Trägeranordnung, wobei Teile weggeschnitten sind, die weitere Ausführungsbeispiele des laminierten Trägers der vorliegenden Erfindung veranschaulichen;

Fig. 7 und 8 sind vergrößerte bildliche Ansichten einer Trägeranordnung, wobei Teile weggeschnitten sind, die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung veranschaulichen, die zusätzliche Komponenten aufweisen.

Detaillierte Beschreibung

Diese Erfindung ist auf ein Trägerglied für einen Planetenträger gerichtet, wobei eine grund sätzliche strukturelle Komponente mehrere Schichten von Material aufweist, die miteinander verbunden sind, um eine laminierte Struktur zu bilden.

Es ist bedeutend, daß die einzelnen Schichten, die typischerweise aus einem streifenförmigen Rohmaterial ausgestanzt werden, darin eingeformte Merkmale als Teil des Stanzvorgangs haben können, wodurch sekundäre Vorgänge minimiert werden. Zusätzlich können die Anzahl, die Dicke, die Stärke, die Gestalt oder das Material, das in den einzelnen Schichten verwendet wird, die Ausbildung des Trägerglieds für die beabsichtigten Anwendungsfälle optimieren. Die Kombination dieser Konstruktionsvariablen gestattet es dem Konstrukteur, die strukturellen Belastungen zu beherrschen, die während des Betriebs der Trägeranordnung auftreten.

Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen ein Trägerglied 20 der vorliegenden Erfindung, das eine erste Endplatte 22, eine zweite Endplatte 24 und Niete 26 aufweist, die die beiden Endplatten miteinander verbinden. Wenigstens eine Endplatte ist als laminierte Struktur ausgebildet. In der Darstellung ist diese Laminierung vorwiegend für die zweite Endplatte 24 gezeigt. Planetenräder 28 sind innerhalb von Fenstern 30 durch Planetenwellen 32 und Rollen 34 zur freien Drehung um die Planetenwellen gelagert. Keilnuten 36 an einem Ende und Zähne 38 am Umfang sind typisch für verschiedene Anwendungsfälle. Die Planetenwellen 32 sind mit Schmiermitteldurchgängen 40 zu den Rollen 34 und zu den Schichten der zweiten Platte 24 gezeigt.

Die Schmierung wird den Getrieberädern und den Lagern der Trägeranordnung typischer weise durch eine Reihe von miteinander verbundenen Löchern oder Kanälen zugeführt. Diese Durchgänge werden normalerweise gebohrt oder durch sekundäre Operationen ausgebildet. Jedoch können bei der laminierten Trägeranordnung der vorliegenden Erfindung Löcher in die Schichten der laminierten Struktur während (und als Teil von) dem anfänglichen Stanz vorgang eingeschnitten werden. Da die Anordnung solcher Löcher in benachbarten Schichten variiert werden kann, kann ein kompliziertes Netzwerk von miteinander verbundenen Durch gängen innerhalb des Trägerglieds geschaffen werden.

Diese miteinander verbundenen Durchgänge können so konstruiert werden, daß sie eine Schmiermittelströmung durch das Trägerglied zu Teilen der Trägeranordnung gestatten, wo die Schmierung am kritischsten ist. Solche Konstruktionen können optimal steuern, wo das Schmiermittel in die Trägeranordnung eintritt und aus ihr austritt. Löcher in den Schichten der laminierten Struktur müssen nicht rund sein. Die Löcher können längliche Schlitze sein, oder sie können in die Schichten in jeglicher Gestalt eingeschnitten werden, so daß sie ein Netzwerk von Durchgängen schaffen, das für das Einfangen, das Halten und das Weiterleiten von Schmieröl oder anderen Fluiden geeignet ist, wo immer diese in der Planetenträger anordnung benötigt werden.

Dieses Konzept ist in Fig. 4 gezeigt, wo ein Schlitz 42 bei einem der Laminate ausgebildet ist, der es gestattet, daß das Schmiermittel radial nach außen fließt. Dieser Schlitz 42 ist mit einem Querloch 44 in der Planetenwelle 32 verbunden, das seinerseits selbst mit einem axialen Loch 46 und einem zentralen Querloch 48 in der Planetenwelle verbunden ist, um eine Lagerschmierung zu schaffen. Bei einem anderen, in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbei spiel sind Löcher 56 in dem Laminat angeordnet, die das Schmiermittel von dem Schlitz 42 zu der Oberfläche zwischen dem Planetenrad 28 und dem inneren Laminat kanalisieren.

Da Öl durch rotierende Glieder in einer Planetenanordnung geschleudert wird, sind in traditioneller Weise Merkmale ausgebildet, um das Öl einzufangen und zu spezifischen Bereichen des Getriebes und der Trägeranordnung zu kanalisieren. Durch die Verwendung von in geeigneter Weise modifizierten Laminierungen können Fangvorrichtungen in die Laminierung hineinkonstruiert werden, die sonst getrennte Zusatzkomponenten erfordern würden. In Fig. 4 ist zum Beispiel der Bohrungsdurchmesser der Laminate 50 und 51 derart, daß, wenn die Laminierung komplett ist, eine Umfangsnut 52 in der Bohrung des Trä gerrandes ausgebildet ist. Diese Nut fängt geschleudertes Schmiermittel ein und kanalisiert das Schmiermittel, aufgrund der Zentrifugalkraft, in einen Schmiermittelschlitz 54 in dem Laminat und zu dem Schmiermittelloch 40 in der Planetenwelle 32.

Verschiedene Materialen können, auf der Grundlage der Trägeranwendung und -konstruktion, verwendet werden, um die Laminierung aufzubauen. Zum Beispiel kann ein gehärtetes Stahllaminat verwendet werden, wenn das Laminat einer Abreibung oder Ermüdung unter liegt, während andere Laminate in dem Träger aus billigerem, ungehärtetem Stahl hergestellt werden könnten. Andere Materialien könnten verwendet werden, wie beispielsweise geformte oder durchstochene Kunststoffe. Da moderne Analysewerkzeuge zur Verfügung stehen, um die strukturelle Integrität des Trägers zu beurteilen, kann der Konstrukteur die Trägeraus bildung durch die Geometrie und die Eigenschaften jedes Laminats in der zusammengefügten Laminierung optimieren, um den Konstruktionsanforderungen des Trägers und der Träger anordnung zu entsprechen. Die Laminatausbildungen können optimiert werden beispielsweise für strukturelle Ermüdungsstärke, thermische Stabilität und/oder minimale Verformung.

Als ein Beispiel und wie in Fig. 4 gezeigt, ist das Planetenrad 28 so gezeigt, daß es direkt gegen das innere Laminat 58 und 60 anliegt. Aufgrund der erforderlichen Verschleißeigen schaften ist dieses Laminat gehärtet, um Verschleiß zu vermindern. Die anderen Laminate erfordern diese Verschleißwiderstandsfähigkeit nicht und müssen daher nicht gehärtet werden. Somit erfordert dieses Konzept, daß nur spezifische Laminate aus den teureren Materialien hergestellt werden müssen, um solche Eigenschaften zu schaffen.

Trägeranordnungen ziehen Vorteile aus geringer Masse, weil eine geringe Masse die Ge schwindigkeit und die Beschleunigung des Getriebesatzes verbessert. Das laminierte Konzept gestattet eine Massenverminderung durch die Entfernung von Material in den Laminaten, dort wo es nicht für die Stärke erforderlich ist. Zum Beispiel können innere Laminate Löcher haben, die in sie eingeschnitten sind, allein um ihre Masse zu vermindern, aber ohne Verlust an struktureller Integrität, wenn sie in die Laminierung zusammengefügt sind. Hohlräume oder Leerstellen wie diese innerhalb der Struktur würden schwer oder unpraktisch durch traditionelle Verfahren der Trägerherstellung zu erzeugen sein.

Die Trägeranordnungen ziehen auch Nutzen aus dem Dämpfen von Geräuschen und Vi brationen. Die laminierte Konstruktion der vorliegenden Erfindung verbessert aus sich heraus solche Dämpfung. Zusätzlich können spezielle Materialien für die Laminierungen ausgewählt werden, um diese Charakteristik zu verbessern. Beispielsweise können Blei, Bronze, Kupfer, Aluminium, verschiedene Sintermetalle, Gummi und Polymere, wie Nylon und Polyamide, sowie Freiräume oder Leerstellen verwendet werden. Solche Laminierungen können unter schiedliche Dicken haben und sie können als dünne Beschichtung oder als Film aufgebracht werden.

Der laminierte Träger der vorliegenden Erfindung bietet Möglichkeiten zum Integrieren anderer Konstruktionsmerkmale in die Trägeranordnung. Zum Beispiel können Planetenwellen verwendet werden, die an ihren Enden abgestuft sind, um eine sichere mechanische Verbin dung zwischen den Schultern dieser Wellenstufen und den Trägeroberflächen zu schaffen. Dieses Konstruktionsmerkmal trägt zu der strukturellen Steifigkeit des Trägerglieds bei.

Oft wird ein vorragender Stift oder eine andere Vorrichtung auf der Planetenwelle verwendet, um eine Einrichtung zum Lokalisieren der Planetenwelle in der Anordnung in axialer Rich tung und in Umfangsrichtung zu bieten. Diese Stifte greifen üblicherweise in einen Schlitz oder in andere Merkmale in dem Trägerglied ein. Dieses Merkmal kann verwendet werden, um sicherzustellen, daß die Welle nur mit der gewünschten umfangsmäßigen oder axialen Orientierung eingebaut werden kann. Bei einem laminierten Träger können die erforderlichen Schlitze zur Aufnahme des Stifts bei solchen Anwendungen leicht in eine der Schichten der Laminierung (und ohne sekundäre Bearbeitung) eingestanzt werden, so daß sie den Stift korrekt lokalisieren. Dies ist in Fig. 5 gezeigt. Es ist zu sehen, daß das Laminat in dem Bereich ausgenommen ist, wo der Lokalisierungsstift 60 montiert ist. Diese Ausnehmung ist durch einen Schlitz in den beiden benachbarten Laminaten 62 und 64 ausgebildet.

Bei einer alternativen Konstruktion, die das Konzept des laminierten Trägers verwendet, können die Endlaminate 66 und 68 in dem Bereich einer Planetenwelle 70 massiv oder fest sein, um die Planetenwelle axial zu halten, während ein gewisser Grad von umfangsmäßiger Wellenbewegung zugelassen ist. Diese Bewegung kann eine erhöhte Ermüdungswiderstands fähigkeit der Welle schaffen und infolgedessen eine längere Ermüdungslebensdauer. Dieses Konzept ist in Fig. 6 gezeigt.

Die laminierte Ausbildung gestattet das Einfügen von Gliedern, die in traditioneller Weise zu der Trägeranordnung in nachfolgenden Zusammenfügevorgängen hinzugefügt wurden. Diese Glieder, wie beispielsweise Keilplatten oder Lagersitze, können Teil der Laminierung werden und vermindern die Kosten der Unteranordnung und der Herstellung. Das laminierte Konzept beschränkt nicht die Wahl von Materialien, Gestaltungen oder Oberflächenfinish des hin zugefügten Glieds. Ein Beispiel hierfür ist in Fig. 7 gezeigt, wo ein Keilflansch 72 als Bestandteil der Laminierung vorgesehen ist. Ein anderes Beispiel ist in Fig. 8 gezeigt, wo eine Laminatverlängerung 74 aus Lagerstahl gebildet ist, um ein Axiallager 76 zu halten. Dieses Laminat ist konstruiert, um sowohl das Lager abzustützen, als auch es für Führungs- und Zusammenbauzwecke zu halten.

Die Integrität der Laminierung kann verbessert werden durch Verwendung von eingedrückten oder erhabenen Gestaltungen in bestimmten Laminierungen, die in entsprechende Freiräume in benachbarten Laminierungen eingreifen. Dies schafft ein Mittel zur strukturellen Verriege lung der Laminierungen miteinander, um eine korrekte Orientierung der individuellen Lami nate sicherzustellen und Belastungen und Verbiegungen zu widerstehen. Auch kann die Verwendung von Lötfolien oder anderen Verfahren ein Mittel zum Verriegeln der Laminie rungen miteinander derart bieten, daß es das Zusammenfügen unterstützt und die Stärke des Trägerglieds erhöht.

Die Laminatanordnung kann verbunden und zusammengehalten werden durch jegliche Mittel, wie Verstemmen, Verkleben, Vernieten oder Verschweißen. Spezialisierte Schweißtechniken, wie zum Beispiel Elektronenstahlschweißen, können verwendet werden, um viele Schichten von Laminat zu Abstandsgliedern verschiedener Gestalten zusammenzuschweißen, um die Fenster des laminierten Trägers auszubilden. Die Konfiguration der Laminate kann derart sein, daß das Verfahren des Zusammenfügens erleichtert wird. Zum Beispiel kann durch Ausnehmungen in den Laminaten 78, wie in Fig. 7 gezeigt, ein Niet 80 (der in diesem Fall zum Zusammenhalten der Anordnung verwendet wird) bündig (oder vertieft) in Bezug auf die Oberfläche der Seitenfläche der Trägeranordnung gehalten werden.

Claims

1. Laminierter Träger für ein Planetengetriebe, wobei der laminierte Träger aufweist:
eine erste Endplatte;
eine zweite Endplatte; und
Verbindungsmittel, die die ersten und zweiten Endplatten so miteinander verbin den, daß dazwischen Fenster zum Anordnen von Planetenrädern gebildet sind;
wobei wenigstens eine der ersten und zweiten Endplatten mehrere, miteinander verbundene Schichten von Material aufweist, so daß eine nicht gleichförmige innere Struktur gebildet ist.

2. Laminierter Träger nach Anspruch 1, bei dem die nicht gleichförmige innere Struktur wenigstens eine Schicht eines unterschiedlichen Materials aufweist.

3. Laminierter Träger nach Anspruch 1, bei dem die nicht gleichförmige innere Struktur wenigstens eine Schicht mit einer unterschiedlichen Härte aufweist.

4. Laminierter Träger nach Anspruch 1, bei dem die nicht gleichförmige innere Struktur wenigstens eine Schicht aufweist, die Leerräume hat.

5. Laminierter Träger nach Anspruch 1, bei dem die nicht gleichförmige innere Struktur wenigstens einen Leerraum aufweist, der einen Weg für ein Schmiermittel bietet.

6. Laminierter Träger nach Anspruch 1, bei dem die nicht gleichförmige innere Struktur wenigstens zwei Schichten aufweist, die Leerstellen haben, die miteinander verbunden sind, um einen Weg für ein Schmiermittel zu bieten.

7. Laminierter Träger nach Anspruch 1, bei dem die nicht gleichförmige innere Struktur wenigstens eine Schicht aufweist, die gelocht ist, um längliche Schlitze zu bilden.

8. Laminierter Träger nach Anspruch 1, bei dem die mehreren Materialschichten abgestuf te Ausnehmungen bilden, um abgestufte Planetenwellen aufzunehmen.

9. Laminierter Träger nach Anspruch 1, bei dem die mehreren Materialschichten eine Ausnehmung aufweisen, um einen Lokalisierungsstift aufzunehmen, der von einer Planetenwelle vorragt.

10. Laminierter Träger nach Anspruch 1, bei dem die mehreren Materialschichten Aus nehmungen aufweisen, um Planetenwellen aufzunehmen, sowie Endlaminate, die in einem die Ausnehmungen überlagernden Bereich massiv oder fest sind, um die Plane tenwellen zu halten und einen gewissen Grad von Umfangsbewegung für die Wellen zuzulassen.

11. Laminierter Träger nach Anspruch 1, bei dem die mehreren Materialschichten allgemein die Form von flachen Ringen haben und Bohrungsdurchmesser derart haben, daß eine Umfangsnut in der Bohrung des laminierten Trägers ausgebildet ist, um einen Kanal für ein Schmiermittel zu bilden.

12. Laminierter Träger nach Anspruch 1, bei dem die mehreren Materialschichten durch Nieten verbunden sind und wobei die mehreren Schichten so gestaltet sind, daß es möglich ist, die Enden der Nieten in Ausnehmungen anzuordnen.

13. Laminierter Träger nach Anspruch 1, bei dem die mehreren Materialschichten zurückge setzte und erhabene Gestalten derart aufweisen, daß eine strukturelle Verriegelung zwischen benachbarten Schichten geschaffen ist.

14. Laminierter Träger nach Anspruch 1, bei dem die mehreren Materialschichten mit einander durch Verstemmen verbunden sind.

15. Laminierter Träger nach Anspruch 1, bei dem die mehreren Materialschichten mit einander durch Vernieten verbunden sind.

16. Laminierter Träger nach Anspruch 1, bei dem die mehreren Materialschichten mit einander durch Verkleben verbunden sind.

17. Laminierter Träger nach Anspruch 1, bei dem die mehreren Materialschichten mitein ander durch Schweißen verbunden sind.