DE102015204587B4

DE102015204587B4 - Planetenwälzgewindespindel (PWG)

Info

Publication number: DE102015204587B4
Application number: DE102015204587.0A
Authority: DE
Inventors: Lars Schumann; Lászlo Mán; Peter Greb
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-03-13
Filing date: 2015-03-13
Publication date: 2016-11-10
Anticipated expiration: 2035-03-14
Also published as: DE102015204587A1; CN105972176A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe in Form einer Planetenwälzgewindespindel, insbesondere zum Einsatz in einem Aktor für die Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges, wobei mit einer Profilierung einer Spindel eine erste Anzahl eine Profilierung aufweisende erster Planeten in Eingriff stehen und eine zur ersten Anzahl gleiche Anzahl eine Profilierung aufweisende zweite Planeten mit einer Profilierung eines die zweiten Planeten umringenden Hohlrades kämmen und wobei jeweils paarweise ein erster Planet und ein zweiter Planet miteinander über ihre Profilierungen in Eingriff stehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Planetenwälzgewindespindel (PWG) (nachfolgend PWG genannt), insbesondere zum Einsatz in einem Aktor für die Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges.
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.
In den Druckschriften DE 10 2010 047 800 A1 und DE 10 2013 217 472 A1 werden Ausrücksysteme für eine Kupplung eines Kraftfahrzeuges beschrieben, bei welchen unter Verwendung eines Antriebes über ein PWG ein in einem Gehäuse axial verschiebbar gelagerter Kolben betätigt wird.
Auch aus den Druckschriften DE 10 2014 206 956 A1 und DE 10 2014 208 088 A1 sind Hydrostatische Kupplungsausrücker bekannt, welche zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine lineare Stellbewegung ein Planetenwälzgetriebe, auch bezeichnet als Planetenwälzgewindespindel, verwenden.
Bei allen vorbenannten Lösungen des Standes der Technik weist das Planetenwälzgetriebe eine Hülse auf, innerhalb derer um eine Gewindespindel mehrere Planetenkörper in einem gleichen Abstand zueinander angeordnet sind und einerseits mit dem Außenprofil der Gewindespindel und andererseits mit dem Innenprofil eines oder zweier Hohlräder kämmen.
Nachteilig dabei ist, dass insbesondere bei dem Einsatz in Aktoren die SPWG (steigungstreues Planeten-Wälz-Gewinde Spindelgetriebe) zur Wandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung hauptsächlich einseitig belastete werden, woraus sich das Erfordernis für unterschiedliche Planetengeometrien ergibt. Die unterschiedlichen Planeten erfordern wiederum zu deren Herstellung unterschiedliche Werkzeuge. Weiterhin muss bei der Montage auf die richtigen Planeten an der richtigen Einbauposition geachtet werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Getriebe in Form einer Planetenwälzgewindespindel (PWG), insbesondere ein steigungstreues Planetenwälzgewindespindelgetriebe (SPWG) zu entwickeln, welches einen einfachen konstruktiven Aufbau aufweist, die auch einer einseitigen Belastung Rechnung trägt und montagefreundlich ist.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Planetenwälzgewindespindel (nachfolgend PWG genannt), ist insbesondere zum Einsatz in einem Aktor für die Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges vorgesehen, wobei mit einer Profilierung einer Spindel eine erste Anzahl erster Planeten mit einer Profilierung in Eingriff stehen und eine zur ersten Anzahl gleiche Anzahl eine Profilierung aufweisende zweite Planeten mit einer Profilierung G3 eines die zweiten Planeten umringenden Hohlrades kämmen und wobei jeweils paarweise ein erster Planet und ein zweiter Planet miteinander über ihre Profilierungen in Eingriff stehen.
Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Ausführung eines SPWG in einem Aktor in der Art eines hydrostatischen Kupplungsaktors im Rahmen eines Geberzylinders eingesetzt. Bei derartigen Aktoren ist eine einseitige axiale Belastung des SPWG zu verzeichnen, welche durch die neuartige Aufteilung der Planeten durch die Planeten besser aufgenommen werden kann.
Dabei sind die ersten Planeten und die zweiten Planeten auf unterschiedlichen Teilkreisen um die Längsachse der Spindel angeordnet und an ihren beiden Enden in einem Planetenrollenträger gelagert, wobei der erste Teilkreis auf dem die ersten Planeten angeordnet sind kleiner ist als der zweite Teilkreis, auf den die zweiten Planeten angeordnet sind.
Vorteilhafter Weise sind die ersten Planetenrollen und die zweiten Planetenrollen im Wesentlichen baugleich ausgeführt, aber die paarweise zusammenwirkenden ersten Planeten und zweiten Planeten zueinander in einem axialen Versatz angeordnet derart, dass deren Profilierungen miteinander kämmen. Der axiale Versatz eines der ersten Planeten zu dem mit diesem kämmenden zweiten Planeten entspricht insbesondere dem Verhältnis aus deren Winkelversatz zu 360° mal der Spindelsteigung. Der axiale Versatz der jeweils zwei Planeten, die miteinander kämmen entspricht somit im Wesentlichen der Spindelsteigung, wodurch der axiale Versatz dem axialen Vorschub der Profilierung der Spindel folgt.
Weiterhin ist ein Winkelversatz zwischen einem ersten Planeten und dem mit diesem paarweise zusammenwirkenden und kämmenden zweiten Planeten jeweils so eingestellt, dass die Flanken der Profilierungen sich gerade nicht mehr durchdringen, wobei der axialer Versatz und der umfangsseitige Winkelversatz so im Verhältnis zueinander stehen, dass der erste Planet und der zweite Planet entlang einer Linie parallel zum Flankenwinkel der Planeten-Rillen zueinander verschoben sind.
Die Planetenrollenträger sind insbesondere Weise in einer, das Hohlrad umringenden und an beiden Enden radial nach innen weisenden Außenhülse abgestützt oder ausgebildet.
Dabei ist das Hohlrad zwischen einem radial nach innen weisenden ersten Bund und einem radial nach innen weisenden zweiten Bund der Außenhülse axial abgestützt.
Die Erfindung betrifft ebenfalls einen Aktor, der insbesondere zur Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges dient und das erfindungsgemäße PWG aufweist, wobei das PWG vorteilhafter Weise ein steigungstreues Planeten-Wälz-Gewinde Spindelgetriebe (SPWG) ist, da durch ein synchronisiertes PWG einer bestimmten Rotation immer ein bestimmter Vorschub der axial beweglichen Komponente zugeordnet ist.
Durch die Verwendung baugleicher erster und zweiter Planeten, die durch den Planetenträger in ihrer Position fest gelegt und gehalten werden, muss bei der Montage lediglich darauf geachtet werden, dass die korrekte Anzahl der Planeten verbaut wird aber nicht auf deren Ausrichtung, Geometrie oder Position im Planetenträger, wodurch die Montage erheblich vereinfacht wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch ein SPWG
2 Schnitt A-A gemäß 1,
3 Schnitt B-B gemäß 1,
4 Schnitt C-C gemäß 1,
5 Schnitt D-D gemäß 1,
6 eine Prinzipdarstellung eines Planeten.
In 1 ist ein SPWG 1 im Querschnitt dargestellt, mit welcher die durch einen Elektromotor erzeugte Drehbewegung eines Rotors (nicht dargestellt) in eine axiale Hubbewegung der axial beweglichen Komponente des SPWG 1 umgewandelt wird, mit der eine axiale Ausrückbewegung erzeugt wird, wodurch beispielsweise bei Verwendung in einem Aktor zur Kupplungsbetätigung ein Ausrücklager axial betätigt wird, welches gegen die Tellerfederzungen einer Tellerfeder einer Kupplung wirkt und diese dadurch betätigt (Ausrücklager, Tellerfederzungen, Tellerfeder und Kupplung sind nicht dargestellt).
Das erfindungsgemäße SPWG 1 weist eine zentrisch angeordnete um eine Längsachse A2 drehbare Spindel 2 auf, welche mit einer Profilierung G2 mit einer Steigung in der Art eines Gewindes versehen ist.
Um eine Wirkverbindung zwischen der Spindel 2 und dem diese im Abstand umringenden Hohlrad 3, welches eine Innenprofilierung G3 aufweist, herzustellen,

– stehen mit der Profilierung G2 der Spindel 2 hier drei erste Planeten 4 mit ihrer Profilierung G4 in Eingriff,
– kämmen drei, eine Profilierung G5 aufweisende, zweite Planeten 5 mit der Innenprofilierung G3 des Hohlrades 3 und
– stehen jeweils paarweise ein erster Planet 4 und ein zweiter Planet 5 miteinander über ihre Profilierungen G4, G5 in Eingriff.

Dadurch werden jeweils drei Paare P1, P2, P3 (die in 1 mittels punktierten Linien gekennzeichnet sind) aus einem ersten Planeten 4 und einem zweiten Planeten 5 gebildet, wobei jeweils der radial innen angeordnete erste Planet 4 mit der Spindel 2 und mit dem zweiten Planeten 5 und der radial weiter außen angeordnete zweite Planet 5 somit mit dem ersten Planeten 4 und dem Hohlrad 3 kämmen.
Dazu sind die ersten Planeten 4 und die zweiten Planeten 5 auf unterschiedlichen Teilkreisen (T1, T2) um die Längsachse A2 der Spindel 2 angeordnet und an ihren beiden Enden in einem Planetenrollenträger 6 (siehe 2 bis 5) gelagert, wobei der erste Teilkreis T1 auf dem die ersten Planeten 4 angeordnet sind kleiner ist als der zweite Teilkreis T2, auf den die zweiten Planeten 5 angeordnet sind.
Die rollenartigen ersten und zweiten Planeten 4, 5 werden mit ihren Enden in einem Planetenrollenträger 6 aufgenommen. Gehäuseartig umschlossen wird das Hohlrad 3 mittels einer Außenhülse 7.
Aus den 2 bis 5 ist ebenfalls die Spindel 2 ersichtlich, die jedoch nicht über ihre gesamte Länge dargestellt ist. Es ist ebenfalls ersichtlich, dass die beiden nicht bezeichneten Enden eines jeden ersten und zweiten Planeten 4, 5 in dem Planetenträger 6 aufgenommen sind. Der Planetenträger 6 schließt sich an einen radial nach innen weisenden ersten Bund 7.1 und einem radial nach innen weisenden zweiten Bund 7.2 der Außenhülse 7 an und ist somit drehfest mit der Außenhülse 7 verbunden bzw. einteilig mit dieser ausgebildet. Das Hohlrad 3 stützt sich zwischen dem ersten Bund 7.1 und dem zweiten Bund 7.2 der Außenhülse axial ab. Dabei ist nur eine einseitige Lagerung des Hohlrades 3 vorgesehen, hier in Richtung zum radial nach innen weisenden ersten Bund 7.1 der Außenhülse 7 was ebenfalls aus den 2 bis 4 ersichtlich ist. Die Hülse 3 ist dazu an ihrer in Richtung zum ersten Bund 7.1 weisenden Seite mit einer radial nach außen weisenden Schulter 3.1 versehen. Zwischen der Schulter 3.1 und dem ersten Bund 7.1 ist ein Lager 8 vorgesehen, welches in Form eines Wälzlagers (hier als Kugellager) ausgebildet ist und als Axiallager fungiert. Alternativ kann das Lager 8 auch als Nadellager oder anderweitig ausgeführt sein.
Aus 4 ist ersichtlich, dass die paarweise zusammenwirkenden ersten Planeten 4 und zweiten Planeten 5 zueinander in einem axialen Versatz L angeordnet sind. Der axiale Versatz L muss so groß sein, dass deren Profilierungen G4, G5 miteinander in Eingriff gelangen. Weiterhin sind der erste und der zweite Planet eines Planetenpaares P1 bis P3 in einem Winkel α zueinander angeordnet, der ebenfalls so gewählt ist, dass deren Profilierungen G4 und G5 miteinander kämmen. In 1 ist der Winkel α an dem ersten Planetenpaar P1 angetragen.
Die ersten Planeten 4 und die zweiten Planeten 5 sind im Wesentlichen baugleich ausgeführt. Die Einzeldarstellung jeweils eines Planeten 4/5 ist in 6 dargestellt. Die baugleichen Planeten 4/5 weisen eine ebenfalls gleiche Profilierung G4/G5 auf, die in der Art eines Gewindes mit einer nicht bezeichneten Steigung ausgeführt ist.
Das erfindungsgemäße SPWS dient bevorzugt zur Wandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung mit hauptsächlich einseitiger Krafteinleitung, welche durch Verwendung von Planetenpaaren mit geometrisch identischen Einzel-Planeten sowohl in der Teilefertigung als auch in der Montage besonders kostengünstig ist und eine hohe Fehlmontagesicherheit aufweist.
Anstelle der in den Zeichnungen dargestellten Variante mit drei Paaren P1 bis P3 mit jeweils zwei Einzelplaneten können auch weitere Paare mit jeweils einem ersten und einem zweiten Planeten 4, 5 Anwendung finden.
Die mit dem Hohlrad 3 kämmenden zweiten Planeten 5 sind axial zueinander nicht (oder lediglich um ganze Spindelsteigungsschritte) versetzt und vorzugsweise gleichmäßig am Umfang verteilt (z. B. je 120° bei Verwendung von drei Planeten). Diese zweiten Planeten 5 kämmen nicht mit der Spindel 2 und sind zu dieser vorzugsweise gering beabstandet.
Mit jedem zweiten Planeten 5 kämmt ein geometrisch gleicher erster Planet 4. Diese ersten Planeten 4 sind untereinander axial beabstandet und um unterschiedliche Winkel α um die Spindelachse A2 zu den mit dem Hohlrad 3 kämmenden zweiten Planeten 5 versetzt. Der axiale Versatz eines der ersten Planeten 4 zu seinem zweiten Nachbar-Planeten 5 entspricht dem Verhältnis aus deren Winkelversatz zu 360° mal der Spindelsteigung, somit kämmen alle ersten Planeten 4 mit der Spindel 2 da der axiale Versatz dem axialen Vorschub der Profilierung G2 der Spindel 2 folgt. Aufgrund des axialen Versatzes würden sich die Rillen von ersten und zweiten Planeten 4, 5 durchdringen, weswegen der Winkelversatz zwischen diesen jeweils so vergrößert werden muss, dass die Flanken sich gerade nicht mehr durchdringen. Bildlich gesprochen stehen axialer Versatz und Winkelversatz so im Verhältnis zueinander, dass die ersten und zweiten Planeten entlang einer Linie parallel zum Flankenwinkel der Profilierungen G4, G5 zueinander verschoben sind.
Der Vergleich der Schnitte C-C (4) und D-D (5) macht dies im Kontakt von ersten und zweiten Planet deutlich, weiterhin ist dort der axiale Versatz L erkennbar und in 4 eingezeichnet, der Winkelversatz α ist aus 1 erkennbar, die drei Planetenpaare P1, P2, P3 sind jeweils unterschiedlich zueinander beabstandet. Alle Planeten 4, 5 werden durch den Planetenträger 6 in ihrer Position fest gelegt und gehalten, so dass bei der Montage lediglich darauf geachtet werden muss, dass die korrekte Anzahl der Planeten verbaut wird, nicht jedoch deren Ausrichtung, Geometrie oder Position im Planetenträger 6.
Bezugszeichenliste

1: Planetenwälzgewindespindel (PWG)
2: Spindel
3: Hohlrad
4: erste Planeten
5: zweite Planetenrollen
6: Planetenrollenträger
7: Außenhülse
8: Lager
A2: Längsachse der Spindel
G2: Profilierung der Spindel
G3: Innenprofilierung des Hohlrades 3
G4: Profilierung des ersten Planeten
G5: Profilierung des zweiten Planeten
L: axialer Versatz zwischen den ersten und den zweiten Planetenrollen
T1: Teilkreis der ersten Planetenrollen
T2: Teilkreis der zweiten Planetenrollen
α: Winkelversatz

Claims

Planetenwälzgewindespindel (1) (nachfolgend PWG genannt), insbesondere zum Einsatz in einem Aktor für die Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges, wobei mit einer Profilierung (G2) einer Spindel (2) eine erste Anzahl erster Planeten (4) mit einer Profilierung (G4) in Eingriff stehen und eine zur ersten Anzahl gleiche Anzahl eine Profilierung (G5) aufweisende zweite Planeten (5) mit einer Profilierung (G3) eines die zweiten Planeten (5) umringenden Hohlrades (3) kämmen und wobei jeweils paarweise ein erster Planet (4) und ein zweiter Planet (5) miteinander über ihre Profilierungen (G4, G5) in Eingriff stehen.
PWG nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Planeten (4) und die zweiten Planeten (5) auf unterschiedlichen Teilkreisen (T1, T2) um die Längsachse (A) der Spindel (2) angeordnet und an ihren beiden Enden in einem Planetenrollenträger (6) gelagert sind, wobei der erste Teilkreis (T1) auf dem die ersten Planeten (4) angeordnet sind kleiner ist als der zweite Teilkreis (T2), auf den die zweiten Planeten (5) angeordnet sind.
PWG nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Planeten (4) und die zweiten Planeten (5) im Wesentlichen baugleich ausgeführt sind.
PWG nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die paarweise zusammenwirkenden ersten Planeten (4) und zweiten Planeten (5) zueinander in einem axialen Versatz (L) angeordnet sind derart, dass deren Profilierungen (G4, G5) miteinander kämmen.
PWG nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Versatz (L) eines der ersten Planeten (4) zu dem mit diesem kämmenden zweiten Planeten (5) dem Verhältnis aus deren Winkelversatz zu 360° mal der Spindelsteigung entspricht.
PWG nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass alle ersten Planeten (4) mit der Spindel (2) kämmen und der axiale Versatz (L) dem axialen Vorschub der Profilierung (G2) der Spindel (2) folgt.
PWG nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkelversatz (α) zwischen einem ersten Planeten (4) und dem mit diesem paarweise zusammenwirkenden und kämmenden zweiten Planeten (5) jeweils so eingestellt ist, dass die Flanken der Profilierungen (G4, G5) sich gerade nicht mehr durchdringen, wobei der axialer Versatz (L) und der umfangsseitige Winkelversatz (α) so im Verhältnis zueinander stehen, dass der erste Planet (4) und der zweite Planet (5) entlang einer Linie parallel zum Flankenwinkel der Planeten-Rillen zueinander verschoben sind.
PWG nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenrollenträger (6) in einer, das Hohlrad (3) umringenden und an beiden Enden radial nach innen weisenden Außenhülse (7) abgestützt oder ausgebildet sind.
PWG nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (3) zwischen einem radial nach innen weisenden ersten Bund (7.1) und einem radial nach innen weisenden zweiten Bund (7.2) der Außenhülse (7) axial abgestützt ist.
Aktor, insbesondere zur Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges, aufweisend ein PWG nach Anspruch 1, wobei das PWG ein steigungstreues Planeten-Wälz-Gewinde Spindelgetriebe (SPWG) ist.