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Die Erfindung betrifft ein Planetenwälzgetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Mutter-Planeten-Anordnung eines Planetenwälzgetriebes.
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Ein gattungsgemäßes Planetenwälzgetriebe ist beispielsweise aus dem Dokument
DE 10 2009 040 606 B4 bekannt. Das Planetenwälzgetriebe umfasst mehrere in einem Käfig geführte Planeten. Bei dem bekannten Planetenwälzgetriebe ist ferner ein Längenmesssystem vorgesehen, wobei ein Sensor fest mit der Spindelmutter des Planetenwälzgetriebes verbunden ist.
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Ein weiteres Planetenwälzgetriebe ist aus der
DE 10 2014 221 090 A1 bekannt. Auch dieses Planetenwälzgetriebe umfasst mehrere Planeten, die in einem Käfig geführt sind. Im Fall der
DE 10 2014 221 090 A1 ist mit dem Käfig ein Freilauf kombiniert.
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Aus der ist
DE 10 2010 011 820 A1 ist ein Planetenwälzgewindetrieb mit gegeneinander vorgespannten Mutterteilen bekannt. Eine Vorspanneinrichtung umfasst dabei ein Federelement, welches gegen eines der Mutterteile angefedert ist. Hierbei stellt die Mutter, in welcher beide Mutterteile aufgenommen sind, ein Getriebeteil dar, wobei sie zugleich Teil der Vorspanneinrichtung ist.
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Die Dokumente die
DE 85 13 093 U1 und
DE 10 2013 213 704 A1 offenbaren verschiedene Bauformen von Planetenwälzgewindetrieben, bei welchen ein Distanzring zwischen zwei Mutterteile eingesetzt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem genannten Stand der Technik insbesondere unter fertigungstechnischen Aspekten weiterentwickeltes Planetenwälzgetriebe anzugeben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Planetenwälzgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ebenso wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer Mutter-Planeten-Anordnung gemäß Anspruch 8 gelöst. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Herstellungsverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung und umgekehrt.
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Das Planetenwälzgetriebe umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption eine Spindelmutter, in welcher mehrere profilierte Planeten angeordnet sind, die in einem mehrere Käfigelemente umfassenden Käfig geführt sind. Erfindungsgemäß sind zwei ringförmige Käfigelemente des Käfigs jeweils per Schnappverbindungen in der Spindelmutter gesichert.
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Die Schnappverbindungen sind derart gestaltet, dass sie eine Sicherung zwischen den Käfigelementen und der Spindelmutter in Axialrichtung darstellen und zugleich eine Relativverdrehung zwischen dem Käfig und der Spindelmutter zulassen. Durch die Schnappverbindungen wird eine besonders einfache, prozesssichere Montage ermöglicht, wobei die geforderte Sicherungsfunktion auch ohne Verwendung zusätzlicher Sicherungselemente, etwa Sicherungsringe, langfristig erhalten bleibt.
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In bevorzugter Ausgestaltung ist die Schnappverbindung zwischen jedem Käfigelement und der Mutter durch Schnappnasen an der Außenumfangsfläche des Käfigelementes, welche in eine Ringnut an einer Innenumfangsfläche der Spindelmutter eingreifen, hergestellt. Hierbei sind an der Außenumfangsfläche des Käfigelements vorzugsweise mindestens eine und höchstens 30 Schnappnasen angeordnet. Bei dem ringförmigen Käfigelement einschließlich der Schnappnasen handelt es sich vorzugsweise um ein einstückiges, materialeinheitliches Bauteil.
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Die Planeten, das heißt Rollen des Planetenwälzgetriebes, sind vorzugsweise als abgesetzte Planeten ausgeführt. Hierbei weist jeder Planet einen profilierten Mittelabschnitt und zwei daran anschließende, ebenfalls profilierte 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. An jedes Seitenteil eines Planeten schließt in bevorzugter Ausgestaltung ein Endabschnitt mit glatter, zylindrischer Oberfläche an, wobei die Endabschnitte in Ausnehmungen der beiden ringförmigen Käfigelemente gelagert sind.
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Der Planetenwälzgewindetrieb wird in typischen Anwendungen mit rotierender Spindelmutter und verschiebbarer Gewindespindel betrieben, wobei die Gewindespindel gegen Verdrehung gesichert ist. Umgekehrt ist es auch möglich, die Gewindespindel als rotierendes Antriebselement vorzusehen, wobei die Spindelmutter, als linear verschiebbares Abtriebselement fungiert.
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Statt die Spindelmutter oder die Gewindespindel des Planetenwälzgetriebes rotativ anzutreiben, ist es je nach Ausgestaltung auch möglich, den 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.
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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 hierbei fest mit einem die Planeten führenden Käfig verbunden. Über die Wälzlagerung, beispielsweise einem Schrägkugellager oder Schrägrollenlager, sind sowohl Radialkräfte als auch Axialkräfte zwischen der Mutter und dem Antriebsgehäuse zu übertragbar.
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Um einen Antrieb des Käfigs zu ermöglichen, kann eines der ringförmigen Käfigelemente oder jedes der ringförmigen Käfigelemente an der den Planeten abgewandten Stirnseite des betreffenden Käfigelementes eine Mitnehmerkontur aufweist, die beispielsweise aus mehreren, insbesondere mindestens drei und höchstens zwölf, zapfenförmigen Mitnehmern gebildet ist. In montagetechnisch vorteilhafter Ausgestaltung sind beide ringförmigen Käfigelemente als Gleichteile gestaltet, auch wenn nur eines dieser Käfigelemente zum Antrieb des Käfigs genutzt wird.
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Unabhängig davon, welches der Elemente des Planetenwälzgetriebes als Antriebselement genutzt wird, ist die Herstellung einer Mutter-Planeten-Anordnung des Planetenwälzgetriebes in folgenden Schritten möglich:
- - Bereitstellung einer Mehrzahl an Planeten, welche jeweils einen profilierten Mittelabschnitt, zwei profilierte, an den Mittelabschnitt anschließende, im Vergleich zum Mittelabschnitt verjüngte Seitenabschnitte, sowie zwei an die Seitenabschnitte anschließende zapfenförmige Endabschnitte aufweisen,
- - Bereitstellung von zwei ringförmigen, insbesondere aus Metall oder Kunststoff gefertigten Käfigelementen, wobei jedes Käfigelement an einer seiner Stirnseiten eine der Anzahl der Planeten entsprechende Anzahl an Aufnahmen für jeweils einen zapfenförmigen Endabschnitt und an seiner Außenumfangsfläche eine Anzahl an Schnappnasen aufweist,
- - Bereitstellung von zwei Mutterhälften, welche an ihrer Innenumfangsfläche jeweils eine auf die Seitenabschnitte der Planeten abgestimmte Profilierung sowie eine auf die mit den Schnappnasen versehene Außenumfangsfläche des ringförmigen Käfigelements abgestimmte Ringnut aufweisen,
- - Vormontage jeweils einer Mutterhälfte und eines ringförmigen Käfigelementes, indem das Käfigelement in die Mutterhälfte eingeschnappt wird,
- - Zusammensetzen der beiden vormontierten Anordnungen aus jeweils einer Mutterhälfte und einem ringförmigen Käfigelement mit den Planeten zu einer Mutter-P laneten-Anordnung.
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Die Spindelmutter kann in grundsätzlich bekannter Weise aus zwei Mutterhälften aufgebaut sein. Der Begriff „Mutterhälften“ wird unabhängig davon verwendet, ob die beiden sogenannten „Hälften“ gleich dimensioniert sind. In jedem Fall ist jede Mutterhälfte per Schnappverbindung mit einem ringförmigen Käfigelement gekoppelt. Zwischen den Mutterhälften kann ein Distanzring angeordnet sein. Durch geeignete Dimensionierung des Distanzrings ist die Vorspannung innerhalb des Planetenwälzgetriebes einstellbar. Ebenso kann eine Federvorspannung zwischen den Mutterhälften vorgesehen sein.
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Unabhängig davon, aus wieviel Teilen die Spindelmutter aufgebaut ist, sind die Schnappverbindungen zwischen den ringförmigen Käfigelementen und der Spindelmutter vorzugsweise mit Spiel in Axialrichtung ausgeführt. Auf diese Weise werden Reibmomente innerhalb des Planetenwälzgetriebes minimiert.
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Die Montage der Mutter-Planeten-Anordnung sowie des gesamten Planetenwälzgetriebes ist wahlweise von Hand oder automatisiert oder in einem teilautomatisierten Verfahren möglich. Bereits während der Montage sind die Käfigelemente durch die Schnappverbindungen selbstsichernd gegen Herausfallen aus der Spindelmutter gesichert.
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Das Planetenwälzgetriebe ist insbesondere als Teil eines elektromechanischen Aktors, beispielsweise in einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs, verwendbar. Zum technischen Hintergrund wird beispielhaft auf die
DE 10 2017 124 388 A1 hingewiesen.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 ausschnittsweise ein Planetenwälzgetriebe in einer Schnittdarstellung,
- 2 ein ringförmiges Käfigelement des Planetenwälzgetriebes nach 1.
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Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Planetenwälzgetriebe, das heißt ein Planetenwälzgewindetrieb, ist Teil eines elektromechanischen Aktors, welcher in einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs zum Einsatz kommt. Hinsichtlich der grundsätzlichen Funktion des Planetenwälzgetriebe 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik hingewiesen.
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Das Planetenwälzgetriebe 1 umfasst eine Gewindespindel 2 und eine mehrteilig aufgebaute Spindelmutter 5, kurz auch als Mutter bezeichnet. Zwischen der Gewindespindel 2 und der Mutter 5 rollen mehrere Planeten 4 ab. Jeder Planet 4 weist einen profilierten Mittelabschnitt 13 sowie daran anschließende, ebenfalls profilierte Seitenabschnitte 11, 12 auf. Die Profilierungen der verschiedenen Abschnitte 11, 12, 13 weisen im Unterschied zur Gewindespindel 2, deren Gewinde mit 3 bezeichnet ist, keine Steigung auf. Der Durchmesser des Mittelabschnitts 13 ist größer als der Durchmesser der Seitenabschnitte 11, 12. Ausschließlich der Mittelabschnitt 13 eines jeden Planeten 4 rollt auf dem mit Gewinde 3 der Gewindespindel 2 ab. Die die Gewindespindel 2 kontaktierende Profilierung des Mittelabschnitts 13 ist mit 14 bezeichnet.
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Die Mutter 5 ist mehrteilig aufgebaut, wobei zwei Mutterteile 6, 7 auch als Mutterhälften bezeichnet werden. Die Mutterhälften 6, 7 weisen jeweils eine Innenprofilierung 9 auf, in der die Seitenabschnitte 11, 12 der Planeten 4 abrollen. Hierbei kontaktieren mit 10 bezeichnete Profilierungen der Seitenabschnitte 11, 12 die Profilierung 9 der Spindelmutter 5.
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Die Profilierungen 10 erstrecken sich nicht bis zu den Stirnseiten der Planeten 4. Vielmehr schließen sich an die profilierten Seitenabschnitte 11, 12 glatte, zylindrische Endabschnitte 15, 16 an. Diese zapfenförmigen Endabschnitte 15, 16 der Planeten 4 sind in einem insgesamt mit 25 bezeichneten Käfig geführt, welcher zwei ringförmige Käfigelemente 17, 18 umfasst.
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An der Außenumfangsfläche eines jeden Käfigelements 17, 18 befinden sich zahlreiche Schnappnasen 19, die im fertig montierten Zustand des Planetenwälzgetriebes 1 in eine Ringnut 20 an der Innenumfangsfläche einer Mutterhälfte 6, 7 eingreifen. Damit sind Schnappverbindungen 24 zwischen dem Käfig 25 und der Spindelmutter 5 hergestellt. Die Schnappverbindungen 24 sind derart gestaltet, dass zwischen jedem Käfigelement 17, 18 und der zugehörigen Mutterhälfte 6, 7 ein Spiel Sp in Axialrichtung gegeben ist. Die Axialrichtung bezieht sich auf die mit M bezeichnete Mittelachse des Planetenwälzgetriebes 1, das heißt auf die Längsrichtung der Gewindespindel 2. Die Schnappverbindungen 24 sichern die Käfigelemente 17, 18 gegen Herausfallen aus der Mutter 5, wobei zugleich der Käfig 25 gegenüber der Mutter 5 frei drehbar ist.
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Jedes insgesamt ringförmige Käfigelement 17, 18 weist an seiner inneren, den Planeten 4 zugewandten Stirnseite eine der Anzahl der Planeten 4 entsprechende Anzahl an Aufnahmen 21 auf, in denen jeweils ein zapfenförmiger Endabschnitt 15, 16 eines Planeten 4 aufgenommen und damit gelagert ist. An der entgegengesetzten, äußeren Stirnseite des Käfigelements 17, 18 weist dieses mehrere zapfenförmige Mitnehmer 23 auf. Über die Mitnehmer 23 ist der Käfig 25 antreibbar, so dass er als Antriebselement des Planetenwälzgetriebes 1 fungiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Planetenwälzgetriebe
- 2
- Gewindespindel
- 3
- Gewinde der Gewindespindel
- 4
- Planet
- 5
- Spindelmutter
- 6
- Mutterhälfte
- 7
- Mutterhälfte
- 8
- Distanzring
- 9
- Profilierung der Mutter
- 10
- Profilierung des Seitenabschnitts des Planeten
- 11
- Seitenabschnitt
- 12
- Seitenabschnitt
- 13
- Mittelabschnitt
- 14
- Profilierung des Mittelabschnitts
- 15
- zapfenförmiger Endabschnitt
- 16
- zapfenförmiger Endabschnitt
- 17
- Käfigelement
- 18
- Käfigelement
- 19
- Schnappnase
- 20
- Ringnut
- 21
- Aufnahme
- 22
- Gehäuse
- 23
- Mitnehmer
- 24
- Schnappverbindung
- 25
- Käfig
- M
- Mittelachse
- Sp
- Spiel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009040606 B4 [0002]
- DE 102014221090 A1 [0003]
- DE 102010011820 A1 [0004]
- DE 8513093 U1 [0005]
- DE 102013213704 A1 [0005]
- DE 19540634 C1 [0013]
- DE 19807432 A1 [0013]
- DE 102017124388 A1 [0020]
