DE102015200463B4

DE102015200463B4 - Planetenradlagerung mit axial und radial abgestützter Hülse

Info

Publication number: DE102015200463B4
Application number: DE102015200463.5A
Authority: DE
Inventors: Alexander Pabst
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-01-14
Filing date: 2015-01-14
Publication date: 2017-02-02
Anticipated expiration: 2035-01-15
Also published as: DE102015200463A1

Abstract

Planetenradlagerung (1, 41) in einem Planetengetriebe, umfassend einen Planetenträger (2) mit zwei parallel zueinander beabstandeten Wandungen (3, 4), die in mehreren jeweils achsgleich gegenüberliegenden Axialbohrungen (5, 6) eine Mehrzahl von Planetenradbolzen (9) aufnehmen, auf denen jeweils ein Planetenrad (10) über zumindest eine in eine zentrale Bohrung (13) eingesetzte Lagerung in Verbindung mit einer Hülse (14, 15; 44, 45) drehbar gelagert ist, wobei beidseitig zwischen Stirnseiten (32, 33) des Planetenrades (10) und den Wandungen (3, 4) des Planetenträgers (2) ein Ringspalt (26, 27) oder ein im Ringspalt (26, 27) eingreifendes Anlaufelement (24, 25) vorgesehen ist, und wobei die Planetenradlagerung (1, 41) zwei Wälzlager (11, 12) sowie zwei Z-förmig gestaltete Hülsen (14, 15) oder zwei L-förmig gestaltete Hülsen (44, 45) einschließt, die im Einbauzustand jeweils die Wälzkörper (18, 19) der Wälzlager (11, 12) außenseitig umschließen, wobei jeder der Planetenradbolzen (9) zweiteilig aufgebaut ist, wobei der jeweilige Planetenbolzen (9) zwei Zapfenbolzen (7, 8) umfasst, die jeweils eine Stirnseite (22, 23) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Z-förmige Hülse (14, 15) oder die L-förmige Hülse (44, 45) an der Stirnseite (22, 23) des jeweiligen Zapfenbolzens abgestützt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Planetenradlagerung eines Planetengetriebes, umfassend einen Planetenträger mit mehreren auf Planetenradbolzen drehbar gelagerten Planetenrädern gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
Planetengetriebe in bekannter Bauweise werden bevorzugt in Getrieben von Kraftfahrzeugen eingesetzt und umfassen koaxial angeordnete Bauteile, wie ein Sonnenrad, Planetenträger und ein Hohlrad, sowie auf konstantem Achsabstand im Planetenträger drehbar angeordnete Planetenräder. Der Antrieb erfolgt beispielsweise über das Sonnenrad, während über die Planetenräder die Drehbewegung auf den mit einer Abtriebswelle verbundenen Planetenträger übertragen wird, wobei durch das Abwälzen der Planetenräder im Hohlrad eine Übersetzung erfolgt.
Die DE 10 2013 207 780 A1 zeigt eine Planetenradlagerung in einem Planetengetriebe, die im Wesentlichen einen Planetenträger mit zwei parallel zueinander angeordneten Seitenwänden umfasst, in denen ein Planetenradbolzen aufgenommen ist, auf dem ein Planetenrad wälzgelagert drehbar positioniert ist. Die als Nadeln ausgebildeten Wälzkörper sind dabei unmittelbar innenseitig auf dem Planetenradbolzen und außenseitig an der Innenwandung der zentralen Bohrung des Planetenrades geführt. Eine axiale Abstützung des Planetenrades erfolgt über als Axiallager ausgebildete Nadellager, die jeweils in einem axial von der Seitenwand des Planetenträgers und einer Stirnseite des Planetenrades begrenzten Ringspalt eingesetzt sind.
Aus der US 4 617 839 A ist eine Planetenradlagerung eines Planetengetriebes bekannt, bei dem ein Planetenradbolzen in Sacklochbohrungen von gegenüberliegenden Seitenwänden eines Planetenträgers lagefixiert ist. Der Aufbau des Planetenrades umfasst einen rohrförmig gestalteten Körper mit einer Außenverzahnung, in den beidseitig jeweils ein gestufter, vorstehender Abschnitt eines Scheibenelements eingepresst ist, wodurch gleichzeitig eine axiale Breite des Planetenrades definiert ist. Die Scheibenelemente sind mittels einer Gleitlagerung auf dem Planetenradbolzen drehbar angeordnet, wozu der Planetenradbolzen durch eine zentrale Bohrung der Scheibenelemente geführt ist.
DE 10 2009 005 682 A1 zeigt Planetenradlagerungen von Planeten auf Planetenbolzen. Die Planetenradlagerung ist aus zwei Wälzlagern mit zwei L-förmig gestalteten hülsenförmigen Außenringen gebildet. Die Außenringe sitzen im Planetenrad und umschließen im Einbauzustand jeweils die Wälzkörper außenseitig.
Weitere zweireihige Planetenradlagerungen zur Lagerung von Planetenrädern auf einem Planetenbolzen sind mit DE 10 2011 005 240 A1 offenbart. Die Außenringe der Wälzlager weisen verschiedene Formen, beispielsweise in Gestalt eines Z-förmigen Profils auf.
Mit JP 2006-349 046 A sind zweireihige Planetenlagerungen offenbart, in der der Planetenbolzen durch einteilig mit dem Planetenträger ausgebildeten Zapfenbolzen gebildet sind. Auf jedem Zapfenbolzen sitzt ein Schrägkugellager. Die Schrägkugellager sind axial gegeneinander angestellt. Dazu sitzt das jeweilige Schrägkugellager mit einem Innenring auf dem jeweiligen Zapfen und mit einem Außenring in dem Planetenrad. Der jeweilige Innenring ist dabei axial an dem Planetenträger und der jeweilige Außenring an einer Schulter im Planetenrad abgestützt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Planetenradlagerung mit reduzierter Reibleistung anzubieten, die mit einfachen Mitteln kostengünstig realisierbar ist.
Diese Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäß ausgebildeten Planetenradlagerung werden in den Unteransprüchen beschrieben.
Es ist eine zweireihige, zwei getrennte Wälzlager umfassende Planetenradlagerung vorgesehen, die weiterhin zwei L-förmige Hülsen oder zwei Z-förmige Hülsen einschließt, wobei die auch als Buchsen zu bezeichnenden Hülsen jeweils die Wälzkörper eines der zwei axial zueinander versetzten Wälzlager der Planetenradlagerung außenseitig umschließen. Erfindungsgemäß sind die L-förmigen Hülsen oder die Z-förmigen Hülsen im Einbauzustand an der Stirnseite des jeweiligen Zapfenbolzens abgestützt. Unabhängig von der geometrischen Ausgestaltung sind die Hülsen so eingesetzt, dass diese einen Axialschub des Planetenrades aufnehmen, wodurch eine unmittelbare Abstützung und Führung des Planetenrades an den Wandungen des Planetenträgers unterbleibt. Durch die erfindungsgemäße Lagerung, bei der das Planetenrad über die Hülsen auf den Wälzkörpern von zwei Wälzlagern der Planetenradlagerung abgestützt und gelagert ist, kann eine Bearbeitung der Wälzkörperlaufbahn an der Innenwandung des Planetenrades im Vergleich zu bisherigen Lösungen vorteilhaft entfallen. Dieser Kostenvorteil ist durch die Verwendung der Hülsen realisierbar, die mit einfachen Mitteln kostengünstig herstellbar sind. Weiterhin stellt sich mit der erfindungsgemäßen Planentenradlagerung eine gewünschte reduzierte Reibleistung und reduzierter Verschleiß ein, da ein Axialschub des Planetenrades von der Hülse aufgenommen und auf den Planetenträger und/oder den Planetenradbolzen übertragen wird.
Die Erfindung sieht vor, einen zweiteilig aufgebauten, zwei Zapfenbolzen umfassenden Planetenradbolzen einzusetzen.
Jeder Zapfenbolzen bildet eine konvexförmig gestaltete, auch als Kuppe zu bezeichnende Stirnseite, an der die Z-förmige oder die L-förmige Hülse abgestützt ist. Durch diese Stirnseitenkontur stellt sich ein weitestgehend punktförmiger, reibungsoptimierter, die Reibleistung reduzierender Kontakt zwischen der Hülse und dem Zapfenbolzen ein.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Planetenradlagerung umfasst entgegengesetzt zu den radial nach außen weisenden Anlauf- bzw. Umlaufelementen endseitig positionierte Anlaufringe, an denen ein Wälzkörperkäfig des Wälzlagers beidseitig geführt ist. Die Anlaufringe bzw. Anlaufscheiben sind zur Führung von Wälzkörperkäfigen der bevorzugt als Nadellager ausgebildeten Wälzlager bestimmt. Alternativ dazu kann der jeweilige Anlaufring zur Führung von auch als Nadelkränze zu bezeichnenden Wälzkörpern eines vollrolligen Nadelsatzes vorgesehen werden. Vorzugsweise ist ein erster auch als Anlaufscheibe zu bezeichnender Anlaufring einstückig mit der U-förmigen Hülse verbunden und ein zweiter Anlaufring kraftschlüssig auf dem Planetenradbolzen lagefixiert. Abweichend zu unterschiedlich positionierten Anlaufringen bietet es sich an, das Wälzlager über Anlaufringe zu führen, die übereinstimmend auf dem Planetenradbolzen kraftschlüssig lagefixiert sind oder mit der U-förmigen Hülse eine Baueinheit bilden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Planetenradlagerung umfasst eine Z-förmig gestaltete Hülse mit einem radial nach außen weisenden Anlaufelement sowie einen radial nach innen gerichteten Bord. Im Einbauzustand ist das Anlaufelement in einem von dem Planetenrad und dem Planetenträger axial begrenzten Ringspalt eingefügt und der radial nach innen weisende Bord ist an der Stirnseite des Zapfenbolzens abgestützt. Bevorzugt sind die einen Planetenradbolzen bildenden Zapfenbolzen axial voneinander beabstandet lagefixiert eingebaut, so dass die radial nach innen ausgerichteten Borde der Z-förmigen Hülsen ebenfalls beabstandet angeordnet sind. Außerdem schließt zumindest eine Z-förmige Hülse versetzt zu dem radialen Bord einen zur Führung des Wälzkörperkäfigs vom Wälzlager bestimmten Anlaufring ein, der radial entgegengesetzt zum Anlaufelement ausgerichtet ist. Zur Führung des weiteren Wälzlagers ist ein Anlaufring auf einem Zapfenbolzen kraftschlüssig lagepositioniert.
Die L-förmig gestalteten Hülsen bilden einen radial nach innen gerichteten, an einer Stirnseite des Zapfenbolzens abgestützten Bord. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind im Einbauzustand der Planetenradlagerung die radial nach innen zeigenden Borde der L-förmigen Hülse axial gegeneinander anliegend abgestützt. Gegenseitig bzw. axial versetzt zu den Borden bildet die L-förmige Hülse einen ebenfalls radial nach innen gerichteten Ansatz, an dem der Wälzkörperkäfig des Wälzlagers geführt ist. Über den Ansatz steht weiterhin jede Hülse in einer Wirkverbindung zu einem in einer Ringnut des Planetenrades eingesetzten Sicherungsring, wodurch sich eine Führung des Planetenrades gegenüber dem Planetenbolzen einstellt. Alternativ zu einer unmittelbaren Anlage beider radial nach innen zeigenden Borde der L-förmigen Hülse bietet sich eine Anordnung an, bei der jede L-förmig gestaltete Hülse einen radial nach innen gerichteten Schenkel aufweist, die im Einbauzustand der Planetenradlagerung zueinander axial beabstandet sind. Gegenseitig zum Schenkel bildet zumindest eine Hülse einen Anlaufring, der zur Führung vom Wälzkörperkäfig des Wälzlagers bestimmt ist. Ein weiterer Anlaufring ist vorzugsweise auf dem Planetenradbolzen lagefixiert.
Als Maßnahme, zur Erzielung einer weiteren reduzierten Reibleistung, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zumindest eine Kontaktfläche des Anlaufelementes und/oder des Bordes der L-förmigen Hülse sowie der Z-förmigen Hülse reibungsmindernd beschichtet ist. Zur Erzielung einer verbesserten Lebensdauer kann vorzugsweise eine Beschichtung ausgewählt werden, die ergänzend verschleißmindernd wirkt.
Für eine kostengünstige Herstellung der aus einem metallischen Werkstoff bestehenden L-förmigen und Z-förmigen Hülsen eignet sich vorzugsweise ein spanloses Umformverfahren, insbesondere ein Tiefziehverfahren. Zur Optimierung der erfindungsgemäßen Planetenradlagerung hinsichtlich Verschleiß bzw. Lebensdauer ist weiterhin eine abgestimmte Werkstoffpaarung der L-förmigen und der Z-förmigen Hülsen mit zumindest dem Bauteil der Umgebungskonstruktion vorgesehen, mit dem die Hülse unmittelbar in Wirkverbindung steht.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren, in denen bevorzugte Ausführungsbeispiele näher erläutert sind, wobei die Erfindung jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. Gleiche Elemente bzw. Bauteile sind mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen, wobei in den einzelnen Figuren nicht alle Bauteile beschrieben sind. Es zeigen:
1 einen schematischen Halbschnitt einer Planetenradlagerung mit einem zweiteilig aufgebauten Planetenradbolzen sowie zwei Z-förmigen Hülsen;
2 eine Planetenradlagerung, die abweichend zu 1 zwei L-förmige Hülse einschließt; und
Die 1 zeigt eine Planetenradlagerung 1 in einem schematischen Längsschnitt von einem ansonsten nicht gezeigten Planetengetriebe, das beispielsweise zur Verteilung eines Antriebsdrehmoments auf zwei Abtriebswellen eines Fahrzeugs einsetzbar ist. Die Planetenradlagerung 1 umfasst einen Planetenträger 2 mit zwei parallel zueinander beabstandeten Wandungen 3, 4, in denen achsgleich gegenüberliegende Axialbohrungen 5, 6 eingebracht sind, die jeweils zur Aufnahme eines Zapfenbolzens 7, 8 bestimmt sind, die gemeinsam die Funktion eines Planetenradbolzens 9 ausüben.
Zwischen den Wandungen 3, 4 des Planetenträgers 2 ist ein Planetenrad 10 angeordnet, das mittelbar über eine zwei getrennte Wälzlager 11, 12 umfassende Wälzlagerung auf dem Planetenradbolzen 9 drehbar angeordnet ist.
In eine zentrale Bohrung 13 des Planetenrades 10 sind zwei Z-förmige Hülsen 14, 15 eingesetzt, die mit einem zylindrischen Abschnitt 16, 17 als Nadeln ausgebildete Wälzkörper 18, 19 der Wälzlager 11, 12 umschließen, die innenseitig auf den Zapfenbolzen 7, 8 geführt sind. Über einen radial nach innen weisenden Bord 20, 21 ist jede Hülse 14, 15 an einer konvex ausgebildeten, eine Kuppe bildenden Stirnseite 22, 23 der Zapfenbolzen 7, 8 geführt, wobei die Borde 20, 21 voneinander beabstandet sind. Ein Anlaufelement 24, 25 der Hülse 14, 15 greift radial nach außen zeigend in einen axial von einer Stirnfläche 32, 33 des Planetenrades 10 und der Wandung 3, 4 des Planetenträgers 2 begrenzten Ringspalt 26, 27. Weiterhin ist die Hülse 14 einstückig mit einem Anlaufring 28 versehen, als axiale Führung für einen die Wälzkörper 18 aufnehmenden Wälzkörperkäfig 30 des Wälzlagers 11. Zur Führung von dem weiteren Wälzkörperkäfig 30 des Wälzlagers 12 ist ein Anlaufring 29 kraftschlüssig auf dem Zapfenbolzen 8 fixiert. Als Maßnahme, zur Erzielung einer reduzierten Reibleistung, kann eine sich zwischen dem Anlaufelement 24, 25 und der Wandung 3, 4 einstellende Kontaktfläche 34, 35 reibungsmindernd beschichtet werden. Alternativ oder ergänzend dazu bietet es sich an, auch die gegenüberliegende Kontaktfläche des Anlaufelementes 24, 25 zu beschichten.
Weiterhin kann die Kontaktfläche 36, 37 zwischen dem Bord 20, 21 und der Stirnseite 22, 23 der Zapfenbolzen 7, 8 gezielt beschichtet werden.
Die 2 zeigt die Planetenradlagerung 41, die anstelle von Z-förmigen Hülsen zwei L-förmig gestaltete Hülsen 44, 45 umfasst. Im Einbauzustand sind deren radial nach innen weisenden Borde 42, 43 an der konvex ausgebildeten Stirnseite 22, 23 der Zapfenbolzen 7, 8 geführt, wobei die Borde 42, 43 sich gegenseitig abstützend angeordnet sind. Zur Führung des Planetenrades 10 auf den Hülsen 44, 45 sind Sicherungsringe 46, 47 vorgesehen, die in Ringnuten 48, 49 des Planetenrades 10 eingesetzt sind und an denen die Hülsen 44, 45 über einen endseitigen Ansatz 50, 51 abgestützt sind. Der nach innen weisende Ansatz 50, 51 bildet gleichzeitig die axiale Führung für den Wälzkörperkäfig 30, 31.
Bezugszeichenliste

1: Planetenradlagerung
2: Planetenträger
3: Wandung
4: Wandung
5: Axialbohrung
6: Axialbohrung
7: Zapfenbolzen
8: Zapfenbolzen
9: Planetenradbolzen
10: Planetenrad
11: Wälzlager
12: Wälzlager
13: Bohrung
14: Z-Hülse
15: Z-Hülse
16: Abschnitt
17: Abschnitt
18: Wälzkörper
19: Wälzkörper
20: Bord
21: Bord
22: Stirnseite
23: Stirnseite
24: Anlaufelement
25: Anlaufelement
26: Ringspalt
27: Ringspalt
28: Anlaufring
29: Anlaufring
30: Wälzkörperkäfig
31: Wälzkörperkäfig
32: Stirnfläche
33: Stirnfläche
34: Kontaktfläche
35: Kontaktfläche
36: Kontaktfläche
37: Kontaktfläche
41: Planetenradlagerung
42: Bord
43: Bord
44: L-Hülse
45: L-Hülse
46: Sicherungsring
47: Sicherungsring
48: Ringnut
49: Ringnut
50: Ansatz
51: Ansatz

Claims

Planetenradlagerung (1, 41) in einem Planetengetriebe, umfassend einen Planetenträger (2) mit zwei parallel zueinander beabstandeten Wandungen (3, 4), die in mehreren jeweils achsgleich gegenüberliegenden Axialbohrungen (5, 6) eine Mehrzahl von Planetenradbolzen (9) aufnehmen, auf denen jeweils ein Planetenrad (10) über zumindest eine in eine zentrale Bohrung (13) eingesetzte Lagerung in Verbindung mit einer Hülse (14, 15; 44, 45) drehbar gelagert ist, wobei beidseitig zwischen Stirnseiten (32, 33) des Planetenrades (10) und den Wandungen (3, 4) des Planetenträgers (2) ein Ringspalt (26, 27) oder ein im Ringspalt (26, 27) eingreifendes Anlaufelement (24, 25) vorgesehen ist, und wobei die Planetenradlagerung (1, 41) zwei Wälzlager (11, 12) sowie zwei Z-förmig gestaltete Hülsen (14, 15) oder zwei L-förmig gestaltete Hülsen (44, 45) einschließt, die im Einbauzustand jeweils die Wälzkörper (18, 19) der Wälzlager (11, 12) außenseitig umschließen, wobei jeder der Planetenradbolzen (9) zweiteilig aufgebaut ist, wobei der jeweilige Planetenbolzen (9) zwei Zapfenbolzen (7, 8) umfasst, die jeweils eine Stirnseite (22, 23) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Z-förmige Hülse (14, 15) oder die L-förmige Hülse (44, 45) an der Stirnseite (22, 23) des jeweiligen Zapfenbolzens abgestützt ist.
Planetenradlagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Z-förmige Hülse (14, 15) oder die L-förmige Hülse (44, 45) an einer konvexförmigen Stirnseite (22, 23) der Zapfenbolzen (7, 8) abgestützt sind.
Planetenradlagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Z-förmige Hülse (14, 15) ein radial nach außen weisendes, zwischen dem Planetenrad (10) und der Wandung (3, 4) des Planetenträgers (2) eingesetztes Anlaufelement (24, 25) aufweist und ein radial nach innen gerichteter Bord (20, 21) an der Stirnseite (22, 23) des Zapfenbolzens (7, 8) abgestützt ist.
Planetenradlagerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Einbauzustand der Planetenradlagerung (1) die radial nach innen gerichteten Borde (20, 21) der Z-förmigen Hülsen (14, 15) zueinander axial beabstandet sind und zumindest eine Hülse (14, 15) gegenseitig zu dem Bord (20, 21) einen Anlaufring (28, 29) zur Führung eines Wälzkörperkäfigs (30, 31) des Wälzlagers (11, 12) aufweist.
Planetenradlagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die L-förmige Hülse (44, 45) einen radial nach innen gerichteten, an der Stirnseite (22, 23) des Zapfenbolzens (7, 8) abgestützten Bord (42, 43) aufweist.
Planetenradlagerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die radial nach innen gerichteten Borde (42, 43) der L-förmigen Hülsen (44, 45) im Einbauzustand der Planetenradlagerung (41) gegeneinander anliegend abgestützt sind und jede Hülse (44, 45) beabstandet zum Bord (42, 43) einen radial nach innen gerichteten Ansatz (50, 51) bildet, an dem der Wälzkörperkäfig (30, 31) des Wälzlagers (11, 12) geführt ist und der Ansatz (50, 51) weiterhin an einem in einer Ringnut (48, 49) des Planetenrades (10) eingesetzten Sicherungsring (46, 47) abgestützt ist.
Planetenradlagerung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Kontaktfläche (34, 35) des Anlaufelementes (24, 25) der Z-förmigen Hülse (14, 15) reibungsmindernd beschichtet ist.
Planetenradlagerung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaktfläche (36, 37) zwischen dem Bord (20, 21; 42, 43) der Z-förmigen Hülse (14, 15) oder der L-förmigen Hülse (44, 45) und der Stirnseite (22, 23) des Zapfenbolzens (7, 8) reibungsmindernd beschichtet ist.
Planetenradlagerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus einem metallischen Werkstoff bestehende Z-förmige Hülse (14, 15) oder die aus einem metallischen Werkstoff bestehende L-förmige Hülse (44, 45) mittels eines spanlosen Verfahrens hergestellt sind.