DE102019103384A1

DE102019103384A1 - Planetenwälzgewindetrieb

Info

Publication number: DE102019103384A1
Application number: DE102019103384.5A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Wübbolt-Gorbatenko; Daniel Faber; Alexander Hausmann; Alena Pöhnlein
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-02-12
Filing date: 2019-02-12
Publication date: 2020-08-13
Also published as: WO2020164653A1

Abstract

Ein Planetenwälzgewindetrieb umfasst eine Gewindespindel (2), mehrere die Gewindespindel (2) kontaktierende Planeten (4), sowie zwei gegeneinander vorgespannte Mutterteile (9,10), wobei jeder Planet (4) beide Mutterteile (9,10) kontaktiert. Hierbei weist eines der Mutterteile (10) ein Außengewinde (12) auf, welches in ein Innengewinde (11) des anderen Mutterteils (9) eingeschraubt ist, wobei eine Kontermutter (15) zur Sicherung der Verschraubung zwischen den beiden Mutterteilen (9,10) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Planetenwälzgewindetrieb mit gegeneinander vorgespannten Mutterteilen.
Ein derartiger Planetenwälzgewindetrieb ist beispielsweise aus der DE 10 2010 011 820 A1 bekannt. Eine Vorspanneinrichtung umfasst in diesem Fall ein Federelement, welches gegen eines der Mutterteile angefedert ist. Die Mutter, in welcher beide Mutterteile aufgenommen sind, stellt ein Getriebeteil dar und ist zugleich Teil der Vorspanneinrichtung. Durch die Vorspanneinrichtung sind die Planeten spielfrei innerhalb des Planetenwälzgewindetriebs angeordnet.
Zur Herstellung eines definierten Axialabstandes zwischen zwei Mutterteilen eines Planetenwälzgewindetriebs kann ein Distanzring zwischen die Mutterteile eingesetzt werden. Beispielhaft wird in diesem Zusammenhang auf die DE 85 13 093 U1 hingewiesen.
Die DE 10 2010 011 821 A1 offenbart ein Planetenwälzgetriebe mit einer Mutter, welche einen integrierten Federabschnitt aufweist.
Ein in der DE 10 2013 213 704 A1 beschriebener Planetenwälzgewindetrieb weist einen zwischen zwei Mutterteile eingesetzten Distanzring auf, der durch mehrere Ringsegmente gebildet ist.
Ein Planetenwälzgewindetrieb mit einem Stellteil, welches zur Erzeugung einer Axialkraft auf ein Mutterteil vorgesehen ist, ist in der DE 10 2011 087 560 A1 beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickelten Planetenwälzgewindetrieb anzugeben, welcher bei konstruktiv einfachem und kompaktem Aufbau die Einstellung einer Vorspannung zwischen zwei Mutterteilen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Planetenwälzgewindetrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Der Planetenwälzgewindetrieb umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption eine Gewindespindel, mehrere die Gewindespindel kontaktierende Planeten, sowie zwei gegeneinander vorgespannte Mutterteile, wobei jeder Planet beide Mutterteile kontaktiert. Erfindungsgemäß weist eines der Mutterteile ein Außengewinde auf, welches in ein Innengewinde des anderen Mutterteils eingeschraubt ist.
Zur Veränderung des axialen Abstandes zwischen den Mutterteilen sind somit keinerlei gesonderte Bauteile, etwa in Form von Federelementen, Aktoren oder Vorspannmuttern, erforderlich. Vielmehr ist jedes der beiden Mutterteile einteilig aufgebaut, wobei die beiden Mutterteile, in welchen die Planeten abrollen, unmittelbar miteinander verschraubt sind.
Die anmeldungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich somit durch eine Teileeinsparung im Vergleich zu der in der DE-Anmeldung Nr. 10 2018 116 867.5 beschriebenen Vorrichtung aus. Zudem weist die anmeldungsgemäße Vorrichtung eine besonders hohe axiale Steifigkeit auf.
Um eine eingestellte Relativpositionierung der beiden Mutterteile zuverlässig beizubehalten, ist in bevorzugter Ausgestaltung eine Kontermutter vorgesehen, welche auf das Außengewinde des einen Mutterteils aufgeschraubt ist und die Verschraubung zwischen den Mutterteilen sichert. In besonders platzsparender Ausgestaltung ist der Außendurchmesser der Kontermutter nicht größer als der Maximaldurchmesser desjenigen Mutterteils, welches das Außengewinde aufweist.
Die Planeten, das heißt Rollen des Planetenwälzgewindetriebes, sind vorzugsweise als abgesetzte Planeten ausgeführt. Hierbei weist jeder Planet einen profilierten Mittelabschnitt und zwei daran anschließende Seitenabschnitte mit im Vergleich zum Mittelabschnitt reduzierten Durchmesser auf. Die Mittelabschnitte der Planeten kontaktieren die Gewindespindel, wogegen die beiden Seitenabschnitte eines jeden Planeten jeweils ein Mutterteil kontaktieren. Die direkt durch die Mutterteile gebildete Verschraubung umgibt ringförmig die Gesamtheit der Mittelabschnitte der Planeten.
Der Planetenwälzgewindetrieb wird in typischen Anwendungen mit rotierender Mutter und verschiebbarer Gewindespindel betrieben, wobei die Gewindespindel gegen Verdrehung gesichert ist. Umgekehrt ist es auch möglich, die Gewindespindel als rotierendes Antriebselement vorzusehen, wobei die Mutter, welche die beiden Mutterteile, die im Betrieb starr miteinander verbunden sind, umfasst, als linear verschiebbares Abtriebselement fungiert.
Statt die Mutter oder Spindel des Planetenwälzgewindetriebes anzutreiben, ist es auch möglich, einen die Planeten führenden Käfig als Antriebselement des Planetenwälzgewindetriebes zu nutzen. Damit ist der Planetenwälzgewindetrieb als steigungstreuer Planetenwälzgewindetrieb ausgeführt, das heißt als Gewindetrieb, welcher eine bestimmte Winkeländerung des antreibenden Elementes, ebenso wie ein einfaches Bewegungsgewinde, in exakt bestimmter Weise in einen Vorschub des Abtriebselementes, hier der Gewindespindel, umsetzt. Hinsichtlich möglicher Bauformen von steigungstreuen Planetenwälzgewindetrieben, welche kurz auch als SPWG bezeichnet werden, wird beispielhaft auf die Dokumente DE 195 40 634 C1 und DE 198 07 432 A1 hingewiesen.
Bei Ausführung des Planetenwälzgewindetriebes als SPWG sind die Mutterteile, aus welchen die Mutter gebildet ist, vorzugsweise mittels einer Wälzlagerung in einem Antriebsgehäuse gelagert. Das Antriebsgehäuse ist fest mit einem die Planeten führenden Käfig oder mehreren die Planeten führenden Käfigen verbunden. Die Wälzlagerung ist dazu ausgebildet, sowohl Radialkräfte aufzunehmen, als auch Axialkräfte zwischen der Mutter und dem Antriebsgehäuse zu übertragen. Beispielsweise handelt es sich bei der Wälzlagerung um ein Schrägkugellager oder ein Schrägrollenlager. Zudem ist das Antriebsgehäuse selbst mittels einer weiteren Lagerung, welche ebenfalls als Wälzlagerung ausgebildet sein kann, gegenüber einem starren Umgebungsbauteil gelagert. Insgesamt sind damit Kräfte von der Gewindespindel in das Umgebungsbauteil übertragbar, wobei die Gewindespindel gegenüber dem Umgebungsbauteil beim Betrieb des Planetenwälzgetriebes in typischen Ausgestaltungen nicht verdreht wird.
Unabhängig von der Geometrie der Wälzkörper sind Laufbahnen des Wälzlagers, insbesondere Schrägwälzlagers, mit welchem die Mutter in dem Antriebsgehäuse gelagert ist, gemäß einer möglichen Ausgestaltung unmittelbar durch die Mutterteile gebildet. Damit weist jedes Mutterteil drei Funktionen auf: Erstens rollen die Planeten in den Mutterteilen ab. Zweitens sind die Mutterteile Komponenten der Vorspanneinrichtung, welche ein spielfreies Abrollen der Planeten mit einstellbarer Vorspannkraft ermöglicht. Drittens ist jedes Mutterteil als Wälzlagerinnenring gestaltet. Alternativ können gesonderte Wälzlagerinnenringe auf den Mutterteilen angeordnet sein.
Gemäß einer möglichen Weiterbildung ist der Käfig, welcher als Antriebselement des Planetenwälzgewindetriebes ausgebildet ist, drehfest mit einem aus dem Gehäuse herausragenden, die Gewindespindel konzentrisch umgebenden Flansch verbunden. Der Flansch kann beispielsweise per elektrischen Direktantrieb oder über einen Riementrieb angetrieben sein.
Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Planetenwälzgewindetriebes,
2 ein Detail der Anordnung nach 1,
3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Planetenwälzgewindetriebes,
4 in gegenüber 3 vereinfachter Darstellung das zweite Ausführungsbeispiel einschließlich einer angedeuteten Umgebungskonstruktion,
5 in schematischer Ansicht die Zusammenwirkung verschiedener Komponenten eines Planetenwälzgewindetriebes.

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.
Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneter Planetenwälzgewindetrieb ist Teil eines elektromechanischen Aktors, welcher in einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs zum Einsatz kommt. Hinsichtlich der grundsätzlichen Funktion des Planetenwälzgewindetriebes 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik hingewiesen.
Der Planetenwälzgewindetrieb 1 umfasst eine Gewindespindel 2 und eine mehrteilig aufgebaute Mutter 3. Zwischen der Gewindespindel 2 und der Mutter 3 rollen mehrere Planeten 4 ab. Jeder Planet 4 weist einen profilierten Mittelabschnitt 5 sowie daran anschließende, ebenfalls profilierte Seitenabschnitte 6, 7 auf. Die Profilierungen der verschiedenen Abschnitte 5, 6, 7 weisen im Unterschied zur Gewindespindel 2 keine Steigung auf. Der Durchmesser des Mittelabschnitts 5 ist größer als der Durchmesser der Seitenabschnitte 6,7. Ausschließlich der Mittelabschnitt 5 eines jeden Planeten 4 rollt auf dem mit 8 bezeichneten Gewinde der Gewindespindel 2 ab.
Die Mutter 3 ist mehrteilig aufgebaut, wobei zwei Mutterteile 9, 10 direkt miteinander verschraubt sind. Das Mutterteil 9 weist ein mit 11 bezeichnetes Innengewinde auf, in welches ein Außengewinde 12 des Mutterteils 10 eingeschraubt ist. Weiter weist das Mutterteil 9 eine Innenprofilierung 13 auf, in der die Seitenabschnitte 6 der Planeten 4 abrollen. In entsprechender Weise weist das Mutterteil 10 eine Innenprofilierung 14 auf, in der die Seitenabschnitte 7 der Planeten 4 abrollen.
Der durch die Gewinde 11, 12 der Mutterteile 9, 10 gebildete Verschraubungsbereich ist mit VB bezeichnet und in 2 vergrößert dargestellt. Die 2 bezieht sich sowohl auf die Ausführungsform nach 1 als auch auf die Ausführungsform nach den 3 und 4.
Der Verschraubungsbereich VB wird derart eingestellt, dass die Planeten 4 mit einer gewünschten Vorspannung im Planetenwälzgewindetrieb 1 angeordnet sind. Die gewählte Relativpositionierung der Mutterteile 9, 10 wird durch eine Kontermutter 15, das heißt einen Gewindering, welcher auf das Außengewinde 12 aufgeschraubt ist und das Mutterteil 9 stirnseitig kontaktiert, fixiert.
In diesem Zusammenhang wird auf 5 verwiesen, die sich auf alle Ausführungsbeispiele bezieht und die Zusammenwirkung zwischen den hier nur angedeuteten Mutterteilen 9, 10, einem ebenfalls vereinfacht dargestellten Planeten 4, und der Gewindespindel 2 veranschaulicht. Hierbei sind zwischen den genannten Komponenten 2, 4, 9, 10 wirkende Kräfte mit F bezeichnet. VF bezeichnet die Vorspannkraft zwischen den Mutterteilen 9, 10. Die Vorspannung der Wälzkontakte, das heißt der Kontakte Mutterteil 9 - Planet 4 - Mutterteil 10, sowie der Kontakte Planet 4 - Gewindespindel 3, wird durch die axiale Position der Mutterteile 9, 10 eingestellt. Diese Position, welche mit Hilfe der in 5 nicht dargestellten Gewinde 11, 12 eingestellt wird, wird durch die Kontermutter 15 fixiert.
In der Ausgestaltung nach 1 kann die Mutter 3 als Ganzes rotatorisch angetrieben werden, wobei die Mutterteile 9, 10 sowie die Kontermutter 15 in einem nicht dargestellten, rotationssymmetrischen Umgebungsbauteil, welches beispielsweise als Riemenscheibe ausgeführt ist, eingeschlossen sein können. Die Gewindespindel 2 ist als verschiebbares Abtriebselement des Planetenwälzgewindetriebes 1 vorgesehen, wobei sie in nicht dargestellter Weise verdrehgesichert gelagert ist. In abgewandelter Bauform kommt auch ein rotatorischer Antrieb der Gewindespindel 2 in Betracht, wobei in diesem Fall die Mutter 3 in verdrehgesicherter Weise in einer Umgebungskonstruktion verschiebbar ist.
Im Unterschied zur Ausgestaltung nach 1 fungiert in der Ausgestaltung nach den 3 und 4 weder die Gewindespindel 2 noch die Mutter 3 als Antriebselement des Planetenwälzgewindetriebes 1. Vielmehr wird ein Käfig 16 angetrieben, in welchem die Planeten 4 geführt sind. Der Käfig 16 ist fest verbunden mit einem mehrteiligen Antriebsgehäuse 18. Die Mutter 3 ist in dem durch das Antriebsgehäuse 18 gebildeten Hohlraum angeordnet.
Durch Drehung des Antriebsgehäuses 18 wird über die Planeten 4 die Mutter 3 in Rotation versetzt, wobei diese Rotation nicht als abtriebsseitige Bewegung des Planetenwälzgewindetriebes 1 genutzt wird. Stattdessen wird die Mutter 3 dazu genutzt, Kräfte zwischen der Gewindespindel 2 und dem Antriebsgehäuse 18 zu übertragen. Zu diesem Zweck rollen auf den Mutterteilen 9, 10 Wälzkörper 17, im vorliegenden Fall Zylinderrollen, welche in einem Lagerkäfig 24 geführt sind, ab. Hierbei ist durch das Mutterteil 9 eine Laufbahn 19 und durch das Mutterteil 10 eine Laufbahn 20 gebildet. Zugehörige Laufbahnen des Gehäuses 18 sind mit 21 bezeichnet. Insgesamt ist damit eine Wälzlagerung 23 in Form eines zweireihigen Schrägrollenlagers in X-Anordnung gebildet.
An jede Stirnseite des Käfigs 16 schließt sich ein Flansch 22 an, welcher die Gewindespindel 2 konzentrisch umgibt und ebenfalls starr mit dem Antriebsgehäuse 18 verbunden ist. Beim Betrieb des Planetenwälzgewindetriebes 1 wird der Flansch 22 elektromotorisch angetrieben. Hierbei kann der Antrieb des Flansches 22 in Form eines Direktantriebs oder über ein Getriebe, beispielsweise ein Riemengetriebe oder ein Zahnradgetriebe, erfolgen. Die Bauform nach den 3 und 4 zeichnet sich besonders dadurch aus, dass jede Winkeländerung des als Antriebselement dienenden Flansches 22 in eine definierte Verschiebung der Gewindespindel 2 umgesetzt wird. Der Planetenwälzgewindetrieb 1 nach den 3 und 4 ist damit als steigungstreuer Planetenwälzgewindetrieb ausgeführt.
In 4 ist zusätzlich eine Wälzlagerung 25 skizziert, welche zur Unterscheidung von der Wälzlagerung 23 als äußere Wälzlagerung bezeichnet ist. Mittels der äußeren Wälzlagerung 25 ist das Antriebsgehäuse 25, welches in 4 vereinfacht dargestellt ist, in einem starren, lediglich andeutungsweise dargestellten Umgebungsbauteil 26 gelagert.
Sowohl in der Ausgestaltung nach 1 als auch in der Ausgestaltung nach den 3 und 4 kann die Gewindespindel 2 einseitig oder beidseitig mit nicht dargestellten, verstellbaren Fahrwerkselementen gekoppelt sein.
Bezugszeichenliste

1: Planetenwälzgewindetrieb
2: Gewindespindel
3: Mutter
4: Planet
5: Mittelabschnitt
6: Seitenabschnitt
7: Seitenabschnitt
8: Gewinde der Gewindespindel
9: Mutterteil mit Innengewinde
10: Mutterteil mit Außengewinde
11: Innengewinde
12: Außengewinde
13: Innenprofilierung des Mutterteils 9
14: Innenprofilierung des Mutterteils 10
15: Kontermutter
16: Käfig
17: Wälzkörper
18: Antriebsgehäuse
19: Laufbahn des Mutterteils 9
20: Laufbahn des Mutterteils 10
21: Laufbahn des Gehäuses
22: Flansch
23: Wälzlagerung
24: Lagerkäfig
25: äußere Wälzlagerung
26: Umgebungsbauteil
F: Kraft
VB: Verschraubungsbereich
VF: Vorspannkraft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010011820 A1 [0002]
DE 8513093 U1 [0003]
DE 102010011821 A1 [0004]
DE 102013213704 A1 [0005]
DE 102011087560 A1 [0006]
DE 102018116867 [0010]
DE 19540634 C1 [0014]
DE 19807432 A1 [0014]

Claims

Planetenwälzgewindetrieb, mit einer Gewindespindel (2), mehreren die Gewindespindel (2) kontaktierenden Planeten (4), sowie zwei gegeneinander vorgespannten Mutterteilen (9,10), wobei jeder Planet (4) beide Mutterteile (9,10) kontaktiert, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Mutterteile (10) ein Außengewinde (12) aufweist, welches in ein Innengewinde (11) des anderen Mutterteils (9) eingeschraubt ist, wobei eine Kontermutter (15) zur Sicherung der Verschraubung zwischen den beiden Mutterteilen (9,10) vorgesehen ist.
Planetenwälzgewindetrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser der Kontermutter (15) nicht größer als der maximale Durchmesser desjenigen Mutterteils (10), welches das Außengewinde (12) aufweist, ist.
Planetenwälzgewindetrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Planet (4) einen profilierten Mittelabschnitt (5), welcher die Gewindespindel (2) kontaktiert, sowie zwei profilierte Seitenabschnitte (6,7), welche jeweils ein Mutterteil (9,10) kontaktieren, aufweist, wobei die durch die Mutterteile (9,10) gebildete Verschraubung die Mittelabschnitte (5) ringförmig umgibt.
Planetenwälzgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander verbundenen Mutterteile (9,10) sowie die Gewindespindel (2) als An- und Abtriebselemente vorgesehen sind.
Planetenwälzgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Planeten (4) führender Käfig (16) als Antriebselement vorgesehen ist.
Planetenwälzgewindetrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die aus den miteinander verschraubten Mutterteilen (9,10) gebildete Mutter (3) in einem Gehäuse (18) mittels einer Wälzlagerung (23) gelagert ist.
Planetenwälzgewindetrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzlagerung (23) als Schrägrollenlager ausgebildet ist.
Planetenwälzgewindetrieb nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass Laufbahnen (19,20) der Wälzlagerung (23), insbesondere des Schrägrollenlagers, unmittelbar durch die Mutterteile (9,10) gebildet sind.
Planetenwälzgewindetrieb nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (16) drehfest mit einem aus dem Gehäuse (18) herausragenden, die Gewindespindel (2) konzentrisch umgebenden Flansch (22) verbunden ist.