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Die Erfindung betrifft eine Planetenstufe für ein Schwenkmotorgetriebe, umfassend mehrere Komponenten in Form eines Hohlrades, eines Sonnenrades und mindestens eines Planetenrades, wobei die Komponenten untereinander im Zahneingriff stehen und hierdurch miteinander gekoppelt sind, und wobei Mittel vorgesehen sind, über welche durch die Zahneingriffe der Komponenten im Zuge von Lastwechseln hervorgerufene Schallemissionen reduzierbar sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Schwenkmotorgetriebe, welches mindestens eine vorgenannte Planetenstufe umfasst.
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Wankstabilisierungssysteme kommen bei Kraftfahrzeugen zur Wankregulierung und Reduzierung von Karosserieneigungen bei Kurvenfahrten zur Anwendung. Im einfachsten Fall wird ein Wankstabilisierungssystem hierbei durch einen U-förmigen Stabilisatorstab gebildet, welcher mit einem sogenannten Stabilisatorrücken über Schulterlager seitens des Fahrzeugaufbaus angebunden ist, während ausgehend von dem Stabilisatorrücken Stabilisatorschenkel im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung zeigend zu den Radträgern führen, wo sie über Stabilisatorlenker angebunden sind. Kommt es im Zuge der Fahrt zu Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus, d. h. einer gegensinnigen Einfederbewegung der Räder der jeweiligen Achse, so sorgt der Stabilisator aufgrund einer Torsion des Stabilisatorstabes für die Erzeugung eines Rückstellmoments um die Wankachse, wodurch die Neigung des Fahrzeugaufbaus reduziert wird.
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Neben solchen, auch als passive Systeme bezeichneten Wankstabilisatoren sind aber auch aktive Wankstabilisierungssysteme bekannt, bei welchen zumeist zwei, dann im Wesentlichen L-förmig gestaltete Stabilisatorstäbe über einen zwischenliegenden Aktuator, zumeist in Form eines Schwenkmotors, miteinander gekoppelt sind. Über den Schwenkmotor kann dann ein definiertes Rückstellmoment um die Wankachse hervorgerufen werden, indem die beiden am Schwenkmotor angebundenen Stabilisatorstäbe durch den Schwenkmotor mit einem entsprechenden Torsionsmoment zueinander verdreht werden. Dabei kann selbst bei Kurvenfahrt eine horizontale Ausrichtung des Fahrzeugaufbaus erreicht werden. Abgesehen von hydraulischen Schwenkmotoren kommen teilweise auch elektrische Schwenkmotoren zum Einsatz, wobei eine Schwenkbewegung des jeweiligen Motors dann über ein Schwenkmotorgetriebe entsprechend ins Langsame zu untersetzen ist.
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Aus der
DE 10 2008 009 122 A1 geht eine Planetenstufe eines Schwenkmotorgetriebes hervor, welche sich aus mehreren Komponenten in Form eines Hohlrades, eines Sonnenrades und mehreren über einen Planetensteg geführten Planetenrädern zusammensetzt. Ein Antrieb erfolgt dabei über das Sonnenrad und der Abtrieb entweder über das Hohlrad bei festgesetztem Planetensteg oder über den Planetensteg bei festgesetztem Hohlrad. Neben drei herkömmlich gestalteten Planetenrädern führt der Planetensteg zudem ein mehrteilig gestaltetes Planetenrad, das sich aus einem massiven Teil und einem radial, sowie tangential nachgiebigen Teil zusammensetzt. Eine Verzahnung des nachgiebigen Teils ist hinsichtlich der Verzahnung des hiermit kämmenden Hohlrades mit Übermaß gestaltet, so dass stets ein spielfreies Eingreifen des Zahnkranzes des nachgiebigen Teils in die Innenverzahnung des Hohlrades stattfindet. In der Folge wird ein Verdrehspiel der Planetenstufe eingeengt und damit Schallemissionen im Zuge von Lastwechseln reduziert.
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Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Planetenstufe für ein Schwenkmotorgetriebe zu schaffen, wobei diese Planetenstufe Mittel zur Reduzierung von Schallemissionen aufweist, die mit niedrigem Aufwand vorgesehen werden können.
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Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Gemäß der Erfindung weist eine Planetenstufe mehrere Komponenten auf in Form eines Hohlrades, eines Sonnenrades und mindestens eines Planetenrades, wobei diese Komponenten untereinander im Zahneingriff stehen und hierdurch miteinander gekoppelt sind. Ferner sind Mittel vorgesehen, über welche durch die Zahneingriffe der Komponenten im Zuge von Lastwechseln hervorgerufene Schallemissionen reduziert werden können. Bevorzugt ist die Planetenstufe dabei als Minusplanetensatz gestaltet, bei welcher das mindestens eine Planetenrad sowohl mit dem radial innenliegenden Sonnenrad, als auch mit dem radial umliegenden Hohlrad jeweils im Zahneingriff steht. Unter Umständen könnte die Planetenstufe aber auch als Plusplanetensatz realisiert sein, bei welchem dann mindestens ein Planetenradpaar vorgesehen ist, wobei bei diesem Paar dann ein Planetenrad mit dem radial innenliegenden Sonnenrad und ein Planetenrad mit dem radial umliegenden Hohlrad kämmt, sowie die Planetenräder untereinander im Zahneingriff stehen.
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Erfindungsgemäß ist die Planetenstufe insbesondere Teil eines Schwenkmotorgetriebes, welches sich bevorzugt aus mehreren Planetenstufen zusammensetzt. Dabei können mehrere dieser Planetenstufen auf die erfindungsgemäße Art und Weise gestaltet sein. Das Schwenkmotorgetriebe ist dann wiederum innerhalb eines Wankstabilisierungssystems eines Kraftfahrzeuges vorgesehen, wobei bei diesem System dann insbesondere zwei Stabilisatorhälften über einen elektrischen Schwenkmotor relativ zueinander verdreht werden können. Dabei wird über das Schwenkmotorgetriebe eine Schwenkbewegung des elektrischen Schwenkmotors entsprechend ins Langsame übersetzt.
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Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass die Mittel durch mindestens ein Element aus einem elastischen Material gebildet sind, welches in den Bereich einer jeweiligen Verzahnung zumindest einer der Komponenten vorsteht, so dass diese Verzahnung der zumindest einen Komponente bei deren Drehbewegung das mindestens eine Element elastisch deformiert. Mit anderen Worten werden Schallemissionen also durch mindestens ein Element reduziert, das aus einem elastischen Material besteht und in einen Bereich einragt, welchen eine jeweilige Verzahnung zumindest einer der Komponenten bei ihrer Rotation durchläuft. Aufgrund dieses Einragens kommt es dann bei Rotation der zumindest einen Komponente zu einer Deformation des mindestens einen Elements, wobei diese Deformation dabei im elastischen Bereich liegt.
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Eine derartige Ausgestaltung einer Planetenstufe hat dabei den Vorteil, dass aufgrund der elastischen Deformation des mindestens einen Elements einer Rotation der zumindest einen Komponente der Planetenstufe ein entsprechender Widerstand entgegengesetzt wird. Dies hat dann im Zuge von Lastwechseln zur Folge, dass Relativbewegungen zwischen den miteinander im Zahneingriff stehenden Komponenten bei Anlagewechseln von Zahnflanken ebenfalls verzögert werden, was in einer Verminderung eines jeweiligen Stoßes beim erneuten Aufeinandertreffen von Zahnflanken zum Ende des jeweiligen Anlagewechsels resultiert. Insgesamt ergeben sich dementsprechend geringere Schallemissionen durch den geringer ausfallenden Stoß beim erneuten Aufeinandertreffen der Zahnflanken. Diese Art der Reduzierung von Schallemissionen lässt sich dabei mit niedrigem Herstellungsaufwand realisieren, da das Element aus dem elastischen Material nur in einem Bereich der jeweiligen Verzahnung vorzusehen ist und hierbei gegebenenfalls auch auf Standardelemente zurückgegriffen werden kann.
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Im Unterschied hierzu muss bei der
DE 10 2008 009 122 A1 ein Planetenrad als Sonderbauteil gefertigt werden, welches sich dann eben aus dem massiven Teil und dem nachgiebigen Teil zusammensetzt. Hierdurch wird der Herstellungsaufwand entsprechend erhöht.
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Zwar wird durch die Deformation des Elements ein Wirkungsgrad der Planetenstufe und damit auch ein Getriebewirkungsgrad des Schwenkmotorgetriebes verschlechtert, dies ist aber bei Schwenkmotorgetrieben aufgrund der geringen auftretenden Drehzahlen und der festen Übersetzung akzeptabel. Ferner sind Lagerreibungen von Schulterlagern zumeist im Vergleich zu der jeweiligen durch das mindestens eine Element hervorgerufenen Reibung deutlich höher.
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Im Sinne der Erfindung ist unter „einem Element aus einem elastischen Material“ ein Bauteil zu verstehen, welches aus einem Werkstoff hergestellt ist, dessen E-Modul deutlich geringer ist, als E-Module der miteinander im Zahneingriff stehenden Komponenten der Planetenstufe. Deutlich geringer meint dabei einen zumindest um den Faktor 10, insbesondere aber 100 geringeren E-Modul. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Material des mindestens einen Elements um ein Elastomermaterial, wie Gummi, Kautschuk oder auch Gummi-Metall-Kombinationen.
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Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist das mindestens eine Element ringförmig gestaltet und steht radial in den Bereich der jeweiligen Verzahnung der zumindest einen Komponente vor. In Weiterbildung dieser Ausführungsform ist das mindestens eine Element dabei auf je einer weiteren Komponente der Planetenstufe vorgesehen und sitzt axial benachbart zu einer Gegenverzahnung an dieser weiteren Komponente, wobei die jeweilige, das mindestens eine Element deformierende Verzahnung mit dieser Gegenverzahnung im Zahneingriff steht. Insofern ist das mindestens eine Element also an einem Eingriffspartner der zumindest einen Komponente vorgesehen und liegt axial benachbart zu einer Gegenverzahnung an dieser weiteren Komponente. Alternativ zu einer ringförmigen Gestaltung kann das mindestens eine Element allerdings auch eine anderweitige Formgebung aufweisen und ggf. auch axial in den Bereich der jeweiligen Verzahnung vorstehen. Eine ringförmige Gestalt des Elements, sowie dessen axial benachbarte Anordnung zu einer Gegenverzahnung ermöglicht jedoch eine einfache und kompakte Anordnung des Elements innerhalb der Planetenstufe.
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Gemäß einer denkbaren Weiterbildung der Erfindung ist die weitere Komponente das mindestens eine Planetenrad. Das Vorsehen des mindestens einen Elements seitens des mindestens einen Planetenrades ermöglicht bei entsprechender Gestaltung der Verzahnungen des Hohlrades und des Sonnenrades, d.h. deren axiale Verlängerung in den Bereich des Elements, eine Deformation sowohl über die Verzahnung des Sonnenrades, als auch des Hohlrades. In der Folge kann seitens beider Zahneingriffe Relativbewegungen zwischen den Eingriffspartnern entgegengewirkt und damit Schallemissionen reduziert werden, wobei dies dann durch je ein Element an dem jeweiligen Planetenrad möglich ist.
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Es ist eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung, dass das mindestens eine Element in jeweils einer umlaufenden Nut der je einen weiteren Komponente sitzt. Hierdurch wird das ringförmige Element sicher an der gewünschten Stelle gehalten und kann sich zudem im Zuge der elastischen Deformierung abstützen. In Weiterbildung dieser Ausgestaltungsmöglichkeit ist die jeweils eine Nut zu einer axialen Seite durch je eine Anlaufscheibe begrenzt. Des Weiteren wird die Begrenzung zu der jeweils anderen axialen Seite durch eine an der weiteren Komponente ausgestaltete Anlageschulter gebildet, welche einen die Gegenverzahnung aufweisenden Absatz definiert.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das mindestens eine Element ein O-Ring. In der Folge kann für die Reduzierung von Schallemissionen auf ein Standardbauteil zurückgegriffen werden, was den Herstellungsaufwand entsprechend mindert.
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In Weiterbildung der Erfindung ist das mindestens eine Planetenrad über je ein Lager mit erhöhter Innenreibung drehbar gelagert. Hierdurch kann durch gezielte Erhöhung einer Innenreibung ebenfalls einer Relativbewegung entgegengewirkt und dementsprechend eine Reduktion eines Stoßes im Zuge eines Anlagewechsels von Zahnflanken erreicht werden. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem je einen Lager dabei um ein Gleitlager.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, die nachfolgend erläutert wird, ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:
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1 eine Schnittansicht eines Teils einer Planetenstufe gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
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2 eine weitere Schnittansicht der Planetenstufe aus 1.
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Aus 1 geht eine Schnittansicht eines Teils einer Planetenstufe 1 hervor, welche entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gestaltet ist. Dabei ist diese Planetenstufe 1 insbesondere Teil eines Schwenkmotorgetriebes, welches neben der Planetenstufe 1 dann bevorzugt noch zwei weitere Planetenstufen aufweist. Das Schwenkmotorgetriebe ist Teil eines aktiven Wankstabilisierungssystems und dient dort einer Übersetzung einer über einen elektrischen Schwenkmotor dargestellten Schwenkbewegung.
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Wie aus 1 zu erkennen ist, setzt sich die Planetenstufe 1 aus einem Sonnenrad 2, einem Planetensteg 3 und einem – vorliegend nicht weiter dargestellten – Hohlrad zusammen. Der Planetensteg 3 führt dabei, wie insbesondere aus der weiteren Ansicht in 2 zu erkennen ist, mehrere Planetenräder 4, 5, 6 und 7, die jeweils auf je einem Planetenbolzen 8 bzw. 9 bzw. 10 bzw. 11 drehbar gelagert sind. Die Planetenräder 4 bis 7 stehen dabei jeweils sowohl mit dem radial innenliegenden Sonnenrad 2, als auch mit dem radial umliegenden Hohlrad im Zahneingriff. Dabei ist das Sonnenrad 2 als Ritzel an einer Sonnenwelle 12 ausgebildet, welche als Antrieb 13 fungiert, während ein Abtrieb 14 der Planetenstufe 1 über den Planetensteg 3 stattfindet und das Hohlrad stillgesetzt ist.
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Kaum zu vermeidende Verzahnungsspiele bei den Zahneingriffen einer Verzahnung 15 des Sonnenrades 2 und den entsprechenden Gegenverzahnungen 16 bzw. 17 bzw. 18 bzw. 19 der Planetenräder 4 bis 7 führen bei Lastwechseln und insbesondere bei geringen Anregungen zu Anlagewechseln von Zahnflanken zwischen der Verzahnung 15 und der jeweiligen Gegenverzahnung 16 bzw. 17 bzw. 18 bzw. 19. Die im Zuge des jeweiligen Anlagewechsels aufgebaute kinetische Energie resultiert dann jeweils bei einem erneuten Aufeinandertreffen der Zahnflanken in einem Stoß, wobei es bei entsprechendem Energieinhalt im Zuge des Stoßes zu Schallemissionen kommt, die den Komfort mindern.
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Um der Entstehung dieser Schallemissionen nun gezielt entgegenzuwirken, sind bei der Planetenstufe 1 mehrere Elemente 20, 21, 22 und 23 vorgesehen, die jeweils aus einem elastischen Material hergestellt sind und je einen ringförmigen Aufbau aufweisen. Konkret sind die Elemente 20 bis 23 als O-Ringe gestaltet, die axial neben den Gegenverzahnungen 16 bis 19 der Planetenräder 4 bis 7 liegend auf den Planetenrädern 4 bis 7 angeordnet sind. Dabei stehen die Elemente 20 bis 23 radial soweit vor, dass sie in den Bereich der axial über die Gegenverzahnungen 16 bis 19 hinaus verlängerten Verzahnung 15 des Sonnenrades 2 vorstehen. Dies hat dann zur Folge, dass die Verzahnung 15 des Sonnenrades 2 bei relativer Rotation des Sonnenrades 2 zu den Planetenrädern 4 bis 7 eine elastische Deformierung der Elemente 20 bis 23 hervorruft. Diese Deformierung setzt den für den Anlagewechsel verantwortlichen Relativbewegungen zwischen Sonnenrad 2 und den Planetenrädern 4 bis 7 einen entsprechenden Widerstand entgegen und reduziert dementsprechend den Aufbau einer kinetischen Energie im Zuge der Anlagewechsel der Zahnflanken. In der Folge fällt dann auch der jeweilige Stoß beim erneuten Aufeinandertreffen der Zahnflanken geringer aus, so dass im Endeffekt geringere Schallemissionen auftreten.
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Die Elemente 20 bis 23 sind bei den Planetenrädern 4 bis 7 jeweils in je einer Nut 24 bzw. 25 bzw. 26 bzw. 27 aufgenommen, die auf der einen axialen Seite durch die aufbauende Gegenverzahnung 16 bzw. 17 bzw. 18 bzw. 19, sowie auf der jeweils anderen axialen Seite durch je eine Anlaufscheibe 28 bzw. 29 begrenzt ist, von denen in 1 allerdings nur die Anlaufscheiben 28 und 29 der Planetenräder 4 und 6 zu sehen sind. Die jeweilige Nut 24 bzw. 25 bzw. 26 bzw. 27 ermöglicht dabei eine ausreichende Abstützung des jeweiligen Elements 20 bzw. 21 bzw. 22 bzw. 23 im Zuge von dessen Deformierung.
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Besonders bevorzugt, vorliegend aber nicht weiter zu sehen, treten die Elemente 20 bis 23 aber auch mit einer Innenverzahnung des in den 1 und 2 nicht weiter dargestellten Hohlrades in Kontakt, indem sie auch hier radial in den Bereich dieser Innenverzahnung vorragen. Insofern wird auch auf Seiten des Hohlrades eine Deformierung hervorgerufen, so dass auch hier Relativbewegungen entgegengewirkt wird.
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Schließlich sind für die Lagerungen der Planetenräder 4 bis 7 auf den Planetenbolzen 8 bis 11 bevorzugt Lager 30 bis 33 mit jeweils einer erhöhten Innenreibung vorgesehen, wodurch einer Rotation des jeweiligen Planetenrades 4 bzw. 5 bzw. 6 bzw. 7 auf dem jeweiligen Planetenbolzen 8 bzw. 9 bzw. 10 bzw. 11 ebenfalls ein entsprechender Widerstand entgegengesetzt wird.
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Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Planetenstufe können Schallemissionen auf einfache Art und Weise reduziert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Planetenstufe
- 2
- Sonnenrad
- 3
- Planetensteg
- 4
- Planetenrad
- 5
- Planetenrad
- 6
- Planetenrad
- 7
- Planetenrad
- 8
- Planetenbolzen
- 9
- Planetenbolzen
- 10
- Planetenbolzen
- 11
- Planetenbolzen
- 12
- Sonnenwelle
- 13
- Antrieb
- 14
- Abtrieb
- 15
- Verzahnung
- 16
- Gegenverzahnung
- 17
- Gegenverzahnung
- 18
- Gegenverzahnung
- 19
- Gegenverzahnung
- 20
- Element
- 21
- Element
- 22
- Element
- 23
- Element
- 24
- Nut
- 25
- Nut
- 26
- Nut
- 27
- Nut
- 28
- Anlaufscheibe
- 29
- Anlaufscheibe
- 30
- Lager
- 31
- Lager
- 32
- Lager
- 33
- Lager
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008009122 A1 [0004, 0011]
