DE102019126875A1

DE102019126875A1 - Planetenwälzgewindetrieb

Info

Publication number: DE102019126875A1
Application number: DE102019126875.3A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Weis
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-10-07
Filing date: 2019-10-07
Publication date: 2021-04-08
Anticipated expiration: 2039-10-08
Also published as: WO2021069022A1; CN114450505B; DE102019126875B4; US20220364633A1; CN114450505A; KR20220042230A

Abstract

Planetenwälzgewindetrieb für einen Aktuator einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges, mit einem die Planetenrollen (3) aufnehmenden Planetenrollenträger (7), der drehfest mit einer um die Gewindespindel (1) herum drehbar angetriebenen Antriebshülse (11) verbunden ist, die an einem Maschinenteil (12) mittels eines koaxial zu der Antriebshülse (11) angeordnetem Axial-Schrägrollenlager (13) drehbar gelagert ist, dessen Rollen (14) in Wälzkontakt sind mit Schräglager-Laufbahnen (15, 19), die geneigt sind zu einer quer zur Rotationsachse der Antriebshülse (11) angeordneten Ebene (E).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Planetenwälzgewindetrieb, der eine rotatorische in eine translatorische Bewegung umwandelt. Die Erfindung betrifft auch einen Aktuator einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges, mit einem derartigen Planetenwälzgewindetrieb.
Aus DE 10 2015 206 735 B3 ist ein Planetenwälzgewindetrieb nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt geworden. Dieser Planetenwälzgewindetrieb ist mit einer auf einer Gewindespindel angeordneten Mutter versehen, und mit zwischen der Gewindespindel und der Mutter angeordneten Planetenrollen, die mit ihrem planetenseitigen Rillenprofil einerseits mit einem mutterseitigen Rillenprofil und andererseits mit einem Gewindeprofil der Gewindespindel kämmen. Dieser Planetenwälzgewindetrieb weist ferner einen Planetenrollenträger auf, in dessen über den Umfang verteilt angeordneten Taschen die Planetenrollen um ihre Planetenrollenachse drehbar gelagert sind. Der Planetenrollengträger ist drehfest mit einer um eine Spindelachse der Gewindespindel drehbar angetriebenen Antriebshülse verbunden. Die Antriebshülse ist an einem Maschinenteil mittels eines als Hauptlager bezeichneten Lagers drehbar gelagert.
Je nach Anwendungsfall werden erhebliche axiale Stellkräfte über das Hauptlager übertragen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, einen Planetenwälzgewindetrieb nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 anzugeben, der axiale Stellkräfte zuverlässig über das Hauptlager überträgt.
Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe durch den Planetenwälzgewindetrieb gemäß Anspruch 1 gelöst. Dieser Planetenwälzgewindetrieb ist mit einer auf einer Gewindespindel angeordneten Mutter versehen, und mit zwischen der Gewindespindel und der Mutter angeordneten Planetenrollen, die mit ihrem planetenseitigen Rillenprofil einerseits mit einem mutterseitigen Rillenprofil und andererseits mit einem Gewindeprofil der Gewindespindel kämmen. Dieser Planetenwälzgewindetrieb weist ferner einen Planetenrollenträger auf, in dessen über den Umfang verteilt angeordneten Taschen die Planetenrollen um ihre Planetenrollenachse drehbar gelagert sind.
Der Planetenrollengträger ist drehfest mit einer um eine Spindelachse der Gewindespindel drehbar angetriebenen Antriebshülse verbunden. Dieser Planetenwälzgewindetrieb ist ein sogenannter steigungstreuer Planetenwälzgewindetrieb: unabhängig von einem möglichen Schlupf der Planetenrollen im Eingriff mit den beteiligten Antriebsteilen entspricht eine volle Umdrehung des Planetenrollenträgers um die Gewindespindel einer Relativverschiebung zwischen der Antriebshülse und der Gewindespindel um den Betrag der Steigung des Gewindeprofils des Gewindespindel.
Die Antriebshülse ist an einem Maschinenteil mittels eines koaxial zu der Antriebshülse angeordneten Axial-Schrägrollenlager drehbar gelagert, dessen Rollen in Wälzkontakt sind mit Schräglager-Laufbahnen, die geneigt sind zu einer quer zur Rotationsachse der Antriebshülse angeordneten Querebene. Das Maschinenteil kann gestellfest angeordnet und beispielsweise als Gehäuse ausgebildet sein, in dem der Planetenwälzgewindetrieb untergebracht ist.
Das Axial-Schrägrollenlager überträgt zum größeren Teil axiale Kräfte, die übertragen werden zwischen der Gewindespindel und dem Maschinenteil. Diese axialen Kräfte werden übertragen über die Planetenrollen, die Mutter, sowie die Antriebshülse. Die Rollen des Axial-Schrägrollenlagers sind vorzugsweise zylindrisch, können jedoch alternativ auch kegelförmig ausgebildet sein. Die Neigung der Schräglager-Laufbahnen zu der Querebene ist abhängig von der Größe der zu erwartenden radialen Kräfte. Ein bevorzugter Antrieb für erfindungsgemäße Planetenwälzgewindetriebe kann ein Riementrieb sein. In diesem Fall umschlingt beispielsweise ein Zahnriemen die Antriebshülse und treibt diese an. Die im Zugtrum des Zahnriemens sich einstellenden Zugkräfte werden als Radialkraft auf die Antriebshülse übertragen, und von dort über das Axial-Schrägrollenlager in das Maschinenteil. Je größer die Neigung der Schräglager-Laufbahnen zu der Querebene ist, desto größere Radialkräfte können übertragen werden. Im Fall des Zahnriementriebs macht die Radialkraft lediglich einen Bruchteil der Axialkraft aus, beispielsweise etwa ein Prozent. In diesem Fall ist eine geringfügige Neigung der Schräglagerlaufbahn möglich.
Vorzugsweise ist die Mutter mittels eines Axialrollenlagers an Antriebshülse axial gelagert. Das Axialrollenlager überträgt keine radialen Lagerkräfte. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die von außen angreifenden Radialkräfte nicht auf die Mutter und die Planeten übertragen werden, sondern einwandfrei mittels des Axial-Schrägrollenlager in das Maschinenteil geleitet werden.
Das Axial-Schrägrollenlager kann zwei Lagerringe mit aneinander zugewandten Stirnseiten ausgebildeten Schräglager-Laufbahnen aufweisen. Diese Lagerringe können im Längsschnitt gesehen - also entlang der Rotationsachse - etwa dreiecksförmig ausgebildet sein, mit senkrecht zueinander angeordneten Lagerflächen und der Schräglager-Laufbahn, die an die voneinander abgewandten Enden dieser Lagerflächen anschließt.
Vorzugsweise weist die Antriebshülse eine Hülse und eine in der Hülse drehfest angeordnete Schräglagerscheibe mit der geneigt angeordneten Schräglager-Laufbahn auf. Sowohl die Hülse als auch die Schräglagerschiebe lassen sich auf wirtschaftlich günstige Weise herstellen. Beispielsweise können die Schräglagerschiebe durch Stanzen oder Fließpressen hergestellt und die Hülse als Ziehteil ausgeführt sein. Die Schräglagerscheibe kann in die Hülse eingepresst sein. Die Schräglager-Laufbahn kann an die Schräglagerschiebe angeformt sein.
Es mag zweckmäßig sein, die Schräglagerscheibe in axialer Richtung spielbehaftet und drehfest in der Hülse anzuordnen. In diesem Fall kann von außen über ein Lagerspiel zwischen dem Maschinenteil und der Schräglagerscheibe das Lagerspiel zwischen der Schräglagerscheibe und dem Axialrollenlager eingestellt werden.
Die Schräglagerscheibe kann an ihrer von der Schräglager- Laufbahn abgewandten Stirnseite eine Axiallager-Laufbahn aufweisen, beispielsweise für das Axialrollenlager. Diese Axiallager-Laufbahn kann ebenso wie die Schräglager-Laufbahn an die Schräglagerscheibe angeformt werden.
Der Planetenrollenträger kann an einer radial innerhalb der Schräglager-Laufbahn angeordneten Aufnahme der Schräglagerscheibe fest mit der Schräglagerscheibe verbunden sein. Die Aufnahme kann als zentrale Öffnung in der Schräglagerscheibe ausgebildet sein, beispielsweise zylindrisch wie eine Bohrung. Der Planetenrollenträger kann mit einem zylindrischen Stutzen versehen sein, der in diese Bohrung eingepresst wird, so dass die Antriebskraft einwandfrei von der Antriebshülse in den Planetenrollenträger übertragen werden kann. Alternativ kann die Öffnung der Schräglagerscheibe polygonförmig ausgeführt und der Planetenrollenträger mit einem polygonförmigen Stutzen versehen sein, der in diese polygonförmige Öffnung eingesetzt wird, so dass die Antriebskraft einwandfrei von der Antriebshülse in den Planetenrollenträger übertragen werden kann. Diese Alternative kann zweckmäßig sein, wenn ein Axialspiel der Schräglagerscheibe in der Hülse gewünscht sein sollte.
Vorzugsweise ist der Planetenwälzgewindetrieb mit zwei jeweils an einer der Stirnseiten der Antriebshülse angeordneten Axial-Schrägrollenlagern versehen. Insbesondere für Anwendungen, in denen in beiden axialen Richtungen gleich große axiale Belastungen zu erwarten sind, können baugleiche Axial-Schrägrollenlager zum Einsatz kommen, so dass eine wirtschaftlich günstige Herstellung möglich wird.
Der erfindungsgemäße Planetenwälzgewindetrieb eignet sich besonders für einen Aktuator einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges. Dieser Aktuator ist mit einer Schubstange versehen, deren voneinander abgewandte Enden zum Anlenken von Hinterrädern des Kraftfahrzeuges ausgebildet sind. Die Gewindespindel kann in diesem Fall Teil der Schubstange sein, zwischen deren Enden die Gewindespindel ausgebildet ist. Die Schubstange kann zwei Schubstangenteile aufweisen, zwischen denen die Gewindespindel angeordnet und fest mit beiden Schubstangenteilen verbunden ist. Die voneinander abgewandten freien Enden der Schubstange sind aus dem Gehäuse des Aktuators herausgeführt und mit Lenkerköpfen versehen, die an den Radträgern der Hinterräder angreifen.
Vorzugsweise ist dieser Aktuator mit einem Elektromotor und mit einem Riementrieb versehen, dessen Zahnriemen ein Motorritzel des Elektromotors sowie die Antriebshülse umschlingt. In dem Aktuatorgehäuse können der Riementrieb mit dem Motorritzel sowie der Planetenwälzgewindetrieb angeordnet sein.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in drei Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

1 einen Planetenwälzgewindetrieb im Längsschnitt,
2 einen Aktuator einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges und
3 einen Ausschnitt der 2.

Der in 1 abgebildete Planetenwälzgewindetrieb ist mit einer auf einer Gewindespindel 1 angeordneten Mutter 2 versehen. Zwischen der Gewindespindel 1 und der Mutter 2 sind Planetenrollen 3 über den Umfang der Gewindespindel 1 verteilt angeordnet. Die Planetenrollen 3 kämmen mit ihrem planetenseitigen Rillenprofil 4 einerseits mit einem mutterseitigen Rillenprofil 5 und andererseits mit einem schraubenförmig um die Spindelachse gewundenen Gewindeprofil 6 der Gewindespindel 1.
Dieser Planetenwälzgewindetrieb weist ferner einen Planetenrollenträger 7 auf, in dessen über den Umfang verteilt angeordneten Taschen 8 die Planetenrollen 3 um ihre Planetenrollenachse drehbar gelagert sind. Deutlich zeigt die Figur an den axialen Enden der Planetenrollen 3 ausgebildete Lagerzapfen 9, die in Lagertaschen 10 des Planetenrollenträgers 7 eingreifen.
Der Planetenrollengträger 7 ist drehfest mit einer um eine Spindelachse der Gewindespindel 1 drehbar angetriebenen Antriebshülse 11 verbunden. Die Antriebshülse 11 ist an einem hier lediglich angedeuteten Maschinenteil 12 mittels eines koaxial zu der Antriebshülse 11 angeordneten Axial-Schrägrollenlagers 13 drehbar gelagert, dessen zylindrische Rollen 14 in Wälzkontakt sind mit Schräglager-Laufbahnen 15, 19, die geneigt sind zu einer quer zur Rotationsachse der Antriebshülse angeordneten Querebene E.
Das Maschinenteil 12 ist gestellfest angeordnet und im Ausführungsbeispiel als Gehäuse ausgebildet, wie es in 2 deutlich abgebildet ist.
Die Mutter 2 ist mittels eines Axialrollenlagers 17 an der Antriebshülse 11 axial gelagert. Das Axialrollenlager 17 überträgt lediglich axiale Lagerkräfte und ermöglicht ein radiales Spiel zwischen der Gewindespindel 1, den Planetenrollen 3 und der Mutter 2 auf der einen Seite und der Antriebshülse 11 auf der anderen Seite. Das Axialrollenlager 17 weist zwei Scheiben 20, 21 auf, die an ihren einander zugewandten Stirnseiten jeweils mit einer Axiallager-Laufbahn 22, 23 des Axialrollenlager 17 versehen sind. Die eine Scheibe 20 ist an der Antriebshülse 11 abgestützt und die andere Scheibe 21 ist an der Mutter 2 abgestützt.
Die Antriebshülse 11 weist eine Hülse 24 auf, in deren stirnseitige Enden jeweils eine Schräglagerscheibe 25 drehfest eingesetzt ist. An ihren voneinander abgewandten Stirnseiten sind die beiden Schräglagerscheiben 25 mit den Schräglager-Laufbahnen 15 des Axial-Schrägrollenlagers 13 versehen. Die Axiallager-Laufbahnen 22 der Axialrollenlager 17 können alternativ an den einander zugewandten Stirnseiten der Schräglagerscheiben 25, ausgebildet sein; in diesem Fall können die Scheiben wegfallen.
Die Hülse 24 ist an ihrem Außenumfang in einem mittleren Abschnitt als Zahnriemenrad 16 ausgebildet, das von einem Zahnriemen eines Riementriebes umschlungen ist.
Der Planetenrollenträger 7 ist an beiden axialen Enden in radial innerhalb der Schräglager-Laufbahn 15 angeordneten zentralen Aufnahmen 26 der beiden Schräglagerscheiben 25 aufgenommen und fest mit den Schräglagerscheiben 25 verbunden. Die Aufnahme 26 kann als zentrale Öffnung in der Schräglagerscheibe 25 ausgebildet sein, beispielsweise zylindrisch wie eine Bohrung.
Der Planetenrollenträger 7 ist an seinen axialen Enden jeweils mit einem Stutzen 18 versehen, der in diese Aufnahme 26 fest eingesetzt wird, so dass die Antriebskraft einwandfrei von der Antriebshülse 11 in den Planetenrollenträger 7 übertragen werden kann. Es kann zum Zweck der Einstellung eines Lagerspiels zweckmäßig sein, wenn einerseits zwischen der Hülse 24 und den beiden Schräglagerscheiben 25 eine drehfeste Verbindung besteht, andererseits ein Axialspiel der zumindest einen Schräglagerscheibe 25 in der Hülse 24 möglich ist.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist der Planetenwälzgewindetrieb mit zwei jeweils an einer der Stirnseiten der Antriebshülse 11 angeordneten Axial-Schrägrollenlagern 13 versehen. Dieser Planetenwälzgewindetrieb ist zweckmäßig, wenn in beiden axialen Richtungen gleich große axiale Belastungen zu erwarten sind, und ermöglicht den Einsatz baugleicher Axial-Schrägrollenlager, so dass eine wirtschaftlich günstige Herstellung möglich wird.
2 zeigt einen Aktuator einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges mit dem oben beschriebenen Planetenwälzgewindetrieb, der in dem als Gehäuse 27 ausgeführten Maschinenteil des Aktuators angeordnet ist. Dieser Aktuator ist mit einer Schubstange 28 versehen, deren voneinander abgewandte Enden zum Anlenken von Hinterrädern des Kraftfahrzeuges ausgebildet und aus dem Gehäuse 27 herausgeführt sind. Im Ausführungsbeispiel sind die Enden der Schubstange 28 mit gabelförmigen Lenkerköpfen 29 versehen. Die aus dem Gehäuse 27 hervorstehenden Enden der Schubstange 28 sind von Faltenbalg-Manschetten ummantelt und in der Abbildung verdeckt. Die in dem Gehäuse 27 angeordnete Gewindespindel 1 des Planetenwälzgewindetriebes bildet einen mittleren Abschnitt der Schubstange 28. Die Schubstange 28 kann zwei axial hintereinander angeordnete Schubstangenteile aufweisen, zwischen denen die Gewindespindel 1 angeordnet und fest mit beiden Schubstangenteilen verbunden ist. Alternativ können die Schubstangenteile und die Gewindespindel einstückig miteinander verbunden sein.
Der Aktuator weist einen Elektromotor 30 und einen Riementrieb 31 auf, der in 3 ausschnittsweise abgebildet ist. Ein Zahnriemen 32 umschlingt ein Motorritzel 33 des Elektromotors 30 sowie die hier nicht abgebildete Antriebshülse 11. In dem Gehäuse 27 sind der Riementrieb, das Motorritzel 33 sowie der Planetenwälzgewindetrieb untergebracht.
Bezugszeichenliste

1: Gewindespindel
2: Mutter
3: Planetenrolle
4: Planetenseitiges Rillenprofil
5: Mutterseitiges Rillenprofil
6: Gewindeprofil
7: Planetenrollenträger
8: Tasche
9: Lagerzapfen
10: Lagertasche
11: Antriebshülse
12: Maschinenteil
13: Axial-Schrägrollenlager
14: Rolle
15: Schräglager-Laufbahn
16: Zahnriemenrad
17: Axialrollenlager
18: Stutzen
19: Schräglager-Laufbahn
20: Scheibe
21: Scheibe
22: Axiallager-Laufbahn
23: Axiallager-Laufbahn
24: Hülse
25: Schräglagerscheibe
26: Zentrale Aufnahme
27: Gehäuse
28: Schubstange
29: Lenkerkopf
30: Elektromotor
31: Riementrieb
32: Zahnriemen
33: Motorritzel

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 102015206735 B3 [0002]

Claims

Planetenwälzgewindetrieb, mit einer auf einer Gewindespindel (1) angeordneten Mutter (2), und mit zwischen der Gewindespindel (1) und der Mutter (2) angeordneten Planetenrollen (3), die mit ihrem planetenseitigen Rillenprofil (4) einerseits mit einem mutterseitigen Rillenprofil (5) und andererseits mit einem Gewindeprofil (6) der Gewindespindel (1) kämmen, und mit einem Planetenrollenträger (7), in dessen über den Umfang verteilt angeordneten Taschen (8) die Planetenrollen (3) um ihre Planetenrollenachse drehbar gelagert sind, und mit einer um eine Spindelachse der Gewindespindel (1) drehbar angetriebenen Antriebshülse (11), die mit dem Planetenrollenträger (7) drehfest verbunden und an einem Maschinenteil (12) mittels eines Lagers drehbar gelagert ist, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Lager durch ein koaxial zu der Antriebshülse (11) angeordnetes Axial-Schrägrollenlager (13) gebildet ist, dessen Rollen (14) in Wälzkontakt sind mit Schräglager-Laufbahnen (15, 19), die geneigt sind zu einer quer zur Rotationsachse der Antriebshülse (11) angeordneten Ebene (E).
Planetenwälzgewindetrieb nach Anspruch 1, dessen Antriebshülse (11) eine Hülse (24) und eine in der Hülse (24) drehfest angeordnete Schräglagerscheibe (25) mit der geneigt angeordneten Schräglager-Laufbahn (15) aufweist.
Planetenwälzgewindetrieb nach Anspruch 2, dessen Schräglagerscheibe (25) in axialer Richtung spielbehaftet in der Hülse (24) angeordnet ist.
Planetenwälzgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dessen Mutter (2) mittels eines Axialrollenlagers (17) an der Antriebshülse (11) axial gelagert ist.
Planetenwälzgewindetrieb nach den Ansprüchen 2 und 4, dessen Mutter (2) mittels des Axialrollenlagers (17) an der Schräglagerscheibe (25) axial gelagert ist, an deren von der Schräglager- Laufbahn (15, 19) abgewandten Stirnseite eine Axiallager-Laufbahn (23) des Axialrollenlagers (17) vorgesehen ist.
Planetenwälzgewindetrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dessen Planetenrollenträger (7) an einer radial innerhalb der Schräglager-Laufbahn (15) angeordneten Aufnahme (26) der Schräglagerscheibe (25) fest mit der Schräglagerscheibe (25) verbunden ist.
Planetenwälzgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit zwei jeweils an einer der Stirnseiten der Antriebshülse (11) angeordneten Axial-Schrägrollenlagern (13).
Aktuator einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges, mit einem Planetenwälzgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, und mit einer Schubstange (28), deren voneinander abgewandte Enden zum Anlenken von Hinterrädern des Kraftfahrzeuges ausgebildet sind, wobei die Gewindespindel (1) Teil der Schubstange (28) ist.
Aktuator nach Anspruch 8, mit einem Elektromotor (30), und mit einem Riementrieb (31), dessen Zahnriemen (32) ein Motorritzel (33) des Elektromotors (30) sowie die Antriebshülse (11) umschlingt.
Aktuator nach Anspruch 9, mit einem das Maschinenteil (12) bildenden Gehäuse (27), in dem der Riementrieb (31) mit dem Motorritzel (33) sowie der Planetenwälzgewindetrieb angeordnet sind.