DE102009005682A1

DE102009005682A1 - Lagereinheit für Planetengetrieberitzel

Info

Publication number: DE102009005682A1
Application number: DE102009005682A
Authority: DE
Inventors: Joseph Young-Long Ann Arbor Chen; Jack M. Woodhaven Gayney; Angela P. Willis Willis; Hun J. Novi Kim
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-01-25
Filing date: 2009-01-22
Publication date: 2009-08-06
Also published as: US8062165B2; CN101493117B; US20090190870A1; CN101493117A

Abstract

Eine Nadellageraußenring- und Druckscheibeneinheit bewirkt eine verbesserte Schmierung für ein Ritzel eines Planetengetriebes. Die Lagerring- und Druckscheibeneinheit wird paarweise verwendet, wobei die Lagerringe innerhalb des Planetenrades oder Ritzels angeordnet sind und die Druckscheiben den Endflächen des Planetenrades oder Ritzels benachbart angeordnet sind. Jede Einheit umfasst einen zylindrischen Lagerabschnitt mit einer balligen, d.h. konvexen Innenfläche, die an einem Ende an einer Druckscheibe befestigt ist. Die Außenfläche der Druckscheibe enthält mehrere flache radiale Kanäle oder Nuten. Von der mit Nuten versehenen Fläche der Druckscheibe zu ihrer gegenüberliegenden Fläche innerhalb des zylindrischen Lagerabschnitts erstrecken sich mehrere Öldurchgänge.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenlegung betrifft eine Lagereinheit für ein Ritzel eines Planetengetriebes und spezieller eine Außenringlager- und Druckscheibeneinheit für ein Ritzel oder Planetenrad eines Planetengetriebes.
HINTERGRUND
Die Angaben in diesem Abschnitt liefern nur Hintergrundinformationen, die auf die vorliegende Offenlegung bezogen sind und können Stand der Technik darstellen oder nicht.
Planetengetriebe sind eine Stütze vieler mechanischer Kraftübertragungsvorrichtungen. Solche Vorrichtungen umfassen ein zentral angeordnetes Sonnenrad, einen um das Sonnenrad herum angeordneten Planetenträger, der mehrere, typischerweise drei oder vier, Planetenräder drehbar trägt, und ein äußeres Hohlrad. Die Planetenräder befinden sich sowohl mit dem Sonnenrad als auch dem Hohlrad im Dauereingriff. Abhängig davon, welche Elemente angetrieben und unbeweglich gehalten werden sowie von der Anzahl von Zähnen auf den verschiedenen Zahnrädern kann durch diese Vorrichtungen eine außergewöhnliche Anzahl von Übersetzungsstufen erzielt werden.
In vielen Anwendungen, wie Kraftfahrzeug-Automatikgetrieben, werden Mehrfach-Planetengetriebe genutzt, um mehrere sequenziell geordnete Übersetzungsstufen zur Verfügung zu stellen, welche die Leistungs- und Drehmomentabgabe des Motors vervollständigen und außergewöhnliches Betriebsverhalten und sparsamen Kraftstoffverbrauch bewirken.
In einigen Automatikgetrieben mit Mehrfach-Planetengetrieben kann die Nennbetriebsdrehzahl bestimmter Planetenräder oder Ritzel ziemlich hoch sein. Hohe Betriebsdrehzahlen können auf Zuverlässigkeit und Lebensdauer wirken. Ein zweiter Faktor, der Zuverlässigkeit und Lebensdauer beeinflusst, ist die Belastung, das Drehmoment oder die Gesamtleistung, d. h. Drehzahl mal durch ein Ritzel aufgenommenes oder übertragenes Drehmoment. Folglich richtete sich große Anstrengung darauf, eine akzeptable Leistung und Lebensdauer von Planetengetrieben im Allgemeinen und im Besonderen von Planetenrädern zu gewährleisten, die hohen Betriebsdrehzahlen, Drehmomenten und hoher Leistung ausgesetzt sind.
Viele verschiedene Ansätze haben sich auf das Planetenritzel und die Montage von Welle und Lagereinheit desselben konzentriert. Zum Beispiel wurden Oberflächengüte und Härte der Ritzelbohrung sowie ihre Geradheit verbessert. Die Profilierung der Ritzelwelle und die Endprofilierung der Lagernadeln wurden optimiert. Zwischen dem Planetenrad oder Ritzel und dem Planetenträger wurden beschichtete Druckscheiben verwendet.
Aus der vorhergehenden Erörterung wird ersichtlich, dass Verbesserungen an dieser Technologie wünschenswert sind, worauf die vorliegende Erfindung gerichtet ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung stellt eine verbesserte Lageraußenring- und Druckscheibeneinheit für ein Ritzel eines Planetengetriebes bereit. Lager ring und Druckscheibeneinheit werden paarweise verwendet, wobei die Lagerringe innerhalb des Planetenrades oder Ritzels angeordnet sind und die Druckscheiben benachbart zu den Stirnflächen des Planetenrades oder Ritzels angeordnet sind. Jede Einheit umfasst einen zylindrischen Lagerabschnitt mit einer balligen, d. h. konvexen Innenfläche, die an einem Ende an einer Druckscheibe befestigt ist. Die äußere Fläche der Druckscheibe enthält eine Vielzahl flacher radialer Kanäle oder Nuten. Von der Innenseite des zylindrischen Lagerabschnitts erstrecken sich durch die Druckscheibe mehrere Ölaustrittsöffnungen in die mit Nuten versehene Fläche. Das konvexe Profil des zylindrischen Abschnitts verringert lokale Axialspannung, die durch das Drehmoment der Planetenschrägstirnräder hervorgerufen wird. Die Flächennuten auf der Druckscheibe wirken wie eine Radialkreiselpumpe, die Schmiermittel aus der Nadellagereinheit zieht. Der Ölfilm zwischen Druckscheibe und Planetenträger bewirkt einen hydrodynamischen Effekt, der diese Flächen trennt, wodurch Verschleiß reduziert und Gleitreibung verbessert werden.
Weitere Aufgaben, Vorteile und Anwendbarkeitsbereiche erschließen sich aus der hier bereitgestellten Beschreibung. Es soll verständlich werden, dass die Beschreibung und spezielle Beispiele nur zum Zweck der Darstellung beabsichtigt sind und den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken sollen.
ZEICHNUNGEN
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Darstellungszwecken und sollen in keiner Weise den Umfang der vorliegenden Offenbarung einschränken.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Planetengetriebes mit weg gebrochenen Abschnitten, die die vorliegende Erfindung einbezieht;
2 ist die bruchstückhafte Schnittansicht eines Abschnitts eines Trägers eines Planetengetriebes mit einem Planetenrad oder Ritzel und einer Außenring- und Druckscheibeneinheit gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine Ansicht der Stirnseite einer Außenring- und Druckscheibeneinheit gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 ist die vergrößerte, bruchstückhafte Ansicht einer Druckscheibe nach der vorliegenden Erfindung im Seitenriss; und
5 ist eine vergrößerte Ansicht einer Außenring- und Druckscheibeneinheit nach der vorliegenden Erfindung im Seitenriss und Halbschnitt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhaft und soll die vorliegende Offenlegung, Anwendung oder Einsatzzwecke nicht einschränken.
Mit Bezug jetzt auf 1 und 2 ist ein typisches und beispielhaftes, die vorliegende Erfindung enthaltendes Planetengetriebe dargestellt und allgemein durch die Bezugszahl 10 bezeichnet. Das Planetengetriebe 10 umfasst ein zentral angeordnetes Sonnenrad 12, das an einer Welle 14 befestigt ist. Konzentrisch um das Sonnenrad 12 und die Welle 14 herum ist ein Planeten- oder Ritzelträger 16 angeordnet. Der Planetenträger 16 positioniert und trägt mehrere, typischerweise drei oder vier Planetenräder oder Ritzel 20. Normalerweise umgibt den Planetenträger 16 ein Hohlrad (nicht dargestellt) mit einer Getriebeverzahnung, die jeweils mit den Planetenrädern oder Ritzel 20 kämmt. Jedes dieser Planetenräder oder Ritzel 20 ist auf einer Einfach- oder Doppel-Nadellagereinheit 22 drehbar gelagert, die wiederum auf einem Hohlwellenstumpf oder einer Ritzelwelle 24 gelagert ist, die durch geeignete Mittel wie zum Beispiel Verkerben, Punktschweißen oder einen Presssitz an dem Planetenträger 16 befestigt ist. Der Wellenstumpf oder die Ritzelwelle 24 bilden einen axialen Schmierkanal 26, der zwei radiale Durchgangsöffnungen 28 aufweist, von denen sich eine in der Mitte des Wellenstumpfes oder der Ritzelwelle 24 öffnet und die andere davon mit einem Schmierkanal 32 in dem Planetenträger 16 fluchtet. Der axiale Schmierkanal 26 wird normalerweise durch Bohren ausgebildet, womit ein Abdichtstopfen oder eine Kugel 34 in der Nähe des Endes des axialen Schmierkanals 26 zum Absperren desselben angeordnet ist.
Um den Umfang jeweils von der Einfach- oder Doppel-Nadellagereinheit 22 herum befindet sich ein gegenüberliegendes Paar von Außenring- und Druckscheibeneinheiten 40 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das hier verwendete „gegenüberliegend" bedeutet einfach, dass zwei der Außenring- und Druckscheibeneinheiten 40 symmetrisch oder spiegelbildlich auf jeweils gegenüberliegenden Seiten der Planetenräder oder Ritzel 20 angeordnet sind. Wie in 2 dargestellt wird, ist bei einer Verwendung von zwei Nadellagereinheiten 22 ein Abstandsring oder eine Zwischenscheibe 38 vorzugsweise zwischen den Nadellagereinheiten 22 und den zwei Außenring- und Druckscheibeneinheiten 40 angeordnet. Wenn eine Einfach-Nadellagereinheit 22 verwendet wird, wird kein Abstandsring oder keine Zwischenscheibe 38 genutzt, und die Außenring- und Druckscheibeneinheiten 40 können stumpf aneinander stoßen.
Mit Bezug jetzt auf 2 und 3 umfasst jede der Außenring- und Druckscheibeneinheiten 40 eine Druckscheibe größeren Durchmessers oder Scheibe 42 und einen koaxialen zylindrischen Abschnitt 44 kleineren Durchmessers, die zusammen das bilden, was oft als „Zylinderausführung" bezeichnet wird. Die Druckscheibe oder Scheibe 42 enthält eine Vielzahl von radialen Wellungen, die durch mit erhöhten Stegen 48 verschachtelten Nuten 46 gebildet sind. Es wurde herausgefunden, dass zwölf der Nuten 46 (und der erhöhten Stege 48) eine gute Schmierung bewirken, es wird jedoch erwartet, dass weniger Nuten 46 und Stege 48 wie zum Beispiel 6, 8 oder 10, oder mehr Nuten 46 und Stege 48 wie zum Beispiel 14, 16, 18 oder 20, in anderen Situationen ein gutes Betriebsverhalten bewirken können.
Wie in 4 dargestellt wird, beträgt die Tiefe der Nuten 46 im Verhältnis zu den erhöhten Stegen 48 der Druckscheibe oder Scheibe 42 normalerweise etwa 0,5 mm (0,0197 Zoll), obwohl erwartet wird, dass geringfügig tiefere oder flachere Nuten 46 in anderen Situationen und unter anderen Betriebszuständen ein gutes Betriebsverhalten bewirken können. Die Nuten 46 gehen in einen ausgesparten, mittleren kreisförmigen Bereich 52 über, der um eine kreisförmige Öffnung 56 herum angeordnet ist, die den Hohlwellenstumpf oder die Ritzelwelle 24 aufnimmt. Mehrere, vorzugsweise vier, axiale Schmieröffnungen 58 erstrecken sich durch die der kreisförmigen Öffnung 56 benachbarten Druckscheibe oder Scheibe 42 in das Innere des koaxialen zylindrischen Abschnitts 44.
Mit Bezug jetzt auf 5 umfasst der koaxiale zylindrische Abschnitt 44 an seiner Innenseite eine erste abgeschrägte oder schiefe Fläche 62 am Ende gegenüber der Druckscheibe oder Scheibe 42. Eine zweite abgeschrägte oder schiefe Fläche 64 liegt auf der Außenseite des zylindrischen Abschnitts 44 unmittelbar an der ersten schiefen Fläche 62. Der zylindri sche Abschnitt 44 umfasst eine gekrümmte oder konvexe Innenfläche 66, wobei die Enden der konvexen Fläche 66 einen Durchmesser bilden, der nur geringfügig größer ist als der Durchmesser der axialen Mitte der Fläche 66. Vorzugsweise beträgt der Radius der gekrümmten oder konvexen Fläche 66 mindestens 152,4 bis 177,8 mm (6 oder 7 Zoll) oder mehr. Es wird eine ganz konvexe Fläche 66, das heißt, eine konvexe Fläche, die an ihrer Mitte einen kleineren Durchmesser aufweist, mit großen Durchmessern an beiden Enden wie dargestellt ist, mit Zweifach- oder Doppel-Nadellagereinheiten 22 und dem Abstandsring oder der Zwischenscheibe 38 genutzt. Wenn eine Einfach-Nadellagereinheit 22 mit einem Planetenrad oder Ritzel 20 genutzt wird, umfasst nur das innere Ende den konvexen Bereich größeren Durchmessers, wenn der zylindrische Abschnitt 44, das heißt das Ende, die abgeschrägten oder schiefen Flächen 62 und 64 umfasst. Diese gekrümmte oder konvexe Fläche 66 verringert die lokale Axialspannung, die durch das Drehmoment der Planetenräder oder Ritzel 20 hervorgerufen wird, wenn sie eine Schrägverzahnung aufweisen.
Die Außenring- und Druckscheibeneinheit 40 kann ein normiertes Bauelement sein oder sie kann zusammengesetzt sein aus der Druckscheibe größeren Durchmessers oder Scheibe 42 und dem koaxialen zylindrischen Abschnitt 44 kleineren Durchmessers, die an mehreren Schweißungen 68 miteinander punktgeschweißt sind, von denen eine in 5 dargestellt ist.
Es wird deutlich, dass die Außenring- und Druckscheibeneinheit 40 eine verbesserte Schmierung der Planetenräder oder Ritzel 20 eines Planetengetriebes 10 bewirkt. Vor allen Dingen wirken die Flächennuten 46 auf der Druckscheibe oder Scheibe 42 wie eine Radialkreiselpumpe, die Schmierfluid durch die Nadellagereinheiten 22 und aus diesen heraus saugt. Als Nächstes erzeugt der Fluidfilm zwischen der Druckscheibe oder Scheibe 42 und dem Planetenträger 16 eine hydrodynamische Wirkung, die diese Flächen trennt, wodurch der Verschleiß verringert und die Gleitreibung verbessert werden.
Die Beschreibung der Erfindung ist nur beispielhaft und Änderungen, die nicht vom Wesentlichen der Erfindung abweichen, sind innerhalb des Umfangs der Erfindung beabsichtigt. Solche Änderungen sollen nicht als eine Abweichung, weder vom Geist noch vom Umfang der Erfindung oder den folgenden Patentansprüchen, betrachtet werden.

Claims

Außenring- und Druckscheibeneinheit für ein Ritzel eines Planetengetriebes, umfassend, in Kombination, eine kreisförmige Scheibe mit mehreren radialen Wellungen, die erhöhte und vertiefte Abschnitte aufweisen, eine mittlere Öffnung, die einen ersten Durchmesser bildet, und mehrere benachbart zu dieser Öffnung angeordnete Durchlassöffnungen, sowie einen zylindrischen Körperabschnitt, der sich von der kreisförmigen Scheibe erstreckt, die einen Innendurchmesser, der größer als der Durchmesser der mittleren Öffnung ist, und eine gekrümmte Innenfläche aufweist.
Außenring- und Druckscheibeneinheit nach Anspruch 1, bei der die mehreren radialen Wellungen zwischen zehn und zwölf umfassen.
Außenring- und Druckscheibeneinheit nach Anspruch 1, bei der die vertieften Abschnitte eine Tiefe von etwa 0,5 Millimeter aufweisen.
Außenring- und Druckscheibeneinheit nach Anspruch 1, bei der die mehreren Durchlassöffnungen in einer Anzahl von vier vorliegen.
Außenring- und Druckscheibeneinheit nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend eine abgeschrägte Fläche an einem Ende des zylindrischen Körperabschnitts gegenüber der kreisförmigen Scheibe.
Außenring- und Druckscheibeneinheit nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend einen vertieften kreisförmigen Bereich, der um die kreisförmige Öffnung herum angeordnet ist und in die vertieften Abschnitte übergeht.
Außenring- und Druckscheibeneinheit zum Tragen eines Zahnrades, umfassend, in Kombination, eine Scheibe mit einer Vielzahl von erhöhten Rippen, die mit einer gleichen Vielzahl von eingelassenen Nuten verschachtelt sind, einer mittleren Öffnung und mehreren Schmierdurchlassöffnungen, die benachbart zu dieser Öffnung angeordnet sind, und einen zylindrischen Körper, der sich von der Scheibe erstreckt, wobei der Körper einen Innendurchmesser, der größer ist als ein Durchmesser der mittleren Öffnung, und eine Innenfläche aufweist, die einen Bereich kleineren Durchmessers umfasst, der in einen Bereich größeren Durchmessers übergeht.
Außenring- und Druckscheibeneinheit nach Anspruch 7, bei der die Vielzahl von radialen Wellungen in einer Zahl zwischen zehn und zwölf vorliegt.
Außenring- und Druckscheibeneinheit nach Anspruch 7, bei der die vertieften Nuten eine Tiefe von etwa 0,5 Millimeter aufweisen.
Außenring- und Druckscheibeneinheit nach Anspruch 7, bei der die mehreren Schmierdurchlassöffnungen in einer Anzahl von vier vorliegen.
Außenring- und Druckscheibeneinheit nach Anspruch 7, des Weiteren umfassend eine abgeschrägte Fläche an einem Ende des zylindrischen Körpers gegenüber der Scheibe.
Außenring- und Druckscheibeneinheit nach Anspruch 7, des Weiteren umfassend einen vertieften kreisförmigen Bereich, der um die kreisförmige Öffnung herum angeordnet ist und in die vertieften Nuten übergeht.
Außenring- und Druckscheibeneinheit nach Anspruch 7, bei der die Innenfläche konvex gewölbt ist.
Planetenträgereinheit, gekennzeichnet durch einen Planetenträger, mehrere in dem Träger gelagerte Wellenstümpfe, zumindest eine Nadellagereinheit, die an jedem der Wellenstümpfe angeordnet ist, ein Planetenrad, das an jedem der Wellenstümpfe und den Nadellagereinheiten angeordnet ist, ein Paar von Außenring- und Druckscheibeneinheiten, die zwischen den Nadellagereinheiten und jedem der Planetenräder angeordnet sind, wobei die Außenring- und Druckscheibeneinheiten eine Scheibe enthalten, die eine Vielzahl von erhöhten radialen Flächen, die mit einer Vielzahl von vertieften Flächen verschachtelt sind, eine mittlere Öffnung und eine Vielzahl von dieser Öffnung benachbarten Durchlassöffnungen und einen zylindrischen Körper aufweist, der sich von der Scheibe erstreckt und eine konvexe Innenfläche aufweist, die einen Durchmesser bildet, der größer ist als die mittlere Öffnung.
Planetengetriebe nach Anspruch 14, bei der die Vielzahl von erhöhten radialen Flächen in einer Anzahl zwischen zehn und zwölf vorliegt.
Planetengetriebe nach Anspruch 14, bei der die vertieften Flächen eine Tiefe von etwa 0,5 Millimeter aufweisen.
Planetengetriebe nach Anspruch 14, bei der die Vielzahl von Durchlassöffnungen in einer Anzahl von vier vorliegt.
Planetengetriebe nach Anspruch 14, des Weiteren umfassend eine abgeschrägte Fläche an einem Ende des zylindrischen Körpers gegenüber der Scheibe.
Planetengetriebe nach Anspruch 14, des Weiteren umfassend einen vertieften kreisförmigen Bereich, der um die mittlere Öffnung herum angeordnet ist und die vertieften Nuten verbindet.