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Die Erfindung betrifft ein Planetenkoppelgetriebe, einen Wankstabilisator mit einem solchen Planetenkoppelgetriebe sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Planetenkoppelgetriebes.
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Planetenkoppelgetriebe werden als hochübersetzende Umlaufrädergetriebe bei Positionier- oder Servoantrieben, beispielsweise zum Antreiben eines Spindelelements einer Werkzeugmaschine oder eines Industrieroboters, verwendet. Darüber hinaus sind Anwendungen in der Kraftfahrzeugindustrie, beispielsweise im Bereich von Wankstabilisatoren von Kraftfahrzeugen, bekannt.
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Aus der
DE 10 2008 035 114 A1 ist ein Planentengetriebe mit einem Hohlrad mit einer ersten konischen Verzahnung und einem benachbarten, konzentrisch zu dem ersten Hohlrad angeordneten zweiten Hohlrad mit einer zweiten konischen Verzahnung bekannt, wobei die Verzahnung des ersten Hohlrades und die Verzahnung des zweiten Hohlrades die gleiche Zähneanzahl aufweisen, wobei die Hohlräder mit einem Planetenrad in Eingriff stehen, welches eine dritte und eine vierte konische Verzahnung aufweist, wobei die dritte konische Verzahnung des Planetenrades mit dem ersten Hohlrad und die vierte konische Verzahnung des Planetenrades mit dem zweiten Hohlrad in Wirkverbindung steht.
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Ferner ist aus der
DE 101 61 942 A1 ein Planetengetriebe mit zwei zueinander koaxialen Hohlrädern unterschiedlicher Zähneanzahl bekannt, von denen ein Hohlrad drehfest mit einem Gehäuse des Planentengetriebes verbunden ist und das zweite Hohlrad drehbar zu dem Gehäuse angeordnet ist, wobei ein erstes Planetenrad des Getriebes mit dem ersten Hohlrad in Eingriff steht und ein zweites Planetenrad des Getriebes mit dem zweiten Hohlrad in Eingriff steht. Die beiden Planetenräder sitzen in einem gemeinsamen Planetenträger und sind miteinander drehfest gekoppelt. Dabei weisen das erste Planetenrad und das zweite Planetenrad unterschiedliche Zähnezahlen auf. Die Leitungszufuhr zu dem Getriebe erfolgt dabei über ein Sonnenrad, welches entweder die in das stationäre Hohlrad eingreifenden Planeten, oder die in das angetriebene Hohlrad eingreifende Planeten, antreibt.
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Aus der
DE 10 2014 215 700 A1 ist ein elektromechanischer Antrieb für einen Wankstabilisator bekannt, welcher einen Elektromotor und ein Planetengetriebe umfasst. Dabei weist der Wankstabilisator einen drehfest mit dem Gehäuse des Wankstabilisators befestigten Stator und einen relativ zum Stator verdrehbaren Rotor auf, wobei der Rotor über eine Antriebswelle mit dem Planetengetriebe verbunden ist, wobei ferner ein erstes Drehstabfederelement zumindest mittelbar mit dem Gehäuse gekoppelt ist und ein zweiten Drehstabfederelement zumindest mittelbar mit einer Abtriebswelle des Planetengetriebes gekoppelt ist und wobei die beiden Drehstabfederelemente zur Wankbewegungskompensation des Kraftfahrzeuges zueinander verdrehbar sind. Dabei weißt das Planetengetriebe einen Stufenplanetensatz auf, wobei eine erste Stufe des Planetensatz einen ersten Durchmesser und eine zweite Stufe des Planetensatzes eine zweite Stufe aufweist.
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Nachteilig an einer solchen Lösung ist jedoch, dass die Fertigung und Montage vergleichsweise aufwendig ist und die Gefahr einer Beschädigung der Zahnflanken des Planetengetriebes durch bei nicht optimaler Ausführung der Fertigung oder der Montage besteht.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Planetenkoppelgetriebe derart weiterzubilden, dass sich die Montage des Planetenkoppelgetriebes erleichtert und insbesondere die Gefahr durch, bei der Montage entstehende oder in das Planetenkoppelgetriebe eingebrachte Späne zwischen den Zahnflanken zu verringern.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Planetenkoppelgetriebe mit mindestens einem Zentralrad und mindestens zwei Planetensätzen gelöst, wobei das Zentralrad einen ersten Verzahnungsabschnitt aufweist, welcher mit den Planetenräder des ersten Planetensatzes in Eingriff steht, und einen zweiten Verzahnungsabschnitt aufweist, welcher mit den Planetenrädern des zweiten Planetensatzes in Eingriff steht, wobei die Planetenräder des ersten Planetensatzes mit den Planetenrädern des zweiten Planetensatzes wirkverbunden sind, und wobei an dem Zentralrad zwischen dem ersten Verzahnungsabschnitt und dem zweiten Verzahnungsabschnitt eine Umfangsnut ausgebildet ist, welche den ersten Verzahnungsabschnitt von dem zweiten Verzahnungsabschnitt trennt. Durch die Umfangsnut wird die mechanische Bearbeitbarkeit der Zahnflanke des Zentralrades erleichtert, da jeweils nur ein in axialer Richtung vergleichsweise kurzer Teilabschnitt bearbeitet, insbesondere geschliffen werden muss. Dadurch ist eine Verlängerung des Zentralrades in axialer Richtung möglich, wodurch die Planetenräder des ersten Planetensatzes und des zweiten Planetensatzes über eine größere Führungslänge verfügen und somit besser zentriert werden können.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Merkmale sind vorteilhafte Weiterentwicklungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch genannten Planetenkoppelgetriebes sowie eines Wankstabilisators mit einem solchen Planetenkoppelgetriebe möglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Zentralrad ein Sonnenrad ist. Ein Sonnenrad bietet den Vorteil, dass die Planetenräder der Planetensätze auf das Sonnenrad aufgeschoben werden können, wobei durch das Sonnenrad eine Zentrierung der Planetenräder um eine zentrale Drehachse des Planetenkoppelgetriebes möglich ist. Dabei weist ein Sonnenrad im Vergleich zu einem Hohlrad eine geringere Baugröße und im Allgemeinen ein geringeres Gewicht auf, wodurch das Planetenkoppelgetriebe leichter und kompakter ausgeführt werden kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Umfangsnut in radialer Richtung mindestens bis zu einem Zahngrund der Zähne der Planetenräder beider Planetensätze ausgebildet ist. Durch eine Umfangsnut, welche in axialer Richtung mindestens bis zum Zahnfuß des Zentralrades ausgebildet ist, wird ein Auslauf für die Schleifscheiben bei der Bearbeitung der Zahnflanken geschaffen, wodurch die Bearbeitung der jeweiligen Zahnflanke des Zentralrades erleichtert wird.
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Zudem wird in der Montage ein Aufschieben der Planetenräder, insbesondere der Planetenräder des ersten Planetensatzes erleichtert.
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In einer alternativen, vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Zentralrad als ein Hohlrad ausgebildet ist. Alternativ kann das Zentralrad als Hohlrad ausgebildet sein, wobei die Verzahnungskräfte aufgrund der höheren Umlaufgeschwindigkeiten bei gleichem zu übertragenden Drehmoment verringert und auf eine Mehrzahl von Zähnen verteilt werden kann. Zudem können die Verzahnungen der Planetenräder vor einer Verschmutzung von außen durch das Hohlrad geschützt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Planetenräder des ersten Planetensatzes starr mit den Planetenrädern des zweiten Planetensatzes verbunden sind. Durch eine starre Kopplung der Planeten des ersten Planetensatzes und des zweiten Planetensatzes ist eine besonders einfache Übertragung von Kräften und Momenten zwischen den beiden Planetensätzen möglich, wodurch sich die Montage des Planetenkoppelgetriebes erleichtert.
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Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Planetenräder des ersten Planetensatzes flexibel verschwenkbar mit den Planetenrädern des zweiten Planetensatzes verbunden sind. Dazu ist zwischen einem Planetenrad des ersten Planetensatzes und einem Planetenrad des zweiten Planetensatzes ein Federelement, insbesondere ein Federring angeordnet, welcher das Planetenrad des ersten Planetensatzes gegen das Planetenrad des zweiten Planetensatzes vorspannt. Dadurch lässt sich das Verzahnungsspiel aus dem Planetengetriebe herausnehmen, wodurch sich die Abrollgeräusche im Planetenradgetriebe nochmals reduzieren lassen.
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In einer weiteren Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verzahnungen an dem Zentralrad und an den Planetenrädern als Geradverzahnungen ausgebildet sind. Eine Geradverzahnung ermöglicht ein einfaches, axiales Aufschieben der Planetenräder auf das Zentralrad. Zwar ist prinzipiell auch eine Schrägverzahnung denkbar, jedoch entsteht hierbei eine unerwünschte Axialkraftkomponente. Insbesondere bei zwei starr gekoppelten Planetenrädern aus dem ersten und zweiten Planetensatz ist es daher schwierig, die beiden Planetenräder mit dem Zentralrad zu paaren, wenn an dem Zentralrad und an den Planetenrädern Schrägverzahnungen ausgebildet sind.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Zentralrad einteilig ausgeführt ist. Durch eine einteilige Ausführung ist eine besonders verwindungssteife und biegesteife Ausführung des Zentralrades möglich. Zudem können bei einer einteiligen Ausführung in der Regel engere Toleranzen erreicht werden, da sich die Fertigungstoleranzen nicht zusätzlich mit Montagetoleranzen bei der Montage eines Zentralrades aus mehreren Bauteilen, insbesondere aus mehreren Verzahnungsabschnitten, überdecken.
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Erfindungsgemäß wird ein Wankstabilisator für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welcher ein erfindungsgemäßes Planetenkoppelgetriebe aufweist. Passive Wankstabilisatoren umfassen im Allgemeinen ein durchgehendes, gebogenes Rohr. In aktiven Wankstabilisatoren kann dieses durchgehende Rohr aufgetrennt werden, um die Getriebeeinheit inklusive einem elektrischen Antriebsmotor in den Wankstabilisator zu integrieren. Dabei entstehen hochbelastete Schnittstellen zwischen dem Stabilisator und der aktiven Baugruppe, an denen Torsionsmomente, Biegemomente und Axialkräfte übertragen werden müssen. Die Verstellung dieser Torsionsmomente erfolgt im Allgemeinen über ein mehrstufiges Planetenkoppelgetriebe, welches aus Komfortgründen keine akustischen, im Fahrzeuginnenraum wahrnehmbaren Geräusche erzeugen soll, wenn in dem Planetengetriebe eine Drehrichtungsänderung stattfindet. Das erfindungsgemäße Planetenkoppelgetriebe erlaubt eine gezielte Vorspannung der einzelnen Zahnräder, insbesondere der Planetenräder und des Zentralrads zueinander, welches ein selbstständiges Lösen der Komponenten sperrt und eine Geräuschentwicklung, insbesondere bei einer Umkehr der Drehrichtung des Planetenkoppelgetriebes, minimiert.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines Planetenkoppelgetriebes mit mindestens einem Zentralrad und mindestens zwei Planetensätzen vorgeschlagen, wobei an dem Zentralrad ein ersten Verzahnungsabschnitt ausgebildet wird, welcher mit den Planetenrädern des ersten Planetensatzes in Wirkverbindung treten kann, wobei an dem Zentralrad ein zweiter Verzahnungsabschnitt ausgebildet wird, welcher mit den Planetenrädern des zweiten Planetensatzes in Wirkverbindung treten kann, wobei die Planetenräder des ersten Planetensatzes mit den Planetenrädern des zweiten Planetensatzes verbunden werden und wobei an dem Zentralrad zwischen dem ersten Verzahnungsabschnitt und dem zweiten Verzahnungsabschnitt eine Umfangsnut eingebracht wird, welche den ersten Verzahnungsabschnitt von dem zweiten Verzahnungsabschnitt trennt. Durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren kann sichergestellt werden, dass miteinander verbundenen Planetenräder der beiden Planetensätze während des Montagezustands miteinander verspannt bleiben. Dabei können die Planetenräder über einen Zahnfuß des Zentralrades, insbesondere eines Sonnenrades, während des axialen Aufschiebens auf das Zentralrad zueinander zentriert werden, und die Gefahr einen Spanbildung bei der Montage, welche die Funktion und die Lebensdauer des Planetenkoppelgetriebes beeinträchtigen kann, wird deutlich verringert. Zudem kann durch eine axiale Verlängerung des Zentralrads um die Breite der Umfangsnut eine genauere Fertigung des Zentralrads, insbesondere der Verzahnungsbereiche des Zentralrads erfolgen, da durch die Umfangsnut in axialer Richtung kürzere Zahnflanken bearbeitet werden müssen und sich somit die Gefahr eines Schleifbrandes an den bearbeiteten Zahnflanke reduziert. Dies führt zu einer verbesserten Oberflächenfestigkeit der Zahnflanken und somit zu einem geringeren Verschleiß.
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Die verschiedenen, in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 einen erfindungsgemäßen Wankstabilisator für ein Kraftfahrzeug;
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2 ein erfindungsgemäßes Planetenkoppelgetriebe für einen Wankstabilisator;
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3 ein Sonnenrad eines erfindungsgemäßen Planetenkoppelgetriebes;
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4 zwei mittels einer schwenkbaren Verbindung miteinander verbundene Planetenräder eines erfindungsgemäßen Planetenkoppelgetriebes.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Wankstabilisator 13 für ein nicht dargestelltes Kraftfahrzeug. Der Wankstabilisator 13 umfasst eine erste Drehstabfeder 19 und eine zweite Drehstabfeder 20, welche über zwei Lagerstellen 23, 24 fahrzeugseitig gelagert sind und an ihren jeweils anderen Enden über eine nicht dargestellte Pendelstange jeweils mit einem Rad des Kraftfahrzeuges verbunden sind. Die beiden Drehstabfedern 19, 20 sind über einen Aktuator 22 verdrehbar verbunden, um eine Wankbewegungskompensation des Kraftfahrzeugs zu erzielen. Der Aktuator weist ein Gehäuse 17 auf, in dem ein Planetenkoppelgetriebe 1 und ein Elektromotor 14 angeordnet sind. Der Elektromotor 14 weist einen, über eine Antriebswelle 18 mit dem Planetenkoppelgetriebe 1 verbundenen Rotor 15, sowie einen drehfest mit dem Gehäuse 17 verbundenen Stator 16 auf. Dabei ist die erste Drehstabfeder 19 mit dem Gehäuse 17 gekoppelt und die zweite Drehstabfeder 20 zumindest mittelbar mit einer Abtriebswelle 21 des Planetenkoppelgetriebes 1 verbunden. Die beiden Drehstabfedern 19, 20 sind zur Wankbewegungskompensation des Kraftfahrzeuges zueinander verdreht, wobei der Elektromotor 14 ein Drehmoment über die Antriebswelle 18 in das Planetenkoppelgetriebe 1 einleitet. Durch das Planetenkoppelgetriebe 1 kann ein hohes Übersetzungsverhältnis erzielt werden, wodurch eine hohe Drehzahl und ein vergleichsweise geringes Drehmoment des Elektromotors 14 in eine geringe Drehzahl und ein hohes Drehmoment an der Abtriebswelle 21 übersetzt werden.
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In 2 ist eine Getriebestufe 25 des Wankstabilisators 13 mit einem erfindungsgemäßen Planetenkoppelgetriebe 1 dargestellt. Das Planetenkoppelgetriebe 1 weist ein Zentralrad 2 in Form eines Sonnenrades 9 auf. Das Sonnenrad 9 weist einen ersten Verzahnungsabschnitt 7 und einen zweiten Verzahnungsabschnitt 8 auf, welche durch eine Umfangsnut 10 voneinander getrennt sind. Der erste Verzahnungsabschnitt 7 des Sonnenrads 9 steht mit einem Planetenrad 5 eines ersten Planetensatzes 3 in Eingriff. Der zweite Verzahnungsabschnitt 8 des Sonnenrades 9 steht mit einem Planetenrad 6 des zweiten Planetensatzes 4 in Eingriff. Das Planetenrad 5 des ersten Planetensatzes 3 und das Planetenrad 6 des zweiten Planetensatzes 4 sind miteinander verbunden, um auf bekannte Art und Weise eine Verspannung zwischen den Zahnrädern 5, 6, 9 zu ermöglichen. Die Planetenräder 5, 6 stehen zudem mit einem Hohlrad 12 des Planetenkoppelgetriebes 1 in Eingriff, welches vorzugsweise drehfest mit dem Gehäuse 17 des Aktuators 22 verbunden oder einteilig mit diesem ausgebildet ist. Alternativ kann das Zentralrad 2 auch als ein Hohlrad 12 ausgebildet sein, wobei die Umfangsnut 10 in diesem Fall einen ersten Verzahnungsabschnitt des Hohlrades 12 von einem zweiten Verzahnungsabschnitt des Hohlrades 12 trennt.
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In 3 ist das Sonnenrad 9 des Planetenkoppelgetriebes 1 nochmals vergrößert dargestellt. Das Sonnenrad 9 weist einen ersten Verzahnungsabschnitt 7 und einen zweiten Verzahnungsabschnitt 8 auf, welche in axialer Richtung durch eine Umfangsnut 10 voneinander getrennt sind. Dabei reicht die Umfangsnut 10 in radialer Richtung mindestens bis zu einem Zahnfuß 11 der Zähne der beiden Verzahnungsabschnitte 7, 8, vorzugsweise ist die Umfangsnut 10 jedoch noch etwas tiefer ausgebildet, um die Zähne des ersten Verzahnungsabschnittes 7 und des zweiten Verzahnungsabschnittes 8 in axialer Richtung freizustellen und somit eine vereinfachte Schleifbearbeitung der beiden Verzahnungsabschnitte 7, 8 zu ermöglichen. Die Verzahnung an den beiden Verzahnungsabschnitten 7, 8 des Sonnenrades 9 und an den Planetenrädern 5, 6 ist dabei als Geradverzahnung ausgebildet, um die Montage der Planetenräder 6, 7 unter Vorspannung zu erleichtern und somit den kompletten Verbund auf das Sonnenrad 9 aufschieben zu können.
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In der Montage des Planetenkoppelgetriebes 1 werden die Planetenräder 5, 6 des ersten und zweiten Planetensatzes 3, 4 miteinander verspannt. Dabei werden die Planetenräder 5, 6 über den Zahnfuß 11 des Sonnenrades 9 während des axialen Verschiebens zueinander zentriert, wobei durch die Umfangsnut 10 die Gefahr einer Spanbildung in der Montage reduziert wird. Zudem kann durch die Umfangsnut eine verbesserte Fertigung des Sonnenrades 9 mittels einer Schleifbearbeitung der Zahnflanken des Sonnenrads 9 erfolgen, da durch die Umfangsnut 10 der Schleifbrand an den Zahnflanken bei der Schleifbearbeitung deutlich reduziert wird. Dies führt zu einer verbesserten Oberflächenqualität an den Zahnflanken, was die Dauerhaltbarkeit des Planetenkoppelgetriebes 1 verbessert. Zudem wird durch die Umfangsnut 10 die Masse des Sonnenrades 9 reduziert, wodurch auch das Massenträgheitsmoment an diesem Sonnenrad 9 geringer ist.
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In 4 sind zwei Planetenräder 5, 6 des ersten und zweiten Planetensatzes 5, 6 dargestellt, welche mittels einer schwenkbaren Verbindung miteinander verbunden sind. Dazu ist zwischen dem ersten Planetenrad 5 und dem zweiten Planetenrad 6 ein C-förmiger Federring 26 angeordnet, welcher die beiden Planetenräder 5, 6 gegeneinander Verspannt. Zur Übertragung eines Drehmoments ist sind ein erster Stift 27 und ein zweiter Stift 28 vorgesehen, welche jeweils in eine Ausnehmung 29 des C-förmigen Federrings 26 eingreifen, und somit eine Drehmomentübertragung von dem ersten Planetenrad 5 auf das zweite Planetenrad 6 ermöglichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Planetenkoppelgetriebe
- 2
- Zentralrad
- 3
- erster Planetensatz
- 4
- zweiter Planetensatz
- 5
- Planetenrad (des ersten Planetensatzes)
- 6
- Planetenrad (des zweiten Planetensatzes)
- 7
- erster Verzahnungsabschnitt
- 8
- zweiter Verzahnungsabschnitt
- 9
- Sonnenrad
- 10
- Umfangsnut
- 11
- Zahnfuß
- 12
- Hohlrad
- 13
- Wankstabilisator
- 14
- Elektromotor
- 15
- Rotor
- 16
- Stator
- 17
- Gehäuse
- 18
- Antriebswelle
- 19
- erste Drehstabfeder
- 20
- zweite Drehstabfeder
- 21
- Abtriebswelle
- 22
- Aktuator
- 23
- erste Lagerstelle
- 24
- zweite Lagerstelle
- 25
- Getriebestufe
- 26
- Federring
- 27
- erster Stift
- 28
- zweiter Stift
- 29
- Ausnehmung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008035114 A1 [0003]
- DE 10161942 A1 [0004]
- DE 102014215700 A1 [0005]
