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Die Erfindung betrifft ein Planetenwälzgetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Planetenwälzgetriebes.
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Der Begriff Planetenwälzgetriebe wird gleichbedeutend mit dem Begriff Planetenwälzgewindetrieb verwendet. Ein gattungsgemäßes Planetenwälzgetriebe ist beispielsweise aus der
DE 10 2010 011 820 A1 bekannt. Dieser Planetenwälzgewindetrieb umfasst eine Mutter, die zwei axial zueinander bewegliche Mutterteile aufweist. Eine Vorspanneinrichtung des bekannten Planetenwälzgetriebes umfasst ein Federelement, welches eine in Axialrichtung wirkende Kraft auf eines der Mutterteile ausübt und sich hierbei an einem Kupplungsteil, welches fest mit einer die Mutterteile umgebenden Hülse verbunden ist, abstützt.
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Ein weiterer Planetenwälzgewindetrieb mit Vorspannmitteln ist zum Beispiel aus der
DE 10 2008 008 013 B3 bekannt. Die Vorspannmittel sollen dafür sorgen, dass Profilierungen der Wälzkörper, das heißt Planeten, des Planetenwälzgewindetriebs spielfrei an einer Innenprofilierung einer Mutter und an einer Außenprofilierung einer Spindel anliegen.
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Aus
DE 10 2007 007 885 A1 ist ein Kugelrollspindelgewindetrieb bekannt geworden mit einer Vorrichtung zur konstanten Einstellung einer Vorspannung, wobei eine zweite Mutter mit einem konstanten einstellbaren Moment gegen eine erste Mutter verdreht wird. Die Vorspannung kann mittels eines Druckzylinders, eines magnetischen Stellelementes, eines Piezostellers oder eines einstellbaren Federelementes erzeugt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Planetenwälzgewindetrieb gegenüber dem genannten Stand der Technik weiterzuentwickeln, wobei besonders weite Einsatzmöglichkeiten des Plantenwälzgewindetriebs gegeben sein sollen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Planetenwälzgewindetrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ebenso wird die Aufgabe gelöst gemäß Anspruch 10 durch ein Verfahren zum Betrieb dieses Planetenwälzgetriebes. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Betriebsverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung, das heißt den Planetenwälzgewindetrieb, und umgekehrt.
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Der Planetenwälzgewindetrieb umfasst eine mehrteilige Mutter, welche eine Gewindespindel umgibt, wobei zwischen der Mutter und der Gewindespindel mehrere Planeten abrollen, die jeweils mit Endabschnitten in der Mutter und mit einem Mittelabschnitt auf der Gewindespindel geführt sind. Die End- und Mittelabschnitte der Planten stellen Profilierungen dar, welche - im Gegensatz zur Profilierung der Gewindespindel - kein Gewinde beschreiben. In Anpassung an die Gewindesteigung der Gewindespindel sind die einzelnen Planeten in Axialrichtung der Mutter sowie der Gewindespindel und damit des gesamten Planetenwälzgewindetriebs etwas gegeneinander versetzt. Die Mutter weist eine Vorspanneinrichtung auf, welche auf die Planeten wirkt, indem verschiedene Elemente der Mutter gegeneinander vorgespannt sind. Erfindungsgemäß ist die Vorspanneinrichtung während des Betriebs des Planetenwälzgetriebes verstellbar.
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Zur Verstellung der Vorspannung des Planetenwälzgetriebes ist erfindungsgemäß ein Rampengetriebe vorgesehen, welches der Vorspanneinrichtung zuzurechnen ist. Rampengetriebe sind prinzipiell zum Beispiel bei Fahrzeugbremsen bekannt. Beispielhaft wird diesem Zusammenhang auf die Dokumente
DE 10 2016 221 189 A1 und
EP 1 945 966 B1 hingewiesen. Im vorliegenden Fall ist das Rampengetriebe dazu ausgebildet, eine Rotation in eine Linearbewegung zu wandeln. Das Rampengetriebe kann entweder ohne Wälzkörper oder mit Wälzkörpern arbeiten. Im letztgenannten Fall sind als Wälzkörper vorzugsweise Kugeln vorgesehen. Alternativ kommen Rollen oder Nadeln als Wälzkörper des Rampengetriebes in Betracht.
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Unabhängig von der Ausgestaltung des Rampengetriebes umfasst die Vorspanneinrichtung erfindungsgemäß zusätzlich eine Federanordnung. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine einzelne Tellerfeder oder um ein Paket aus Tellerfedern oder um eine Wellfeder oder um ein Wellfederpaket handeln. Ebenso kann die Federanordnung aus Schraubenfedern aufgebaut sein. Sowohl bei der Verwendung von Tellerfedern als auch bei der Verwendung von Schraubenfedern oder sonstigen Federn ist die Federanordnung in bevorzugter Ausgestaltung axial zwischen den beiden gegeneinander vorgespannten Mutterelementen der Mutter des Planetenwälzgetriebes angeordnet. Hierbei ist die Federanordnung ringförmig um die Mittelabschnitte sämtlicher Planeten gelegt. In Radialrichtung der Mutter ragt die Federanordnung vorzugsweise nicht über die Mutterelemente hinaus.
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Ist die mindestens eine Feder der Federanordnung als ringförmige, die Mittelachse des Planetenwälzgetriebes ringförmig umschließende Feder ausgebildet, so ist axial zwischen den beiden gegeneinander verspannten Mutterelementen beispielsweise ein Anschlagring angeordnet, welcher den Federweg begrenzt und die Federanordnung ringförmig umschließt. Alternativ kann die Funktion des Anschlagrings unmittelbar durch die Mutterelemente übernommen werden.
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Eine den Federweg begrenzende Anschlagfunktion der Mutterelemente ist auch in Ausgestaltungen vorteilhaft, in welchen einzelne Federn, insbesondere Schraubenfedern, am Umfang der Mutterelemente verteilt sind. In diesem Fall sind vorzugsweise segmentartige Anschlagbereiche der Mutterelemente gleichförmig an deren Umfang, jeweils zwischen zwei Federelementen, verteilt. Dies ist gleichbedeutend damit, dass zumindest eines der Mutterelemente stirnseitige Ausnehmungen aufweist, in welche jeweils mindestens ein Federelement eingesetzt ist.
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Die beiden Mutterelemente können spiegelsymmetrisch zueinander gestaltet sein. Während sich die Federanordnung vorzugsweise zwischen den beiden Mutterelementen befindet, ist ein einzelnes Rampengetriebe oder ein Paar an Rampengetrieben vorzugsweise an einer äußeren Stirnseite beziehungsweise an beiden äußeren, voneinander abgewandten Stirnseiten der Mutterelemente angeordnet. Ist das Rampengetriebe als Wälzkörper-Rampengetriebe ausgebildet, so rollen dessen Wälzkörper, insbesondere Kugeln, vorzugsweise auf einem nach innen gerichteten Flansch eines Hülsenelements ab, welches die beiden Mutterelemente, die Federanordnung und gegebenenfalls auch den gesonderten Anschlagring umschließt. Alternativ stützen sich die Wälzkörper der beiden Wälzkörperreihen lediglich indirekt am Hülsenelement ab. Das Hülsenelement ist beispielsweise durch umformende Verfahren, spanabhebend oder durch eine Kombination verschiedener Fertigungsverfahren herstellbar. Das Hülsenelement ist entweder als einstückiges Bauteil ausgebildet oder aus mehreren Teilen zusammengesetzt.
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In bevorzugter Ausgestaltung handelt es sich bei dem Hülsenelement um das rotativ angetriebene Element des Planetenwälzgewindetriebs. Der Antrieb des Hülsenelements kann beispielsweise über einen Riementrieb erfolgen, wobei ein Riemenrad als integraler Bestandteil des Hülsenelements ausgebildet sein kann. Ebenso ist es möglich, ein Riemenrad oder Kettenrad mit einem gesonderten Hülsenelement zu verbinden. Auch ein Antrieb des Hülsenrads über ein Zahnradgetriebe oder ein elektrischer Direktantrieb des Hülsenelements ist möglich. Im letztgenannten Fall ist das Hülsenelement beispielsweise mit einem als Hohlrotor ausgebildeten Rotor eines Elektromotors verbunden.
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Ein Drehmoment, welches in das Hülsenelement eingeleitet wird, leitet zwangsläufig auch Kräfte in das Rampengetriebe ein. Diese Kräfte wirken vorzugsweise derart, dass sie die Wirkung der Federanordnung tendenziell aufheben, wobei kein Vorzeichenwechsel der Vorspannung oder vollständiger Entfall der der Vorspannung möglich ist.
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Somit ist die Vorspannung des Planetenwälzgewindetriebs vom in die Mutter eingeleiteten Drehmoment abhängig. Dies kann dahingehend genutzt werden, dass ohne die Einleitung eines Drehmoments die maximale Vorspannung gegeben ist, was mit einer Selbsthemmung des Planetenwälzgewindetriebs einhergeht. Mit zunehmendem Drehmoment, welches in die Mutter eingeleitet wird und eine Verschiebung der Gewindespindel bewirkt, wird die Selbsthemmung aufgehoben, so dass ein leichtgängiger Betrieb des Planetenwälzgewindetriebs möglich ist. Mit Beendigung des Antriebs der Mutter kehrt der Planetenwälzgewindetrieb selbsttätig wieder in denjenigen Zustand zurück, in welchem Selbsthemmung herrscht. Auf diese Weise kann das Planetenwälzgetriebe in jeder beliebigen Position gestoppt werden, wobei durch abtriebsseitig eingeleitete Kräfte keine Verstellung der angefahrenen Position möglich ist.
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Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Planetenwälzgetriebes in einer Schnittdarstellung,
- 2 das Planetengetriebe nach 1 in perspektivischer Ansicht,
- 3 ausschnittsweise ein zweites Ausführungsbeispiel eines Planetenwälzgetriebes in einer Schnittdarstellung,
- 4 und 5 Komponenten von Planetenwälzgetrieben in unterschiedlichen Betriebszuständen,
- 6 bis 8 verschiedene Varianten von Rampengetrieben in Planetenwälzgetrieben.
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Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf sämtliche Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Ein Planetenwälzgetriebe 1 umfasst mehrere Planeten 2, welche auch als Wälzkörper bezeichnet werden und in einer mehrteiligen Mutteranordnung 20, kurz auch als Mutter bezeichnet, abrollen. Hinsichtlich der grundsätzlichen Funktion des Planetenwälzgetriebes 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.
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Die Mutteranordnung 20 umfasst zwei Mutterelemente 3, 4, welche ohne Beschränkung der Allgemeinheit auch als Mutterhälften bezeichnet werden. Die beiden Mutterelemente 3, 4 sind durch eine Federanordnung 5 gegeneinander vorgespannt. Die Mutterelemente 3, 4 sind zusammen mit der Federanordnung 5 innerhalb eines Hülsenelementes 6 angeordnet, welches in 2 nicht dargestellt ist. An den Stirnseiten der Mutterelemente 3, 4 sind Wälzkörper 7, nämlich Kugeln, erkennbar, welche Borde 8 kontaktieren, die auch als Flansche bezeichnet werden und integrale Bestandteile des Hülsenelements 6 sind. Bei dem Hülsenelement 6 handelt es sich um ein umformend hergestelltes Bauteil aus Stahl, welches in den Ausführungsbeispielen einstückig ist. Alternativ könnte das Hülsenelement aus mehreren Einzelteilen aufgebaut sein.
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In der Bauform nach den 1 und 2 kontaktieren die Wälzkörper 7 die Mutterhälften 3, 4, wobei diese durch Schiebesitze 9 im Hülsenelement 6 geführt sind. Dagegen sind in der Ausgestaltung nach 3 mit den Mutterhälften 3, 4 gesonderte Rampenringe 29, 30 verbunden, auf welchen die Wälzkörper 7, welche die radial nach innen gerichteten Flansche 8 des Hülsenelements 6 kontaktieren, abrollen.
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Laufbahnen 10 für die Wälzkörper 7 sind entweder direkt durch die Mutterhälften 3, 4 (1 und 2) oder durch die Rampenringe 29, 30 (3) gebildet. In beiden Fällen sind die zugehörigen Laufbahnen für die Wälzkörper 7 auf Seiten des Hülsenelementes 6 mit 11 bezeichnet.
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Das Hülsenelement 6 ist fest verbunden (1) beziehungsweise einstückig ausgebildet (3) mit einer Riemenscheibe 12, welche allgemein als Getriebeelement bezeichnet wird. Ein zugehöriger Antriebsriemen, welcher ausschließlich in 3 angedeutet ist, ist mit 28 bezeichnet. Das Hülsenelement 6 stellt damit ein rotierendes Element des Planetenwälzgetriebes 1 dar. Eine Gewindespindel 16 ist in verdrehgesicherter Weise linear verschiebbar. Die Mittelachse der Gewindespindel 16 und damit des gesamten Planetenwälzgetriebes 1 ist mit M bezeichnet.
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Das Planetenwälzgetriebe 1 ist mit variabler Vorspannung betreibbar und weist zu diesem Zweck eine während des Betriebs des Planetenwälzgetriebes 1 verstellbare Vorspanneinrichtung 17 auf. Die Vorspanneinrichtung 17 umfasst ein aus zwei Einzelgetrieben aufgebautes Rampengetriebe 13, welches eine Verdrehung zwischen den Mutterhälften 3, 4 einerseits und dem Hülsenelement 6 andererseits in eine axiale Verlagerung zwischen den Mutterhälften 3,4 umsetzt. Zwischen den Mutterhälften 3, 4 ist ein Spalt 14 gebildet, dessen Breite bei Betätigung der Vorspanneinrichtung 17 variiert. Ein Anschlag 15 begrenzt den Verschiebebereich zwischen den Mutterhälften 3, 4. Im Fall von 1 und 2 ist der Anschlag 15 unmittelbar durch die Mutterhälften 3, 4 gebildet. Dagegen ist im Fall von 3 ein gesonderter Anschlagring 26 vorhanden, welcher zwischen den Mutterhälften 3, 4 angeordnet ist und den minimalen Abstand zwischen den Mutterhälften 3, 4 vorgibt.
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Die Gewindespindel 16 weist einen Gewindegang 18 auf, welcher in 3 nur unvollständig dargestellt ist. Jeder Planet 2 weist einen verdickten Mittelabschnitt 19 auf, welcher den Gewindegang 18 kontaktiert. Im Übrigen sind die Planeten 2 von der Gewindespindel 16 abgehoben. Mit 21 ist ein Rillenprofil des Mittelabschnitts 19 bezeichnet, welches passend zum Gewindegang 18 geformt ist. Die am Umfang verteilten Planeten 2 sind in Anpassung an die Steigung des Gewindegangs 18 in Axialrichtung geringfügig gegeneinander versetzt.
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An den Mittelabschnitt 19 eines jeden Planeten 2 schließen sich Endabschnitte 22 an, welche die Mutterhälften 3, 4 kontaktieren. Hierbei greifen Rillenprofile 23 der Endabschnitte 22 in Rillenprofile 24 der Mutterhälften 3, 4 ein. Durch die Vorspanneinrichtung 17 werden Kräfte beeinflusst, die zwischen den Rillenprofilen 23, 24 übertragen werden. Aufgrund der Geometrie der Rillenprofile 23, 24 werden durch Axialkräfte, die zwischen den Mutterhälften 3, 4 wirken, auch Radialkräfte erzeugt, welche die Planeten 2 nach innen, das heißt in Richtung zur Mittelachse M, drängen. Auf diese Weise wirkt sich die Vorspannung zwischen den Mutterhälften 3, 4 auch auf die Vorspannung der Planeten 2 gegenüber der Gewindespindel 16 aus.
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Die Vorspanneinrichtung 17 umfasst im Fall von 1 und 2 mehrere Schraubenfedern 25, welche gleichmäßig am Umfang der Mutterhälften 3, 4 verteilt und jeweils in Axialrichtung des Planetenwälzgetriebes 1 ausgerichtet sind. Hierbei ist jede Schraubenfeder 25 zwischen zwei stirnseitige Ausnehmungen der Mutterhälften 3, 4 eingelegt. Im Unterschied hierzu ist in der Ausgestaltung nach 3 die Federanordnung 5 durch zwei Tellerfedern 27 gebildet, welche konzentrisch zur Mittelachse M angeordnet sind und die Anordnung sämtlicher Planeten 2 ringförmig umgeben.
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Die Laufbahnen 10 des Rampengetriebes 13 weisen in der Ausgestaltung nach 1 und 2 jeweils einen Scheitelpunkt S auf. Befinden sich die Wälzkörper 7 am Scheitelpunkt S, so ist der Abstand zwischen den Mutterhälften 3, 4 maximal. Jede Verdrehung zwischen den Mutterhälften 3, 4 einerseits und dem Hülsenelement 6 andererseits führt zu einer Verringerung des Abstandes zwischen den Mutterhälften 3, 4.
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Ebenso ist beim Planetenwälzgetriebe 1 nach 3 der Abstand zwischen den Mutterhälften 3, 4 durch eine Verdrehung zwischen dem Hülsenelement 6 einerseits und den Mutterhälften 3, 4 andererseits verstellbar.
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Die Verstellung des Abstandes zwischen den Mutterhälften 3, 4 und damit die Variation der Vorspannung des Planetenwälzgetriebes 1 ist allen Fällen auf einfache Weise durch Veränderung des in das Hülsenelement 6 eingeleiteten Drehmoments bewerkstelligbar. Dieser Vorgang ist in den 4 und 5 veranschaulicht. Wie aus einem Vergleich dieser Figuren hervorgeht, liegen im Fall von 4 Flanken der Rillenprofile 23 an Flanken der mutterseitigen Rillenprofile 24 an, was mit einer hohen Vorspannung des Planetenwälzgetriebes 1 einhergeht. Die Vorspannung ist hierbei so hoch, dass Selbsthemmung gegeben ist. Im Gegensatz hierzu sei in der Konstellation nach 5 lediglich eine geringe Vorspannung zwischen den Mutterhälften 3, 4 gegeben, was in 5 durch geringfügige Abstände zwischen den Rillenprofilen 23, 24 symbolisiert ist. Der damit gegebene Zustand geringer Vorspannung des Planetenwälzgetriebes 1 geht einher mit einem nicht selbsthemmenden Betrieb des Planetenwälzgetriebes. Dies bedeutet, dass eine Rotation des Hülsenelementes 6 durch Vorschub der Gewindespindel 16 bewirkbar ist.
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Die 6 bis 8 veranschaulichen verschiedene Gestaltungsmöglichkeiten von Rampengetrieben 13. Jede dieser Geometrien ist sowohl für das Planetenwälzgetriebe 1 nach den 1 und 2 als auch für das Planetenwälzgetriebe 1 nach 3 geeignet. Hierbei entspricht die Gestaltung nach 7 der Geometrie des Rampengetriebes 13 nach 2. Die Laufbahn 10 beschreibt im Fall von 7 ebenso im Fall von 6 eine Doppelrampe. Dies bedeutet, dass die Mutterhälften 3, 4 in einer bestimmten Axialrichtung gegeneinander verstellt werden, sobald das Rampengetriebe 13 aus der in den 6, 7 skizzierten Mittelstellung heraus in beliebiger Richtung verstellt wird. Eine solche Mittelstellung ist in der Ausgestaltung nach 8 nicht gegeben. Dies bedeutet, dass eine Verdrehung zwischen den Mutterhälften 3, 4 einerseits und dem Hülsenelement 6 andererseits in einer ersten Richtung zu einer Verringerung des Abstandes zwischen den Mutterhälften 3, 4 führt, wogegen eine Verdrehung in der Gegenrichtung den Abstand zwischen den Mutterhälften 3, 4 vergrößert.
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In allen Ausführungsformen ist die Vorspannung des Planetenwälzgetriebes 1 bei größtmöglichem Abstand zwischen den Mutterhälften 3, 4 maximal. Mit Hilfe des Rampengetriebes 13 kann der Abstand zwischen den Mutterhälften 3, 4 verringert werden, wobei die Federanordnung 5 komprimiert und die Vorspannung zwischen den Mutterhälften 3, 4 verringert wird. Der begrenzte Verschiebebereich zwischen den Mutterhälften 3, 4 sorgt dafür, dass jederzeit eine zumindest geringe Vorspannung des Planetenwälzgetriebes 1 erhalten bleibt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Planetenwälzgetriebe
- 2
- Planet
- 3
- Mutterhälfte, Mutterelement
- 4
- Mutterhälfte, Mutterelement
- 5
- Federanordnung
- 6
- Hülsenelement
- 7
- Wälzkörper
- 8
- Bord, Flansch
- 9
- Schiebesitz
- 10
- Laufbahn
- 11
- Laufbahn
- 12
- Riemenscheibe, Getriebeelement
- 13
- Ram pengetriebe
- 14
- Spalt
- 15
- Anschlag
- 16
- Gewindespindel
- 17
- Vorspanneinrichtung
- 18
- Gewindegang der Gewindespindel
- 19
- Mittelabschnitt
- 20
- Mutteranordnung, Mutter
- 21
- Rillenprofil des Mittelabschnitts
- 22
- Endabschnitt
- 23
- Rillenprofil des Endabschnitts
- 24
- Rillenprofil des Mutterelementes
- 25
- Schraubenfeder
- 26
- Anschlagring
- 27
- Tellerfeder
- 28
- Antriebsriemen
- 29
- Rampenring
- 30
- Rampenring
- M
- Mittelachse
- S
- Scheitelpunkt
