DE102017119963A1

DE102017119963A1 - Lagervorrichtung zur Lagerung eines Planetenrades und Verfahren zur Herstellung einer Lagervorrichtung

Info

Publication number: DE102017119963A1
Application number: DE102017119963.2A
Authority: DE
Inventors: Harald Martini
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-08-31
Filing date: 2017-08-31
Publication date: 2019-02-28
Anticipated expiration: 2037-09-01
Also published as: DE102017119963B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung zur Lagerung wenigstens eines Planetenrades in einem Planetenträger, wobei die Lagervorrichtung einen Planetenbolzen aufweist, auf welchem das Planetenrad um eine Rotationsachse drehbar gelagert ist, und wobei der Planetenbolzen mit einem außenzylindrischen Abschnitt und wenigstens einem an dem außenzylindrischen Abschnitt anschließenden Fortsatz versehen ist, wobei das Planetenrad rotierbar auf dem außenzylindrischen Abschnitt gelagert ist, und wobei der Planetenbolzen in einem Loch eines Trägerabschnitts des Planetenträgers sitzt sowie mittels eines radial an dem Fortsatz abgehenden Bundes zumindest in eine mit der Rotationsachse gleichgerichtete erste axiale Richtung an dem Planetenträger gesichert ist, und wobei der Bund über den Rand des Loches hinaus radial ausgeweitet ist, so dass dieser dem jeweiligen Trägerabschnitt am Rand des Loches axial gegenüberliegt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Lagervorrichtung zur Lagerung wenigstens eines Planetenrades.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung zur Lagerung wenigstens eines Planetenrades in einem Planetenträger, wobei die Lagervorrichtung einen Planetenbolzen aufweist, auf welchem das Planetenrad um eine Rotationsachse drehbar gelagert ist, und wobei der Planetenbolzen mit einem außenzylindrischen Abschnitt und wenigstens einem an dem außenzylindrischen Abschnitt anschließenden Fortsatz versehen ist, wobei das Planetenrad rotierbar auf dem außenzylindrischen Abschnitt gelagert ist, und wobei der Planetenbolzen in einem Loch eines Trägerabschnitts des Planetenträgers sitzt sowie mittels eines radial an dem Fortsatz abgehenden Bundes zumindest in eine mit der Rotationsachse gleichgerichtete erste axiale Richtung an dem Planetenträger gesichert ist, und wobei der Bund über den Rand des Loches hinaus radial ausgeweitet ist, so dass dieser dem jeweiligen Trägerabschnitt am Rand des Loches axial gegenüberliegt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Lagervorrichtung zur Lagerung wenigstens eines Planetenrades.
Hintergrund der Erfindung
In WO 01/71221A1 ist ein Verfahren zur Montage eines Planetengetriebes beschrieben. Der Planetenbolzen ist außen zylindrisch und an den Enden so abgesetzt, dass der Durchmesser des jeweiligen Zapfens geringer ist als der Durchmesser des Außenzylinders des Planetenbolzens. Der Planetenbolzen setzt sich von dem Absatz aus an beiden Enden jeweils mit einem hohlen Zapfen fort, so dass sich eine Schulter zwischen dem Außenzylinder und diesem Zapfen ergibt. Bei der Montage des Planetengetriebes werden die jeweiligen Zapfen des Planetenbolzens in ein Loch eines der Trägerabschnitte gesteckt und ragen partiell axial über den Trägerabschnitt hinaus. Der überstehende Teil des jeweiligen Zapfens wird anschließend plastisch so verformt, dass dieser sich eng in das jeweilige Loch des Trägerabschnitts einpasst und außenseitig des Trägerabschnitts über den Rand des Loches als ein Bund hinaus steht. Außerdem ist der Bund axial so gegen den jeweiligen Trägerabschnitt vorgespannt, dass die Schulter axial gegen den Trägerabschnitt gepresst und der Trägerabschnitt somit fest zwischen der Schulter und dem Bund eingespannt ist. Das Ergebnis ist eine formschlüssige und spielfreie Verbindung zwischen dem Planetenträger und dem Planetenbolzen. Über die in dem Loch sitzenden Zapfen sollen, wie es in WO 01/71221A1 beschrieben ist, die Planetenbolzen einen Teil der Belastungen und Verformungen des Planetengetriebes aufnehmen. Unter Umständen sollen dadurch sogar Verbindungsstege zwischen den Trägerabschnitten eingespart werden.
Die Erfindung betrifft Planetengetriebe mit schräg verzahnten Zahnrädern oder mit geradverzahnten Zahnrädern. An den Planetenrädern, insbesondere an Planetenrädern mit Schrägverzahnung, wirken im Betrieb Kippmomente, welche bei hohen Betriebsmomenten entsprechend groß sind und welche die Radiallagerung der Planetenräder stark beanspruchen. Die Radiallagerung der Planetenräder ist vorwiegend an den Planetenbolzen ausgebildet. Die Lagerstellen für die Planetenbolzen liegen links und oder rechts der Radiallager im Planetenträger und müssen die Reaktionen aus den Kippmomenten aufnehmen. In dem zuvor beschriebenen Fall geschieht das vorwiegend an den Zapfen bzw. den Fortsätzen der Planetenbolzen. Die auf die Planetenbolzen und auf deren Lagervorrichtungen einwirkenden Belastungen beanspruchen in Abhängigkeit der Betriebsmodi wiederholt immer die gleichen Bereiche der Planetenbolzen bzw. der Lagerstellen und/oder des Planetenträgers so lange, bis diese Schaden nehmen. Besonders gefährdet sind die Übergänge zwischen den Fortsätzen und den Schultern, da der Querschnitt des Zapfens im Vergleich zum Planetenbolzen geringer ist. Hinzu kommt, dass an der Kehle zwischen der Schulter und dem Zapfen Kerbwirkung entstehen kann. Außerdem ist der Bund am Zapfen durch Risse gefährdet, die bei der plastischen Verformung an zumindest teilweise wärmebehandelten Material entstehen können. Die an der axialen Sicherung auf die Zapfen wirkenden Zugkräfte und die radialen Druck- und Scherkräfte aus der Lagerbelastung und den Verformungen belasten die Übergänge und die axiale Sicherung sehr hoch. Die Planetenbolzen lockern sich als eine Folge davon und bewegen sich unkontrolliert axial. Das kann innerhalb kürzester Zeit zum Ausfall der in WO 01/71221A1 beschriebenen Planetenlagerungen und damit des Planetengetriebes führen.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lagervorrichtung zur Lagerung von Planetenrädern in einem Planetenträger zu schaffen, die in Planetengetrieben mit hohen Belastungen und Verformungen der Planetenträger eingesetzt werden kann. Außerdem ist ein Verfahren zu schaffen, mit dem eine derartige Lagervorrichtung hergestellt wird.
Diese Aufgabe ist nach dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist der Planetenbolzen an einer Schulter so abgesetzt ist, dass sich der Fortsatz von der Schulter ausgehend an dem Planetenbolzen fortsetzt. An der Schulter ist der Außendurchmesser des außenzylindrischen Abschnitts auf einen geringeren Durchmesser des Fortsatzes reduziert.
Außerdem ist der Planetenbolzen erfindungsgemäß an dem außenzylindrischen Abschnitt in dem Loch aufgenommen und nicht wie beim bisher bekannten Stand der Technik am Zapfen bzw. an dem Fortsatz. Der Durchmesser des Lochs entspricht damit dem Durchmesser des außenzylindrischen Bereichs.
Der Planetenbolzen ist also über den außenzylindrischen Abschnitt radial quer zur Rotationsachse in dem Trägerabschnitt abgestützt, so dass der volle Querschnitt des Planetenbolzens trägt. Der Bund liegt dem Trägerabschnitt axial gegenüber, wodurch der Planetenbolzen zumindest in einer axialen Richtung an dem Planetenträger gesichert ist. Das setzt voraus, dass der Bund über den Durchmesser des außenzylindrischen Bereiches hinaus radial aufgeweitet ist, so dass dieser dem jeweiligen Trägerabschnitt am Rand des Loches axial gegenüberliegt. Alternativ ist der Durchmesser des Lochs im Trägerabschnitt kleiner als der Außendurchmesser des außenzylindrischen Abschnitts. Auch in diesem Fall ragt der Bund radial über den Rand des Loches hinaus.
Die erfindungsgemäße Lagervorrichtung sieht vorzugsweise Planetenbolzen mit zwei Fortsätzen vor. Der außenzylindrische Abschnitt ist axial zwischen dem linksseitigen ersten Fortsatz und einem rechtsseitigen zweiten Fortsatz ausgebildet. Der Planetenbolzen sitzt mit dem außenzylindrischen Abschnitt jeweils in einem Loch eines Trägerabschnitts des Planetenträgers und ist mittels eines an dem zweiten Fortsatz ausgebildeten zweiten Bundes in eine zur ersten axialen Richtung entgegengesetzte zweite axiale Richtung an dem Planetenträger gesichert.
Der Vorteil der Erfindung ergibt sich dadurch, dass der im Vergleich zum außenzylindrischen Planetenbolzen im Querschnitt schwächere Zapfen bzw. Fortsatz des Planetenbolzens frei von radialen Belastungen ist und nur der axialen Sicherung des Planetenbolzens dient. Gleiches gilt für den Übergang von der Schulter zum Fortsatz. Das ergibt sich dadurch, dass der jeweilige Planetenbolzen mit einem Teilabschnitt seines außenzylindrischen Bereichs in das Loch eingepasst ist und sich somit radial nur über diesen außenzylindrischen Bereich am Planetenträger abgestützt. Der Fortsatz wird in der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung gezielt für die axiale Sicherung des Planetenbolzens verwendet und ist frei von radialen Stützlasten. Kerbwirkungen am Übergang von der Wellenschulter zum Fortsatz sind deshalb nicht zu befürchten. Im Gegenteil - durch den geringeren Durchmesser des Fortsatzes und einem möglichst verrundeten Übergang an der Wellenschulter werden durch den Bund entstehende Kerbwirkungen gezielt vermieden und der außenzylindrische Abschnitt Planetenbolzens bleibt von den Verformungen dem Aufweiten des Bundes frei.
Der Fachwelt sind zum Beispiel aus EP0054852 B1 Lagervorrichtungen bekannt, in denen der Planetenbolzen mit einem Teilabschnitt des außenzylindrischen Bereichs in einem Loch des jeweiligen Trägerabschnitts sitzt. Auf dem außenzylindrischen Bereich ist ein Planetenrad wälzgelagert. Dementsprechend ist der Werkstoff des außenzylindrischen Bereiches gehärtet. Endseitig des außenzylindrischen Bereichs ist bereits übergangslos an den außenzylindrischen Bereich anschließend ein Bund radial teilweise nach außen ausgeformt. Das Formen des Bundes kann den außenzylindrischen Bereich des Planetenbolzens nachteilig verformen. Das Ende des Planetenbolzens muss im Gegensatz zum außenzylindrischen Bereich aus weichem Stahl gebildet sein, um dem Bund zu formen. Da sich der außenzylindrische Bereich unmittelbar an den Bund anschließt, kann durchaus eine Zone des Bundes durch die Wärmebehandlung des außenzylindrischen Bereiches so beeinflusst sein, dass das Material nach dem Formen des Bundes mit Anrissen versehen ist.
Derartige Probleme werden mit der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung vorteilhaft vermieden, weil der jeweilige Planetenbolzen weiterhin am Übergang von dem außenzylindrischen Bereich zu dem Fortsatz hin an der Schulter abgesetzt ist. Der Fortsatz, vorzugsweise ein hohlzylindrisches Element, ist in seinem Durchmesser und in seinem Querschnitt gegenüber dem Durchmesser und dem Querschnitt des außenzylindrischen Abschnitts reduziert. Der Fortsatz kann bis hin zur Wellenschulter deshalb beliebig verformt werden, ohne dass der außenzylindrische Bereich des Planetenbolzens von diesen Verformungen beeinflusst ist, insbesondere dann, wenn die Kehle an dem Übergang vom Fortsatz zu der Schulter großzügig verrundet ist.
Die Planetenräder in Lagervorrichtungen sind auf den Planetenbolzen gleitgelagert oder wälzgelagert. Für den Einsatz von Wälzlagerungen, die vorzugsweise Nadellager sind, muss die Bolzenoberfläche für den Wälzkontakt in Laufbahnqualität ausgeführt sein. Die Oberfläche des außenzylindrischen Abschnitts weist dabei vorzugsweise die für den Wälzkontakt vorgesehene Mindesthärte von 620 HV auf. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht deshalb vor, dass zumindest der außenzylindrische Abschnitt eine aus einer Oberflächenhärtung resultierende Randschicht aufweist, wobei ein Stahlwerkstoff des Planetenbolzens in der Randschicht härter ist als in dem Fortsatz und an dem Bund. Die Randschicht weist vorzugsweise die oben genannte Mindesthärte einer Wälzlaufbahn auf. Grundvoraussetzung dieser Betrachtungen ist, dass der gesamte jeweilige Planetenbolzen der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung einteilig-einmaterialig, also der außenzylindrische Abschnitt, der Fortsatz und der Bund zusammen, aus einem Stück und aus einem Stahlwerkstoff gebildet ist. Der außenzylindrische Abschnitt ist gehärtet, während dessen der Fortsatz und damit auch der Bund weich bleiben. Unter „weich“ ist dabei zum einen der ungehärtete Zustand des für die Herstellung des Planetenbolzens vorgesehenen Stahlrohlings zu verstehen. Zum anderen kann das Material am Planetenbolzen nach einem Härteprozess lokal, zum Beispiel durch Anlassen, wieder „aufgeweicht“ sein. Dann weist das Material zwar nicht mehr den nicht gehärteten Zustand des Stahlrohlings aber einen für Kaltumformen geeigneten weicheren Zustand auf.
Alternativ zum „Aufweichen“ wird die gehärtete Randschicht bei der Herstellung des Fortsatzes in diesem Bereich entfernt. Alternativ wird ein Bolzenrohling mit einem Fortsatz oder mit zwei Fortsätzen zunächst gesamtgehärtet. Dann wird der Stahlwerkstoff in dem Bereich des Fortsatzes vor oder nach der Herstellung des jeweiligen Fortsatzes an der Stelle einem Weichglühen unterzogen. Beim Weichglühen werden die im Gefüge des gehärteten Stahls vorhandenen Ausscheidungen von Zementit oder Perlit reduziert. Der Stahl wird also für die nachfolgende plastische Verformung, die beim Formen des Bundes vorgenommen wird, „aufgeweicht“. Alternativ werden vor dem Härten nicht zu härtende Abschnitte des Bolzenrohlings gegen das Härten abgedeckt und bleiben dadurch im Wesentlichen weich. In jedem Fall ist abgesichert, dass der Stahl des Fortsatzes für eine Umformung des Fortsatzes zum Bund weich genug ist.
Die radiale Dicke (Härtetiefe) der Randschicht ist abhängig von den Belastungen des Lagerbolzens. Sie weist einen Verlauf auf, bei dem die Härtetiefe zumindest längs entlang dem außenzylindrischen Abschnitt konstant ist und erst zum Ende dieses Abschnitts hin auslaufend geringer wird. Alternativ ist die Randschicht an der Schulter, z.B. durch Spanabheben bei der Herstellung des Fortsatzes, abrupt beendet.
Randschichthärtung ist eine Oberflächenhärtung. Beispiele für derartige Verfahren sind das Induktiv-, Flamm-, Einsatz-und Nitrierhärten sowie das Laser-und Elektronenstrahlhärten. Unter Härten allgemein versteht man einerseits eine Wärmebehandlung bestehend aus Austenitisieren und Abkühlen unter solchen Bedingungen, dass die Härte des Werkstoffs zumeist durch mehr oder weniger vollständige Umwandlung des Austenits in Martensit erhöht wird. Andererseits kann das Härten in thermische bzw. thermochemische Verfahren unterteilt werden. Durch Randschichthärten wird gezielt eine gewisse Tiefe des Werkstoffs härtetechnisch beeinflusst. Zwischen dem gehärteten Bereich und dem vom Härten nicht beeinflussten Material entsteht eine sogenannte „Übergangszone“. Als Resultat der Randschichthärtung ist nur eine äußere Schicht, also die Randschicht, des Planetenbolzens gehärtet. Durch die Randschichthärtung wird in der Randschicht ein martensitisches Gefüge generiert. Im Kern der Wandung des Planetenbolzens verbleiben die Zusammensetzung des Stahls und die Härte bzw. Zähigkeit des Ausgangsmaterials, aus welchem der Bolzenrohling vor dem Randschichthärten bestand.
Beispiele thermochemischer Verfahren sind Einsatzhärten, Nitrieren oder Karbonitrieren. Bei thermochemischen Verfahren wird das Werkstück zunächst einer chemischen Atmosphäre mit Kohlenstoff und/oder Stickstoff ausgesetzt, so dass Kohlenstoff und/oder Stickstoff in die Randschicht diffundiert. Beim Einsatzhärten wird die Randschicht des Werkstücks „aufgekohlt“, d. h., es diffundiert Kohlenstoff in die Randschicht. Beim Nitrieren diffundiert Stickstoff in die Oberfläche und beim Karbonitrieren wird eine aus Kohlenstoff und Stickstoff gemischte Atmosphäre eingesetzt. Dem Härten folgt gegebenenfalls oder zwangsweise ein Anlassprozess zum Abbau von Eigenspannungen und zur Erhöhung der Zähigkeit des Werkstücks.
Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass der für die plastische Umformung zum Bund notwendige Fortsatz weich bleibt. Risse und Anrisse beim Formen des Bundes werden vermieden. Ein sicherer Halt des jeweiligen Planetenbolzens ist gewährleistet.
Mit der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung einer Lagervorrichtung vorgesehen. Das Verfahren ist durch folgende Schritte gekennzeichnet:

- Herstellung eines Bolzenrohlings für den Planetenbolzen aus Stahl, an dem der außenzylindrische Abschnitt ausgebildet wird sowie der wenigstens eine Fortsatz an dem Bolzenrohling ausgeformt wird; Dabei wird der Bolzenrohling aus einem nicht gehärteten oder nicht eingesetzten bzw. aufgekohlt oder nitrierten Ausgangsmaterial hergestellt. Verwendeter Stahl ist zum Beispiel Einsatzstahl 16MnCr5 oder Wälzlagerstahl 100Cr6. Der Bolzenrohling wird wahlweise mit spanabhebenden Verfahren oder durch Umformen, zum Beispiel durch Fließpressen, hergestellt. Dabei wird der Fortsatz bzw. vorzugsweise werden die Fortsätze an den Enden des Bolzenrohlings ausgeschnitten und/oder geformt.
- Bearbeitung der Oberfläche des außenzylindrischen Bereiches, wobei zumindest der außenzylindrische Bereich gehärtet, also vorzugsweise die Randschicht in dem außenzylindrischen Bereich so erzeugt wird, dass der Stahl in dem außenzylindrischen Bereich härter ist als an dem Fortsatz. Zur Bearbeitung der Oberfläche zählt das Härten aber auch beispielsweise das Schleifen und Finishen der Wälzlaufbahn.
- Einsetzen des Bolzenrohlings in den Trägerabschnitt, wobei ein Teilbereich des außenzylindrischen Abschnitts in eine Bohrung des Trägerabschnitts eingepasst wird; „Einpassen“ heißt Einführen in einem Passsitz oder Einpressen in den jeweiligen Trägerabschnitt.
- Schließlich wird in einem letzten Bearbeitungsschritt ein Bund oder alternativ werden vorzugsweise zwei Bunde so geformt, so dass dieser dem Trägerabschnitt axial gegenüber liegt oder gegen diesen gepresst ist. Dabei wird ein hohlzylindrischer oder konusförmiger Abschnitt radial durch beispielsweise Rollieren oder Pressen aufgeweitet. Der jeweilige durch den Bund erzeugte Axialanschlag verhindert, dass der Planetenbolzen in der Lagervorrichtung ungewollt wandert. Ein Planetengetriebe weist in der Regel mehrere Planetenbolzen und demzufolge auch mehrere der Lagervorrichtungen auf. Bei der Herstellung des Planetengetriebes und der Montage der Lagevorrichtungen werden die unfertigen Planetenbolzen zunächst jeweils mit einem der Fortsätze in eines der Löcher einer der Trägerabschnitte nacheinander oder gemeinsam eingepasst. In nächsten Schritten werden erst die Planetenbolzen jeweils durch Herstellen eines Bundes an dem Trägerabschnitt gesichert, dann die Planetenräder inklusive der Planetenlagerungen auf den jeweiligen Planetenbolzen montiert und schließlich der andere Trägerabschnitt auf die Fortsätze aufgepasst sowie die Bunde erzeugt. Alternativ werden die Planeten und deren Lagerungen auf dem jeweiligen Bolzen platziert und dann die Trägerabschnitte auf die Fortsätze aufgepasst. In diesem Fall können die Bunde auf beiden Seiten der Lagervorrichtung zugleich erzeugt werden.

Der jeweilige Planetenbolzen ist in der Lagervorrichtung mittels der Bunde gesichert, da die Bunde jeweils axial außenseitig an den Trägerabschnitten ausgebildet sind. „Außenseitig“ schließt nicht aus, dass der Bund zumindest teilweise in eine Fase oder eine andere an dem jeweiligen Trägerabschnitt ausgebildete axiale Vertiefung von außen aus hinein gerichtet eingreift. Der Bund oder die Bunde können axial fest gegen die Trägerabschnitte vorgespannt sein oder, wie eine Ausgestaltung der Erfindung vorsieht, innerhalb eines Axialspiels gegenüber dem Planetenträger beweglich sein. Diese Ausgestaltung der Erfindung ist insbesondere auf Planetengetriebe gerichtet, in denen die Planetenbolzen beidseitig, also links und rechts, jeweils mit mindestens einem der Bunde am Planetenträger gesichert sind. Das Axialspiel ist ein Weg, der durch einen Minimal- und Maximalwert festgelegt ist. Der oder die Planetenbolzen sind entlang ihrer jeweiligen Längsachse um das Spiel beweglich in dem Loch des Trägerabschnitts aufgenommen. Der Minimalwert weist beispielsweise den Abstand 0 auf und der Maximalwert zum Beispiel 0,7 mm.
Die sich so in der Lagervorrichtung ergebende schwimmende Lagerung eines oder mehrerer Planetenbolzen in wenigstens einer ihrer jeweiligen Lagervorrichtung bedeutet, dass der jeweilige Planetenbolzen bei extremen Betriebsbedingungen in der jeweiligen Lagervorrichtung in axialer Richtung zunächst bis zu einem durch den Bund gebildeten Endanschlag begrenzt axial beweglich ist. Dabei ist der Planetenbolzen direkt radial in dem Planetenträger abgestützt oder mit zumindest einem radial in dem Planetenträger abgestützten Radiallager radial gelagert. Die Größe des axialen Spiels wird an die Erfordernisse an die Steifigkeit des Planetengetriebes bzw. des Trägerabschnitts oder Planetenträgers angepasst. Das Spiel ist wahlweise ein Abstand größer 0 bis zu vorzugsweise 0,5 mm, 0,7 mm oder wie bei einer besonders bevorzugten Ausführung 0,3 mm.
In modernen Leichtbau-Planetengetrieben sind die Planetenträger durch Trägerplatten aus dünnwandigem Blech gebildet. Für die darin verwendeten Lagervorrichtungen ist vorgesehen, dass die Planetenbolzen beidseitig, also links und rechts, jeweils über eine Lagerstelle in der jeweiligen Trägerplatte gelagert sind. Beispiele derartiger Planetengetriebe sind Stirnraddifferenziale. Der Vorteil derartiger Planetengetriebe liegt in ihrer kompakten und leichten Bauweise.
Allerdings sind diese Planetengetriebe aufgrund der leichten Bauweise des Planetenträgers relativ verwindungsweich ausgebildet. Das hat zur Folge, dass auch die Planetenbolzen hohen Verkippungen sowie Zug- und Druckbelastungen ausgesetzt sind. Zug- und Druckbelastungen am Planetenbolzen gefährden die Axialsicherung der Planetenbolzen in der jeweiligen Lagervorrichtung, insbesondere die häufig benutzten und durch Prägen erzeugten Formschlußsicherungen. Dementsprechend wurden in der Vergangenheit verschiedene zusätzliche Maßnahmen zu axialen Sicherung der Planetenbolzen, wie zusätzlichen Aufwand erfordernde formschlüssige Fixierungen bis hin zum Verschweißen der Planetenbolzen mit dem Planetenträger, unter Hinnahme der damit verbundenen Nachteile (siehe oben) eingeführt.
Bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Erfindung gemacht wurde, bestand in der Fachwelt allgemein die Auffassung, dass Planetenbolzen in Planetenträgern axial festgelegt sein müssen, um axiales Wandern der Planetenbolzen zu verhindern. Erfindungsgemäß werden jedoch die betroffenen Planetenbolzen schwimmend, d. h., innerhalb eines begrenzten axialen Spiels beweglich, ausgeführt. Das Spiel wird an die Extremwerte, die bei hoher Belastung vorherrschen, angepasst. Bei Verformungen entweder des Trägerabschnitts, des Planetenträgers oder des Planetengetriebes kann der jeweilige Planetenbolzen in der betroffenen Lagerstelle zunächst einmal um den Extremwert oder um einen Teil der Verformung axial ausweichen, so dass die axiale Sicherung des Planetenbolzens in der betroffenen Lagervorrichtung von extremen axialen Belastungen frei ist. Die axiale Führung des Planetenbolzens beginnt erst dann, wenn die Extreme der Verwindung oder andere Verformungen bzw. Axialschub kompensiert sind. Das axiale Wandern vom Planetenbolzen aus der Lagerstelle - im schlimmsten Fall das Auswandern aus dem Trägerabschnitt und die zwangsläufig damit verbundene Zerstörung der Planetenlagerung - wird nach Überwindung des Axialspiels durch das Anliegen des ersten und/oder zweiten Axialanschlags verhindert. Außerdem sind die Lagervorrichtungen in Planetengetrieben gemäß Erfindung kostengünstig herstellbar.
Figurenliste
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

1 zeigt einen Teilschnitt eines Planetengetriebes 1 längs entlang einer Zentralachse 8 des Planetengetriebes 1.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Bolzenrohlings 2 für einem Planetenbolzen einer erfindungsgemäßen Lagervorrichtung 15 in einem Längsschnitt entlang der Längsachse 4 des Bolzenrohlings 2.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lagervorrichtung 5 in einem Längsschnitt entlang eine Rotationsachse 6 eines Planetenrades 13.

1 zeigt ein Beispiel eines Planetengetriebes 1. Das Planetengetriebe 1 ist als ein Stirnraddifferenzial ausgeführt. Das Stirnraddifferenzial besteht aus einem Differenzialkorb, einem Antriebsrad 10, zwei Planetensätzen und aus zwei Sonnenrädern 11 und 12. Jeder der Planetensätze ist aus mehreren Planetenrädern 13 bzw. 14 gebildet. Der Differenzialkorb ist ein Planetenträger 9 und ist aus den Trägerabschnitten 9a und 9b zusammengesetzt. Zeichnerisch ist jeweils nur eines der Planetenräder 13 bzw. 14 dargestellt. Dabei ist das Planetenrad 14 in der Ansicht verdeckt und deshalb nur mit einer gestrichelten Linie angedeutet. Zur Beschreibung der Erfindung wird deshalb auch nur beispielhaft eine Lagervorrichtung 15 oder eine Lagervorrichtung 5 (siehe 3) für ein Planetenrad 13 beschrieben, obwohl davon auszugehen ist, dass auch die anderen Planetenräder 13 bzw. 14 mit einer derartigen Lagervorrichtung 15 bzw. 5 in dem Planetenträger 9 gelagert sind.
1 und 3 - Die jeweilige Lagervorrichtung 15 bzw. 5 zur Lagerung der Planetenräder 13 oder 14 weist einen Planetenbolzen 16 bzw. 26 (siehe 3) auf. Das jeweilige Planetenrad 13 ist gleitend auf einem außenzylindrischen Abschnitt 19 des Planetenbolzens 16 bzw. 26 um die Rotationsachse 23 rotierbar gelagert, der zugleich das Gleitlager für das jeweilige Planetenrad 13 ist. Der jeweilige Planetenbolzen 16 bzw. 26 ist über einen Teilabschnitt des außenzylindrischen Abschnitts 19 links und rechts jeweils in einem Loch 17 bzw. 18 des jeweiligen Trägerabschnitts 9a bzw. 9b. aufgenommen und abgestützt.
Der in 1 dargestellte Planetenbolzen 16 ist ein hohlzylindrisch ausgebildetes Maschinenteil, das mit einer axial ausgerichteten Durchgangsbohrung 24 und mehreren Querbohrungen 25 versehen ist. Über die Bohrungen 24 und 25 kann der Lagerung des Planetenrades 13 Schmieröl zugeführt werden.
Der in 3 dargestellte Planetenbolzen 26 ist massiv, also ohne axiales Loch, ausgebildet.
1, 2 und 3 - Die Planetenbolzen 16 und 26 sind an beiden Enden mit einem gegenüber dem mit 2 gezeigten Rohzustand verformten Fortsatz 20 versehen. Bei der Montage des Planetengetriebes 1 werden die Planetenbolzen 16 bzw. 26 mit den Fortsätzen 20 im Rohzustand durch jeweils ein Loch 17 bzw. 18 axial hindurchgeführt bzw. gegenüber dem jeweiligen Trägerabschnitt 9a bzw. 9b so positioniert, dass diese teilweise axial aus dem jeweiligen Loch 17 bzw. 18 hervorstehen. Im Anschluss werden die Fortsätze 20 jeweils zu dem Bund 22 aufgeweitet, so dass wenigstens einer der Bunde 22 (in diesem Fall in 3 im Bild rechts dargestellt) mit einem Axialspiel S zu dem Trägerabschnitt 9b beanstandet ist. Im Anschluss kann der jeweilige Planetenbolzen 16 bzw. 26 mit einer oder mehreren Prägungen 3 gegen Rotation um seine eigene Längsachse 4, auf der auch die Rotationsachse 23 liegt, gesichert werden. Die Prägungen 3 sind dabei so in den jeweiligen Bund 22 eingebracht, dass Material plastisch aus dem Bund 22 geformt und dabei zugleich zwecks Formschluß als sichernder Vorsprung form-plastisch in den jeweiligen Trägerabschnitt 9a bzw. 9b eingreifend verdrängt wird.
3 wird hinzugezogen, um die Geometrie des verformten Fortsatzes 20 der Planetenbolzen 16 und 26 beispielhaft anhand der Lagervorrichtung 5 zu beschreiben. Die Planetenbolzen 16 und 26 sind links-bzw. rechtsseitig jeweils an einer Schulter 21 so abgesetzt, d. h. im Durchmesser reduziert, dass sich der Fortsatz 20 zunächst mit einem gegenüber dem Außendurchmesser Da des außenzylindrischen Abschnitts 19 geringeren Durchmesser Df von der Schulter 21 aus axial fortsetzt aber dann zu einem Bund 22 mit einem größeren Durchmesser Db aufgeweitet ist. Der jeweilige Bund 22 ragt radial über den Rand des jeweiligen Loches 17 bzw. 18 hinaus, wobei der Innendurchmesser des jeweiligen Loches dem Außendurchmesser Da entspricht. Jeder Bund 22 liegt axial außenseitig dem jeweiligen Trägerabschnitt 9a bzw. 9b axial gegenüber, so dass der Planetenbolzen 16 in die beiden mit der Rotationsachse 23 gleichgerichteten axialen Richtungen an dem Planetenträger 9 axial gesichert ist. Dabei taucht der jeweilige Bund 22 axial teilweise in eine fasenartige axiale Vertiefung 27 des jeweiligen Trägerabschnitts 9a bzw. 9b ein.
2 - der in 2 dargestellte und für den Planetenbolzen 16 geeignete Bolzenrohling 2 aus Stahl ist zunächst an beiden Enden jeweils mit einem rotationssymmetrisch, hohlen und konischen Fortsatz 20 versehen. Der jeweilige Fortsatz 20 kann beispielsweise durch spanabhebende Verfahren aus dem für den Bolzenrohling 2 benötigten Rohrmaterial geschnitten worden sein, ist in diesem Beispiel aber durch plastische Verformung des Stahls hergestellt worden. Die Wand des Bolzenrohlings 2 wurde bei der Bearbeitung der Oberfläche des außenzylindrischen Abschnitts 19 so einer Wärmebehandlung unterzogen, dass dieser eine gehärtete Randschicht 28 aufweist. Die gehärtete Randschicht 28 erstreckt sich über den gesamten außenzylindrischen Abschnitt des Bolzenrohlings 2 bzw. des Planetenbolzens 16 und läuft zur Schulter 21 hin aus. Der für den Planetenbolzen 26 eingesetzte Bolzenrohling ist nicht dargestellt, kann aber genauso wie zuvor beschrieben mit einer Randschicht 28 und den Fortsätzen 20 versehen sein. Die Randschicht 28 ist härter als der übrige Stahl jeweiligen Planetenbolzen 16 bzw. 26, also auch härter als der jeweilige Fortsatz 20.
Bezugszeichenliste

1: Planetengetriebe
2: Bolzenrohling
3: Prägung
4: Längsachse
5: Lagervorrichtung
6: Rotationsachse
8: Zentralachse
9: Planetenträger
9a: Trägerabschnitt
9b: Trägerabschnitt
10: Antriebsrad
11: Sonnenrad
12: Sonnenrad
13: Planetenrad
14: Planetenrad
15: Lagervorrichtung
16: Planeten bolzen
17: Loch
18: Loch
19: außenzylindrischer Abschnitt
20: Fortsatz
21: Schulter
22: Bund
23: Rotationsachse
24: Durchgangsbohrung
25: Bohrung
26: Planeten bolzen
27: Vertiefung
28: Randschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 0171221 A1 [0002, 0003]
EP 0054852 B1 [0010]

Claims

Lagervorrichtung (5, 15) zur Lagerung wenigstens eines Planetenrades (13, 14) in einem Planetenträger (9), wobei die Lagervorrichtung (5, 15) einen Planetenbolzen (16, 26) aufweist, auf welchem das Planetenrad (13, 14) um eine Rotationsachse (23) drehbar gelagert ist, und wobei der Planetenbolzen (16, 26) mit einem außenzylindrischen Abschnitt (19) und wenigstens einem Fortsatz (20) versehen ist, wobei das Planetenrad (13, 14) rotierbar auf dem außenzylindrischen Abschnitt (19) gelagert ist, wobei der Planetenbolzen (16, 26) in einem Loch (17, 18) eines Trägerabschnitts (9a, 9b) des Planetenträgers (9) sitzt sowie mittels eines radial an dem Fortsatz (20) abgehenden Bundes (22) zumindest in eine mit der Rotationsachse (23) gleichgerichtete erste axiale Richtung an dem Planetenträger (9) gesichert ist, und wobei der Bund (22) über den Rand des Loches (17, 18) hinaus radial ausgeweitet ist, so dass dieser dem jeweiligen Trägerabschnitt (9a, 9b) am Rand des Loches (17, 18) axial gegenüberliegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenbolzen (16, 26) an einer Schulter (21) so abgesetzt ist, dass sich der Fortsatz (20) von der Schulter (21) ausgehend an dem Planetenbolzen (16, 26) fortsetzt und dass der Planetenbolzen (16, 26) an dem außenzylindrischen Abschnitt (19) in dem Loch (17, 18) aufgenommen und über den außenzylindrischen Abschnitt (19) radial quer zur Rotationsachse (23) in dem Trägerabschnitt (9a, 9b) abgestützt ist.
Lagervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenbolzen (16, 26) zwei der Fortsätze (20) aufweist, wobei der außenzylindrischen Abschnitt (19) axial zwischen einem ersten Fortsatz (20) und einem zweiten Fortsatz (20) ausgebildet ist, und wobei der Planetenbolzen (16, 26) mit dem außenzylindrischen Abschnitt (19) jeweils in einem Loch (17, 18) eines Trägerabschnitts (9a, 9b) des Planetenträgers (9) sitzt und mittels eines an dem zweiten Fortsatz (20) ausgebildeten zweiten Bundes (22) in eine zur ersten axialen Richtung entgegengesetzte zweite axiale Richtung an dem Planetenträger (9) gesichert ist.
Lagervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortsatz (20) rotationssymmetrisch und innen hohl und der Bund (22) ringförmigrotationssymmetrisch ausgebildet sind, wobei der Bund (22) zumindest teilweise aus Stahl des Planetenbolzens (16, 26) gebildet ist, welcher plastisch aus dem Fortsatz (20) radial nach außen geformt ist.
Lagervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der außenzylindrische Abschnitt (19) eine aus einer Oberflächenhärtung resultierende Randschicht (28) aufweist, wobei ein Stahlwerkstoff des Planetenbolzens (16, 26) in der Randschicht (28) härter ist als in dem Fortsatz (20) und an dem Bund (22).
Verfahren zur Herstellung einer Lagervorrichtung (5, 15) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte: - Herstellung eines Bolzenrohlings (2) für den Planetenbolzen (16, 26) aus Stahl, an dem der außenzylindrische Abschnitt (19) ausgebildet wird sowie der wenigstens eine Fortsatz (20) an dem Bolzenrohling (2) ausgeformt wird, - Bearbeitung der Oberfläche des außenzylindrischen Abschnitts (19), wobei zumindest der außenzylindrische Abschnitt (19) erzeugt wird, wobei der Stahl in dem außenzylindrischen Abschnitt (19) härter ausgebildet wird als an dem Fortsatz (20). - Einsetzen des Bolzenrohlings (2) in den Trägerabschnitt (9a, 9b), wobei ein Teilbereich des außenzylindrischen Abschnitts (19) in eine Bohrung (17, 18) des Trägerabschnitts (9a, b) eingepasst wird, - Formen des Bundes (22), so dass dieser dem Trägerabschnitt (9a, 9b) gegenüber liegt.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Randschicht (28) durch partielle Randschichthärtung des Bolzenrohlings (2) nur im außenzylindrischen Abschnitt erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem zwei der Fortsätze (20) an dem Bolzenrohling (2) ausgeformt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem wenigstens ein Planetenrad (13, 14) auf den Planetenbolzen (13, 14) aufgesetzt und der Bolzenrohling (2) in zwei der Trägerabschnitte (9a, 9b) so eingesetzt wird, dass das wenigstens eine Planetenrad (13, 14) zwischen den Trägerabschnitten (9a, 9b) angeordnet ist sowie jeweils ein Teilbereich des außenzylindrischen Abschnitts (19) in ein Loch (17, 18) des jeweiligen Trägerabschnitts (9a, 9b) eingepasst ist.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass an dem jeweiligen Fortsatz (20) jeweils ein Bund (22) ausgeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass an dem jeweiligen Fortsatz (20) jeweils so ein Bund (22) ausgeformt wird, dass die Bunde (22) Axialanschläge des Planetenbolzens (16, 26) gegenüber dem Planetenträger (9) bilden, wobei der Planetenbolzen (16, 26) innerhalb eines Axialspiels (S) axial gegenüber den Trägerabschnitten (9a, 9b) beweglich ist.