-
Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Planetenträgers für ein solches Planetengetriebe gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
-
Bei Planetengetrieben, insbesondere bei Kraftfahrzeuggetrieben, kommt es durch interne Schwingungsanregungen zu einer systembedingten Geräuschbildung. Eine Hauptgeräuschquelle sind unter Last abrollende Zahnflanken von in Eingriff stehenden Zahnrädern, da es aufgrund von den beim Abrollen auftretenden Kräften und Momenten zu Schwingungsanregungen kommt, welche als Getrieberasseln oder Getriebeheulen von den Insassen des Kraftfahrzeuges wahrgenommen werden. Daneben können auch an anderen Stellen des Planetengetriebes, beispielsweise durch Abrollgeräusche der Wälzlager, Geräusche entstehen. Diese in dem Planetengetriebe erzeugten Geräusche werden als Körperschall über Zahnräder, Getriebewellen und Lager auf das Getriebegehäuse übertragen und von dort als Luftschall an die Umgebung abgegeben oder in Form von Körperschall in die Maschinenstruktur, insbesondere in ein Fahrzeugstruktur eines Kraftfahrzeuges, eingeleitet.
-
Um die Geräuschentwicklung in einem Planetengetriebe zu reduzieren, können Maßnahmen ergriffen werden, um die Schwingungsanregungen zu minimieren, welche als Primärmaßnahmen bezeichnet werden. Ferner können Sekundärmaßnahmen ergriffen werden, um die Übertragung von Körperschallwellen auf das Getriebegehäuse oder ein Abstrahlen von Schallwellen von dem Getriebegehäuse die Maschinenstruktur zu reduzieren. Zu den Primärmaßnahmen zählen beispielsweise die Optimierung des Steifigkeitsverlaufes der Zahnflanken sowie die Reduktion der Abweichungen zwischen den Zahnflanken. Diese führen jedoch in der Regel zu einer deutlichen Erhöhung der Fertigungskosten, da diese Maßnahmen mit geringeren Fertigungstoleranzen und damit verbundenen höheren Bearbeitungszeiten der Bauteile einhergehen. Zudem können diese Maßnahmen nicht in allen Lastfällen zur Geräuschminimierung beitragen, so dass diese Primärmaßnahmen in der Regel nicht als alleinige Maßnahmen zur Geräuschreduzierung geeignet sind.
-
Zu den Sekundärmaßnahmen, mit denen die Übertragung von Körperschallwellen auf das Getriebegehäuse und die Abstrahlung der Schallwellen minimiert werden sollen, zählen verschiedene Arten von Dämmungs- und Dämpfungsmaßnahmen sowie Maßnahmen, die auf eine Veränderung des Eigenschwingverhaltens der maßgeblich an der Körperschallentwicklung und Körperschallleitung beteiligten Komponenten abzielen. Eine Möglichkeit der Geräuschreduktion besteht darin, die Lagerstellen vom Getriebegehäuse zu isolieren.
-
Aus der
DE 20 2017 104 746 U1 ist ein Lagerträger bekannt, welcher einen ersten Außenring und einen zweiten Außenring zweier Wälzlager trägt. Die Außenringe der Wälzlager weisen jeweils eine Nut auf, welche sich in Umfangsrichtung um den jeweiligen Außenring vollständig erstrecken. Ferner umfasst der Lagerträger einen Grundkörper, in welchem die Außenringe der Wälzlager eingebettet sind. Zwischen den Au-ßenringen und dem Grundkörper ist ein biegeweiches Koppelelement vorgesehen, um eine Übertragung der Schwingungen von den Außenringen auf den Lagerträger zu reduzieren.
-
Die
DE 10 2007 006 228 A1 offenbart ein Getriebe mit einem Gehäuse, in welchem zumindest zwei Wellen zur Einstellung eines gewünschten Übersetzungsverhältnisses über einen Zahnradsatz miteinander koppelbar sind, wobei die Wellen mittels Lagerplatten in dem Gehäuse drehbar gelagert werden. Dabei sind die Lagerplatten über zumindest ein Dämpfungselement zur Schall- und Schwingungsdämpfung an dem Gehäuse gelagert. Eine die Übersetzung einstellende Schalteinrichtung ist zumindest an einer der von dem Gehäuse entkoppelten Lagerplatten befestigt.
-
Eine weitere Möglichkeit der Geräuschreduktion besteht darin, diverse Lagerstellen der Getriebewellen vom Getriebegehäuse zu isolieren. Diese Maßnahmen bewirken jedoch eine maßgebliche Absenkung der Lagersteifigkeit in radialer Richtung. Durch die Absenkung der Steifigkeit an den Lagerstellen kommt es zu einer erhöhten Verschiebung der Wellen bei der Übertragung eines Drehmoments im Getriebe. Bei Stirnradgetrieben wird dadurch das Tragbild der Verzahnung maßgeblich beeinflusst. Dieses führt unter Umständen zu einer Minimierung der Dauerhaltbarkeit und zu einer höheren Anregung; wodurch die Geräuschbildung erhöht wird. Ein weiterer Nachteil entsteht, wenn nur vereinzelte Lagerstellen isoliert werden können. Durch die verminderte Steifigkeit der isolierten Lagerstellen gegenüber den nicht isolierten Lagerstellen stützen sich die Kräfte und Momente verstärkt an den nicht isolierten Lagerstellen ab, wodurch die Belastung an diesen Lagerstellen erhöht und die Körperschallübertragung an diesen Lagerstellen verstärkt wird.
-
Eine Grundfunktion eines Planetengetriebes liegt in der Übertragung einer Antriebsleistung von einer ersten Getriebewelle auf eine zweite Getriebewelle. Betrachtet man die Eingangswelle, so liegt hier ein Drehmoment an, welches über die Verzahnungen der Zahnräder sowie den Planententräger auf die zweite Welle übertragen wird. Während der Leistungsübertrag bildest sich in der Verzahnung ein Kräftegleichgewicht aus. Die Übertragung der Antriebsleistung erfolgt dabei über die Tangentialkomponente im Zahnkontakt. Durch die Zahnschrägen erstreckt sich das Kräftegleichgewicht allerdings über alle drei Raumrichtungen.
-
Bei der Übertragung der Antriebsleistung stützt sich demnach das Antriebsmoment über die Verzahnung in radialer, tangentialer und axialer Richtung an dem Getriebegehäuse ab. Die Abstützung in Richtung Getriebegehäuse erfolgt über mehrere Bauteile wie Antriebswellen und Lager. Die gesamte Wirkungskette von Abstützungsbauteilen kann modellhaft als Feder-Masse-System dargestellt werden, welches durch den Zahneingriff entsprechend in Schwingungen versetzt wird. Abhängig von der Anregungsform und der unterschiedlichen Steifigkeit des Schwingungssystems prägen sich im Planetengetriebe verschiedene Schwingungsformen aus. Diese können sowohl translatorisch als auch rotatorisch sein. Dabei handelt es sich um Torsionsschwingungen, axialer Schwingungen, radiale Pulsationen und Kippschwingungen.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, die durch die Verzahnung in einem Planetengetriebe angeregten Schwingungen zu dämpfen und somit die Geräuschentwicklung zu minimieren.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
-
Ein derartiges Planetengetriebe für ein Kraftfahrzeug ist vorzugsweise mit einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle versehen, wobei die Antriebswelle beispielsweise ein als Sonnenrad ausgebildetes Zahnrad trägt, welches mit zumindest einem Planetenrad im Zahneingriff steht. Dabei ist das Planetenrad auf einem Planetenträger aufgenommen, welcher mit der Abtriebswelle verbunden ist. Das Planetengetriebe umfasst beispielsweise ferner ein Hohlrad, welches in einem Getriebegehäuse des Planetengetriebes aufgenommen ist und auch mit dem Planetenrad im Zahneingriff steht.
-
Es ist vorgesehen, dass in den Planetenträger eine Mehrzahl von Schlitzen eingebracht ist, um die Schwingungen zu dämpfen, welche durch das Abrollen der Verzahnungen der Zahnräder des Planetengetriebes angeregt werden. Durch die Schlitze in dem Planetenträger kann die Steifigkeit des Planetenträgers und somit der Bereich der Eigenfrequenz verändert werden. Zudem führen die Schlitze zu einer Dämpfung der Schwingungen, wodurch die Übertragung der Körperschallwellen von den Zahnrädern des Planetengetriebes über den Planetenträger auf das Getriebegehäuse reduziert wird.
-
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterbildungen des im unabhängigen Anspruch vorgeschlagenen Planetengetriebes möglich.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform des Kraftfahrzeuggetriebes ist vorgesehen, dass die Schlitze in dem Planetenträger eine Mäanderform aufweisen. Dabei sind die Schlitze an entsprechenden Stellen des Planetenträgers eingebracht, um eine lokale Reduzierung der Steifigkeit zu erreichen und die Schwingungen in radialer, axialer und tangentialer Richtung zu dämpfen. Durch die Mäanderform kann mit einem durchgängigen Schlitz eine besonders effiziente Dämpfung in dem Planetenträger erreicht werden.
-
In einer vorteilhaften Verbesserung ist vorgesehen, dass die Schlitze in eine Mantelfläche des Planetenträgers eingebracht sind. An den Mantelflächen des Planetenträgers ist eine besonders einfache Bearbeitung möglich, sodass das Einbringen der Schlitze mit verhältnismäßig einfachen Werkzeugen und entsprechend kostengünstig erfolgen kann. Zudem können die Schlitze über den Umfang des Planetenträgers verteilt eingebracht werden, wodurch eine gleichmäßige Dämpfungswirkung erzielt werden kann.
-
Alternativ oder zusätzlich ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Schlitze in einer Stirnfläche des Planetenträgers ausgebildet sind. Die Stirnflächen des Planetenträgers sind ebenfalls vergleichsweise einfach und kostengünstig zu bearbeiten. Zudem steht hier eine verhältnismäßig große Fläche zu Verfügung, so dass entsprechend viel und/oder große Schlitze in den Planetenträger eingebracht werden können. Dabei erfolgt die Anordnung der Schlitze in Abhängigkeit der zu dämpfenden Schwingungen, um eine möglichst effiziente Schwingungsdämpfung zu erreichen.
-
In einer weiteren Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass an dem Planetenträger mindestens eine Aufnahmebohrung zur Aufnahme des mindestens einen Planetenrads auf dem Planetenträger ausgebildet ist. Dadurch ist eine besonders einfache Montage des Planetenrads an dem Planetenträger möglich.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass an dem Planetenträger ein Flansch ausgebildet ist, wobei an dem Flansch ein Formschlusselement ausgebildet ist, mit welchem der Planetenträger mit einer Antriebswelle oder einer Abtriebswelle verbindbar ist. Dadurch ist eine besonders einfache Kraftübertragung von der Antriebswelle auf den Planetenträger oder von dem Planetenträger auf die Abtriebswelle möglich.
-
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn an dem Flansch mindestens ein Formschlusselement, insbesondere eine Verzahnung ausgebildet ist, an welcher der Planetenträger formschlüssig mit einer Antriebswelle oder Abtriebswelle verbindbar ist. Durch eine formschlüssige Verbindung kann auf einfache Art und Weise ein Drehmoment von dem Planetenträger auf die Abtriebswelle übertragen werden. Dabei können die Planetenrad auf einfache Art und Weise auf dem Planetenträger montiert und dort gesichert werden, was die Kosten und den Aufwand für die Montage reduziert.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform des Planetengetriebes ist vorgesehen, dass der Planetenträger mittels eines Wälzlagers drehbar in dem Getriebegehäuse gelagert ist. Ist der Planetenträger unmittelbar im Getriebegehäuse des Planetengetriebes gelagert, kommt dem Planetenträger eine besondere Bedeutung bei der Übertragung von Schwingungen und Körperschallwellen zu. In diesem Fall ist es besonders effizient, wenn die Schwingungen aus dem Abrollen der Planetenräder an dem Sonnenrad und dem Hohlrad unter Last entsprechend gedämpft werden können, um die Schwingungsübertragung auf das Getriebegehäuse zu minimieren.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schlitze in der Lagerplatte mit einem dämpfenden Füllungsmaterial, insbesondere einem Kunststoff oder einem Schaumstoff, gefüllt sind. Durch ein entsprechendes hochdämpfendes Füllungsmaterial kann der Dämpfungseffekt der Schlitze verstärkt werden.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Getriebewelle und die zweite Getriebewelle jeweils an einer ersten Lagerstelle und an einer zweiten Lagerstelle im Getriebegehäuse gelagert sind, wobei der Planetenträger auf der Antriebswelle drehbar gelagert ist. Da der Bauraum in Planetengetrieben oftmals beengt ist und gleichzeitig ein Bestreben nach einem möglichst geringen Gewicht des Planetengetriebes vorherrscht, kann der Planetenträger auch auf der Antriebswelle drehbar gelagert sind. Durch die Schlitze in dem Planetenträger kann eine entsprechende Schwingungsdämpfung erreicht werden, so dass der Körperschall nur in stark eingeschränktem Ausmaß auf das Getriebegehäuse übertragen wird.
-
Erfindungsgemäß wird zudem ein Verfahren zur Herstellung eines Planetenträgers für ein erfindungsgemäßes Planetengetriebe vorgeschlagen, wobei in den Planetenträger eine Mehrzahl von Schlitzen zur lokalen Herabsetzung der Steifigkeit und zur Schwingungsdämpfung des Planetenträgers eingebracht werden. Durch das Einbringen der Schlitze kann der Planetenträger entsprechend der auftretenden Schwingungen angepasst werden, um die Übertragung von Körperschallwellen zu minimieren.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass in den Planetenträger einen erste Gruppe von Schlitzen und eine zweite Gruppe von Schlitzen eingebracht werden, wobei die erste Gruppe von Schlitzen und die zweite Gruppe von Schlitzen unterschiedliche Orientierungen aufweisen. Durch die unterschiedlichen Orientierungen können unterschiedliche Schwingungen gedämpft werden, sodass entsprechend den unterschiedlichen Anregungen in radialer, axialer und tangentialer Richtung eine erhöhte Effizienz der Dämpfung erreicht werden kann.
-
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Dabei zeigt:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebes mit zwei Getriebewellen, wobei die Getriebewellen zumindest an einer Lagerstelle mittels einer Lagerplatte drehbar im Getriebegehäuse gelagert sind;
- 2 ein Ausführungsbeispiel für einen Planetenträger für ein erfindungsgemäßes Planetengetriebe; und
- 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Planetenträger für ein erfindungsgemäßes Planetengetriebe.
-
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Planetengetriebes 1 dargestellt. Das Planetengetriebe 1 weist eine Antriebswelle 6 auf, welche drehfest mit einem Sonnenrad 3 des Planetengetriebes 1 verbunden ist und ein Antriebsmoment auf dieses Sonnenrad 3 überträgt. Das Sonnenrad 3 weist eine Verzahnung 8 auf, welche mit einer Verzahnung 9 eines Planetenrads 4 des Planetengetriebes 1 in Eingriff steht. Das Planetenrad 4 ist auf einem Planetenträger 5 des Planetengetriebes 1 aufgenommen, welcher seinerseits über ein Wälzlager 14 drehbar in einem Getriebegehäuse 11 des Planetengetriebes 1 gelagert ist. Das Planetenrad 4 steht mit seiner Verzahnung 9 ferner mit einer Verzahnung 10 eines Hohlrades 2 des Planetengetriebes 1 in Eingriff. Das Hohlrad 2 ist drehfest in dem Getriebegehäuse 11 des Planetengetriebes 1 aufgenommen. Der Planetenträger 5 überträgt ein Drehmoment auf einem Abtriebswelle 7, welche ebenfalls in dem Getriebegehäuse 11 drehbar gelagert ist.
-
An dem Getriebegehäuse 11 ist eine erste Lagerstelle 12 ausgebildet, an welcher die Antriebswelle 6 mittels eines ersten Wälzlagers 14 drehbar gelagert ist. Ferner ist an dem Getriebegehäuse 11 eine zweite Lagerstelle 13 ausgebildet, an welcher der Planetenträger 5 und/oder die Abtriebswelle 7 drehbar gelagert sind. Die Lagerung der Antriebswelle 6 und der Abtriebswelle 7 oder des Planetenträgers 5 erfolgt mittels Wälzlagers 14, welche jeweils einen Innenring 15 aufweisen, welcher auf der entsprechenden Getriebewelle 6, 7 oder dem Planetenträger 5 angeordnet ist und einen Außenring 16, welcher in dem Getriebegehäuse 11 aufgenommen ist. Zwischen dem jeweiligen Innenring 15 und dem jeweiligen Außenring 16 sind jeweils eine Mehrzahl von Wälzkörpern 17 angeordnet. Die Wälzlager 14 sind vorzugsweise als Kugellager, Kegelrollenlager oder Zylinderrollenlager ausgebildet.
-
Im Betrieb des Planetengetriebes 1 wird ein Antriebsmoment von der Antriebswelle 6 über das Sonnenrad 3 auf die Planetenräder 4 übertragen. Dabei rollen die Verzahnungen 8, 9 des Sonnenrads 3 und der Planetenräder 4 unter Last aufeinander ab, wodurch die entsprechenden Zahnräder 3, 4 in Schwingungen angeregt werden. Ferner rollen die Planetenräder 4 auf dem Hohlrad 2 ab, wobei ebenfalls ein Drehmoment übertragen wird, welches sich über das Hohlrad 2 in dem Getriebegehäuse 11 des Planetengetriebes 1 abstützt. Dadurch erfolgt eine weitere Schwingungsanregung. Die Schwingungen werden als Körperschallwellen über die Planetenräder 4 auf den Planetenträger 5 übertragen. Von dort aus können diese Körperschallwellen über die zweite Lagerstelle 13, an welcher der Planetenträger 5 in dem Getriebegehäuse 11 drehbar gelagert ist, auf des Getriebegehäuse 11 übertragen werden. Dabei wird das Getriebegehäuse 11 selbst in Schwingung angeregt. Der Körperschall wird von dem Getriebegehäuse 11 auf die mit dem Getriebegehäuse 11 verbunden Maschinen- oder Fahrzeugkomponenten, insbesondere das Chassis eines Kraftfahrzeuges, übertragen und als Schallwellen von dem Getriebegehäuse 11 abgestrahlt. Durch die Schlitze 20 in dem Planetenträger 5 wird eine Ausbreitung und Übertragung von Körperschallwellen gedämpft, wodurch die Getriebegeräusche minimiert werden können.
-
In 2 ist ein Ausführungsbeispiel für einen Planetenträger 5 für ein erfindungsgemäßes Planetengetriebe 1 dargestellt. Dabei weist der Planetenträger 5 eine Aufnahmeflansch 22 auf, an welchem eine Verzahnung 23 zur formschlüssigen Verbindung des Planetenträgers 5 mit einer Antriebswelle 6 oder einer Abtriebswelle 7 ausgebildet ist. Ferner weist der Planetenträger eine Stirnfläche 19 auf, an welcher eine Mehrzahl von Bohrungen ausgebildet ist, um die Planetenräder 4 in dem Planetenträger 5 aufzunehmen. Ferner weist der Planetenträger 5 eine Mantelfläche 18 auf, in welche eine Mehrzahl von Schlitzen 20 eingebracht ist. Die Schlitze 20 weisen bevorzugt eine Mäanderform 21 auf, um eine möglichst effiziente Schwingungsdämpfung zu ermöglichen.
-
In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Planetenträgers 5 für ein erfindungsgemäßes Planetengetriebe 1 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel sind Schlitze 20 an einer Stirnfläche 19 des Planetenträgers 5 ausgebildet. Dabei weisen die Schlitze 20 ebenfalls vorzugsweise eine Mäanderform 21 auf, um eine möglichst effiziente Dämpfung zu realisieren. Bevorzugt ist eine erste Gruppe 24 von Schlitzen 20 vorgesehen, welche in die Mantelfläche 18 des Planetenträgers 5 eingebracht ist und eine zweite Gruppe 25 von Schlitzen, welche in die Stirnfläche 19 eingebracht ist. Dabei weisen die erste Gruppe 24 und die zweite Gruppe 25 von Schlitzen eine unterschiedliche Orientierung, Breite und/oder Länge auf, um unterschiedlichen Schwingungsanteile dämpfen zu können und somit eine bestmögliche Geräuschreduzierung des Planetengetriebes 1 zu ermöglichen. In einer alternativen Ausführungsform können die Schlitze 20 mit einem dämpfenden Füllungsmaterial, insbesondere einem Kunststoff oder einem Harz, ausgefüllt sein, welches den Dämpfungseffekt der Schlitze 20 noch zusätzlich verstärkt. Die Position und die Form der Schlitze 20 hängen unmittelbar von der Auslegung des Planetenträgers 5 im Gesamtsystem ab. Die Auslegung kann beispielsweise anhand einer simulativen akustischen Gesamtbetrachtung erfolgt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kraftfahrzeuggetriebe, Planetengetriebe
- 2
- Hohlrad
- 3
- Sonnenrad
- 4
- Planetenrad
- 5
- Planetenträger
- 6
- Antriebswelle
- 7
- Abtriebswelle
- 8
- Verzahnung (am Sonnenrad)
- 9
- Verzahnung (am Planentenrad)
- 10
- Verzahnung (am Hohlrad)
- 11
- Getriebegehäuse
- 12
- Erste Lagerstelle
- 13
- Zweite Lagerstelle
- 14
- Wälzlager
- 15
- Innenring
- 16
- Außenring
- 17
- Wälzkörper
- 18
- Mantelfläche
- 19
- Stirnfläche
- 20
- Schlitz
- 21
- Mäanderform
- 22
- Aufnahmefläche
- 23
- Verzahnung
- 24
- erste Gruppe
- 25
- zweite Gruppe
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 202017104746 U1 [0005]
- DE 102007006228 A1 [0006]
