DE102015200611A1

DE102015200611A1 - Planetenwälzgewindespindeltrieb (PWG)

Info

Publication number: DE102015200611A1
Application number: DE102015200611.5A
Authority: DE
Inventors: Lars Schumann; Lászlo Mán; Peter Greb; Jerome Malitourne; Alexander Dreher
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-01-16
Filing date: 2015-01-16
Publication date: 2016-07-21

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Planetenwälzgewindespindeltrieb (PWG), insbesondere für die Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges, wobei mit einer Spindel mehrere Planetenrollen in Eingriff stehen, die mit einem die Planetenrollen umringenden Hohlrad kämmen, wobei die Planetenrollen an beiden Enden in Planetenrollenträgern drehbar um ihre eigene Längsachse aber drehfest im Bezug auf eine Längsachse der Spindel positioniert sind, und die Planetenrollenträger drehfest abgestützt sind, wobei erfindungsgemäß die Planetenrollen in genau einem ersten Längenbereich mit dem Hohlrad kämmen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Planetenwälzgewindespindeltrieb (PWG) eines Aktors nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs. Planetenwälzgewindespindeln (PWG) (auch bezeichnet als Planetenwälzgewindespindeltriebe) sind seit vielen Jahren Stand der Technik und werden beispielsweise in DD 0277308 A5 beschrieben. Aus der Druckschrift DE 10 2010 047 800 A1 ist beispielsweise ein Planetenwälzgewindetrieb bekannt, der in einem Hydrostataktor in Form eines hydrostatischer Kupplungsaktors enthalten ist, um eine mittels eines Elektromotors erzeugte Drehbewegung in eine Axialbewegung umzuwandeln. Ein Planetenwälzgewindetrieb, mit einer Gewindespindel, und mit einer auf der Gewindespindel angeordneten Mutter, und mit mehreren über den Umfang verteilten, zwischen der Gewindespindel und der Mutter angeordneten Planeten, die am Innenumfang der Mutter sowie am Außenumfang der Gewindespindel abwälzbar angeordnet sind, ist aus der Druckschrift DE 10 2010 011 820 A1 bekannt. Bei dieser Lösung ist eine Vorspanneinrichtung für die Planeten vorgesehen, wobei die Mutter zwei axial zueinander bewegliche Mutterteile aufweist, und wobei die Vorspanneinrichtung ein gegen das eine Mutterteil angefedertes Federelement aufweist. Die Mutter übernimmt zwei Funktionen: einerseits ist sie Getriebeteil und andererseits ist sie Teil der Vorspanneinrichtung. Die DE 10 2014 202 118 A1 beschreibt einen Aktor mit Planetenwälzgewindespindel, bei dem der axiale Hub der Spindel durch einen mit Hülse und Planetenrollenträgern drehfest in Verbindung stehenden Rotor induziert wird.
In einer noch nicht veröffentlichten Schutzrechtsanmeldung wird eine Baugruppe mit einer Reibeinrichtung mit wenigstens zwei relativ zueinander drehbaren Bauteilen, insbesondere für die Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges offenbart, wobei zwischen den relativ zueinander drehbaren Bauteilen eine bei einer Relativdrehung der Bauteile den Wirkungsgrad/die Reibung beeinflussende Schraubenfeder angeordnet ist und die Baugruppe mit einer Reibeinrichtung in ein Getriebe und/oder einen Aktor integriert ist. In einer Ausführungsform ist die Schraubenfeder als Schling-Torsionsfeder zwischen Käfig und Hohlrad einer Planetenwälzgewindespindel integriert.
Den dem Stand der Technik bekannten Lösungen gemein ist ein weitestgehend symmetrischer interner Aufbau der Planetenwälzgewindespindel, welcher für ausreichende Haltbarkeit und gute Wirkungsgrade eine axiale Lagerungen des Hohlrades zu beiden Seiten für beide Kraftrichtungen erfordert. Auch die Radialkraftabstützung der Planeten muss aufgrund der zwei möglichen Kraftrichtungen beidseitig weitgehend gleich aufgebaut sein. Diese Erfordernisse resultieren in einem entsprechend großen Bauraumbedarf bzw. geringer Traglast bei gegebenem Bauraum.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Planetenwälzgewindespindeltrieb zu entwickeln, welche einen robusten kompakten inneren Aufbau aufweist, der auf die Anforderungen einer weitgehend einseitig wirkenden Krafteinleitung abgestimmt ist.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Schutzanspruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird der Planetenwälzgewindespindeltrieb (PWG) insbesondere für die Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges eingesetzt, wobei mit einer Spindel mehrere Planetenrollen in Eingriff stehen, die mit einem die Planetenrollen umringenden Hohlrad kämmen, wobei die Planetenrollen achsparallel zur Spindel verlaufen und an beiden Enden in Planetenrollenträgern frei drehbar um ihre eigene Längsachse positioniert sind, und die Planetenrollenträger drehfest abgestützt sind, wobei erfindungsgemäß die Planetenrollen in genau einem Bereich mit dem Hohlrad kämmen.
Bevorzugt weisen die Planetenrollen dabei über einen ersten Längenbereich jeweils genau einen ersten Profilbereich mit ansteigender Profilierung für den Kontakt mit der Spindel und jeweils genau einen zweiten Profilbereich mit ansteigender Profilierung für den Kontakt mit dem Hohlrad auf, wodurch die Planetenrollen mit der Außenprofilierung der Spindel und der Innenprofilierung des Hohlrades kämmen.
Auf diese Weise ist sowohl die Planeten- als auch die Hohlradherstellung weniger toleranzempfindlich, da nicht mehr zwei Profilbereiche genau zueinander beabstandet gefertigt werden müssen.
Das Hohlrad wird vorzugsweise Hülsenförmig über den Planeten angeordnet und erstreckt sich axial nicht über die ganzen Planeten.
Insbesondere ist das Hohlrad einseitig axial gelagert. Bevorzugt erfolgt die axiale Lagerung des Hohlrades über ein Axiallager, welches als Kugellager oder Nadellager ausgebildet ist.
Das Axiallager des Hohlrades ist dabei vorzugsweise über einen Lagerring mit der Außenhülse des Planetenwälzgewindespindeltriebes verbunden.
Die axiale Lagerung der Planetenrollen erfolgt bevorzugt über einen ersten und einen zweiten Planetenrollenträger, wobei der erste Planetenrollenträger an dem Ende der Planetenrollen, welches mit dem Hohlrad kämmt und der zweite Planetenrollenträger am gegenüberliegenden Ende der Planetenrollen angeordnet ist. Die Axialkraftausleitung auf der gering belasteten Seite des Planetenwälzgewindespindeltriebes erfolgt dabei über die Stirnseite der Planeten direkt in den zweiten Planetenrollenträger.
In einer bevorzugten Ausführungsform steht der zweite Planetenrollenträger mit einer Schlingfeder in Wirkverbindung. Diese Schlingfeder dient insbesondere der drehrichtungsabhängigen Wirkungsgradbeeinflussung.
Bevorzugt ist der zweite Planetenrollenträger einteilig mit einer Schlingfederhülse ausgebildet, an deren Innendurchmesser die Schlingfeder angeordnet ist. Der zweite Planetenrollenträger ist beispielsweise aus Kunststoff gefertigt. Eine einteilige Ausgestaltung von Hülse und Planetenrollenträger ist dem Stand der Technik bisher noch nicht bekannt.
Insbesondere ist der zweite Planetenrollenträger an der Außenhülse durch einen Sicherungsring und/oder Laserschweißen und/oder direkten Formschluss axial fixiert.
Vorteilhafterweise kann somit auch der mit der Außenhülse verbundene Lagerring für das zweite Axiallager sowie dessen Montagevorgang entfallen.
Der zweite Planetenrollenträger ist an der Außenhülse bevorzugt durch Rädel und/oder Verzahnung und/oder gerundete Polygone formschlüssig rotatorisch fixiert.
Insbesondere entspricht dabei die Anzahl der formschlüssigen Verbindungsstellen zwischen der Außenhülse und den Planetenrollenträgern der Anzahl der Planetenrollen. Somit ist eine Fehlmontage, welche eine Schrägstellung der Planeten zur Folge haben würde, aus geschlossen.
Durch die erfindungsgemäße Lösung ist bei gegebenem Bauraum eine besonders robuste und kostengünstige Baueinheit realisierbar. Aufgrund der einseitigen Kraftein- bzw. Ausleitung kann auf eines der beiden Wälzlager zur Lagerung des Hohlrades verzichtet werden. Planeten- und Hohlradherstellung sind vorteilhafterweise weniger tolleranzempfindlich. Auch die Montage des mit der Außenhülse verbundenen Lagerringes für das zweite Axiallager kann entfallen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert, ohne dabei auf diese beschränkt zu sein. Es zeigen:
1: Eine perspektivische Darstellung eines Längsschnittes durch einen erfindungsgemäßen Planetenwälzgewindespindeltrieb,
2: einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Planetenwälzgewindespindeltrieb,
3: einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Planetenwälzgewindespindeltrieb, von der Seite des ersten Planetenrollenträgers,
4: einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Planetenwälzgewindespindeltrieb, von der Seite des zweiten Planetenrollenträgers.
1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Längsschnittes durch einen erfindungsgemäßen Planetenwälzgewindespindeltrieb (PWG). Die dargestellte PWG besteht aus den Bauteilen Spindel (in Figuren nicht dar gestellt), Planetenrollen 2, Hohlrad 11 mit Lagerung 3 und Außenhülse 1 ggf. mit separaten Planetenträgern. Die Planetenrollen 2 weisen nur noch einen ersten Längenbereich mit kleinem Rillendurchmesser für den Hohlradkontakt und einen zweiten Längenbereich mit großem Rillendurchmesser für den Spindelkontakt auf. Analog weist auch das Hohlrad 11 nur noch einen, mit dem ersten Längenbereich L₁ der Planetenrollen 2 korrespondierenden, Längenbereich mit Rillen für den Planetenkontakt auf. Das Hohlrad 11 ist in einem Axiallager 3 einseitig axial gelagert. Es erstreckt sich axial nicht über die Gesamtlänge der Planetenrollen 2. Die Planetenrollen 2 sind über einen ersten 8 und einen zweiten 9 Planetenrollenträger axial gelagert. Der zweite Planetenrollenträger 9 ist mit einer Schlingfederhülse 10, an deren Innendurchmesser eine Schlingfeder 5 angeordnet ist, einteilig ausgestaltet. Die rotatorische Fixierung des zweiten Planetenrollenträgers 9 an der Außenhülse 1 erfolgt durch eine Verzahnung 7. Ein Rotorlager 4 dient der axialen und radialen Abstützung der Außenhülse 1.
In 2 ist einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Planetenwälzgewindespindeltrieb dargestellt. Neben den für 1 beschriebenen Sachverhalten ist zusätzlich ein Sicherungsring 12 dargestellt, welcher der axialen Fixierung des zweiten Planetenrollenträgers 9 an der Außenhülse 1 dient. Alternative Möglichkeiten zur Fixierung wären beispielsweise Laserschweißen oder Federclips. Alternativ zur in 1 dargestellten Verzahnung 7 erfolgt die rotatorische Fixierung des zweiten Planetenrollenträgers 9 an der Außenhülse 1 in der hier dargestellten Ausführungsform durch ein Dreirund 6. Zu erkennen sind außerdem der erste Längenbereich L₁ der Planetenrollen 2 für den Kontakt mit dem Hohlrad 11, sowie der zweite Längenbereich L₂ der Planetenrollen 2 für den Kontakt mit der Spindel.
3 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Planetenwälzgewindespindeltrieb, von der Seite des ersten Planetenrollenträgers 8 aus. Die Planetenrolle 2 wird durch den ersten Planetenrollenträger 8 axial gelagert. Die radiale und axiale Abstützung der Außenhülse 1 erfolgt durch ein Rotorlager 4.
In 4 ist ein Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Planetenwälzgewindespindeltrieb, von der Seite des zweiten Planetenrollenträgers 9 aus dargestellt. Der zweite Planetenrollenträger 9 dient der axialen Lagerung der Planetenrolle 2. Die rotatorische Fixierung des zweiten Planetenrollenträgers 9 an der Außenhülse 1 erfolgt durch ein Dreirund 6. Die radiale und axiale Abstützung der Außenhülse 1 erfolgt durch ein Rotorlager 4.
Bezugszeichenliste

1: Außenhülse
2: Planetenrolle
3: Axiallager
4: Rotorlager
5: Schlingfeder
6: Dreirund
7: Verzahnung/Rändelung
8: erster Planetenrollenträger
9: zweiter Planetenrollenträger
10: Schlingfederhülse
11: Hohlrad
12: Sicherungsring
L₁: erster Längenbereich
L₂: zweiter Längenbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DD 0277308 A5 [0001]
DE 102010047800 A1 [0001]
DE 102010011820 A1 [0001]
DE 102014202118 A1 [0001]

Claims

Planetenwälzgewindespindeltrieb (PWG), insbesondere für die Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges, wobei mit einer Spindel mehrere Planetenrollen (2) in Eingriff stehen, die mit einem die Planetenrollen (2) umringenden Hohlrad (11) kämmen, wobei die Planetenrollen (2) achsparallel zur Spindel verlaufen und an beiden Enden in Planetenrollenträgern (8, 9) frei drehbar um ihre eigene Längsachse positioniert sind, und die Planetenrollenträger (8, 9) drehfest abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenrollen (2) in genau einem ersten Längenbereich (L₁) mit dem Hohlrad (11) kämmen.
Planetenwälzgewindespindeltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (11) einseitig axial gelagert ist.
Planetenwälzgewindespindeltrieb nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Lagerung des Hohlrades (11) über ein Axiallager (3) erfolgt, welches als Kugellager oder Nadellager ausgebildet ist.
Planetenwälzgewindespindeltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (3) des Hohlrades (11) über einen Lagerring mit der Außenhülse (11) des Planetenwälzgewindespindeltriebes verbunden ist.
Planetenwälzgewindespindeltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Lagerung der Planetenrollen (2) über einen ersten (8) und einen zweiten (9) Planetenrollenträger erfolgt, wobei der erste Planetenrollenträger (8) an dem Ende der Planetenrollen (2), welches mit dem Hohlrad (11) kämmt und der zweite Planetenrollenträger (9) am gegenüberliegenden Ende der Planetenrollen (2) angeordnet ist.
Planetenwälzgewindespindeltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Planetenrollenträger (9) mit einer Schlingfeder (5) in Wirkverbindung steht.
Planetenwälzgewindespindeltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Planetenrollenträger (9) einteilig mit einer Schlingfederhülse (10) ausgebildet ist, an deren Innendurchmesser die Schlingfeder (5) angeordnet ist.
Planetenwälzgewindespindeltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Planetenrollenträger (9) an der Außenhülse (1) durch einen Sicherungsring (12) und/oder Laserschweißen und/oder direkten Formschluss axial fixiert ist.
Planetenwälzgewindespindeltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (8) und der zweite Planetenrollenträger (9) an der Außenhülse (1) durch Rädel und/oder Verzahnung (7) und/oder gerundete Polygone (6) formschlüssig rotatorisch fixiert ist.
Planetenwälzgewindespindeltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der formschlüssigen Verbindungsstellen zwischen der Außenhülse (1) und den Planetenrollenträgern (8, 9) der Anzahl der Planetenrollen (2) entspricht.