-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer Zylinderhülse, die zumindest mittelbar an einem Gehäuse abgestützt ist. Ferner betrifft die Erfindung eine als Planetengetriebe ausgebildete Vorrichtung sowie eine als elektrische Maschine ausgebildete Vorrichtung.
-
Aus der
DE 10 2011 076 521 A1 geht eine gehäuseseitige Befestigungsanordnung eines Hohlrades eines Planetenradsatzes mit einem Lagerschild zum Lagern einer Abtriebswelle des Planetenradsatzes für einen elektrischen Fahrantrieb. Zwischen dem Lagerschild und einem das Hohlrad aufnehmenden Hohlradträger ist ein Verbindungsabschnitt zum Übertragen des Hohlradmomentes vorgesehen, wobei der Verbindungsabschnitt derart gestaltet ist, dass der Verbindungsabschnitt in Bezug auf den Hohlradträger zumindest eine geringere radiale Steifigkeit aufweist.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die eine konstruktiv einfach realisierbare akustische Schwingungsentkopplung realisiert. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine zumindest mittelbar an einem Gehäuse angeordnete Zylinderhülse mit wenigstens drei sich radial nach außen erstreckenden Zapfen, wobei jeder Zapfen mindestens einseitig an einem am Gehäuse aufgenommenen Rollenelement zur Anlage kommt, um die Zylinderhülse in wenigstens eine tangentiale Richtung am Gehäuse abzustützen. Mit anderen Worten ist die Zylinderhülse zumindest teilweise in einem stationär festgelegten Gehäuse axial aufgenommen und stützt sich über die am jeweiligen Rollenelement angeordneten Zapfen am Gehäuse ab, und zwar im Wesentlichen tangential. Mithin wird ein an der Zylinderhülse wirkendes Drehmoment über die Zapfen und die Rollenelemente tangential in das Gehäuse ein- bzw. abgeleitet, wobei der jeweilige Zapfen in radialer Richtung relativ zum Gehäuse verlagerbar ist und dabei am jeweiligen Rollenelement abrollen kann.
-
Vorzugsweise ist jeder Zapfen zwischen zwei am Gehäuse aufgenommenen Rollenelementen angeordnet. Das heißt, jeweils zwei Rollenelemente sind in einer Ausnehmung an einer Innenmantelfläche des Gehäuses angeordnet und nehmen einen der fest mit der Zylinderhülse verbunden Zapfen zwischen sich auf. Die Rollenelemente sind bevorzugt als zylinderförmige Bolzen, Walzen oder Stifte ausgebildet und erstrecken sich im Wesentlichen parallel zur Längsachse der Zylinderhülse, sodass sie ein Abrollen des Zapfens in radialer Richtung ermöglichen. Mithin sind die Rollenelemente in radialer Richtung des Zapfens derart beweglich angeordnet, dass die Zylinderhülse relativ zum Gehäuse radial verlagern kann. Die Zapfen sind im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Zylinderhülse angeordnet und erstrecken sich bezogen auf die Längsachse der Zylinderhülse radial nach außen. Zwischen den Zapfen und den dazugehörigen Rollenelementen besteht keine feste Verbindung. Vielmehr stützen sich die Zapfen in Abhängigkeit des an der Zylinderhülse anliegenden Drehmoments über das jeweilige Rollenelement tangential am Gehäuse ab. Zwischen den Zapfen und dem jeweiligen Rollenelement besteht somit nicht zu jeder Zeit ein Kontakt. Vielmehr kann der jeweilige Zapfen bei einem positiven Drehmoment an einem der beiden in der Ausnehmung des Gehäuses aufgenommenen Rollenelemente zur Anlage kommen und bei einem entgegengesetzt dazu wirkenden Drehmoment an dem jeweils anderen in der Ausnehmung des Gehäuses aufgenommenen Rollenelement zur Anlage kommen. Anders gesagt wird ein Drehmoment richtungsunabhängig in tangentialer Richtung in das Gehäuse eingeleitet. Eine radiale Einleitung des Drehmoments in das Gehäuse wird dabei verhindert.
-
Die Rollenelemente ermöglichen, dass die jeweiligen in Abhängigkeit das wirkenden Drehmoments daran zur Anlage kommenden Zapfen bei einer radialen Bewegung der Zylinderhülse an dem jeweiligen Rollenelement abrollen bzw. abgleiten können. Die Zapfen sind somit zwischen den jeweils zwei Rollenelementen in radialer Richtung beweglich angeordnet, sodass eine radiale Bewegungsfreiheit der Zylinderhülse relativ zum Gehäuse besteht. Mit anderen Worten liegen die Zapfen nicht radial am Gehäuse an. Die radiale Bewegungsfreiheit, die die beweglichen Rollenelemente der Zylinderhülse bieten, führt dazu, dass eine radiale Anregung bzw. eine radiale Verformung der Zylinderhülse nahezu vollständig vom System absorbiert werden kann.
-
Durch geeignete Anordnung der Zapfen an der Zylinderhülse wird somit erreicht, dass die Zylinderhülse stets in tangentialer Richtung am Gehäuse abgestützt ist. Mithin werden auch radial wirkende Kräfte der Zylinderhülse tangential in das Gehäuse geleitet.
-
Vorzugsweise sind die Zapfen gleichmäßig verteilt an einer Außenumfangsfläche der Zylinderhülse angeordnet, um eine gleichmäßige Kraftverteilung bzw. Kraftweiterleitung von der Zylinderhülse in das Gehäuse zu realisieren. Bei vier Zapfen sind diese somit an den Viertelspunkten am Außenumfang der Zylinderhülse angeordnet, bei drei Zapfen in den Drittelspunkten. Ferner ist denkbar, dass die Zapfen an einer axialen Stirnseite der Zylinderhülse angeordnet sind und sich radial nach außen erstrecken.
-
Bevorzugt liegt zwischen den Zapfen und den jeweiligen Rollenelementen ein Linienkontakt vor. Somit erstrecken sich die Zapfen auch über wenigstens einen Teil der axialen Länge der Zylinderhülse. Vorzugsweise sind die Zapfen so lang wie die axiale Länge des Hohlrades, sodass jeder Zapfen in jede Umfangsrichtung eine jeweilige Anlagefläche zur Kontaktierung mit einem jeweiligen Rollenelement aufweist, um eine größere Last im Vergleich zu einem punktuellen Kontakt übertragen zu können.
-
Die Zapfen sind ferner bevorzugt in Ausnehmungen an der Zylinderhülse eingepresst sind. Die Ausnehmungen sind am Außenumfang der Zylinderhülse ausgebildet und ferner bevorzugt als axiale Nuten ausgebildet. Dies vereinfacht die Herstellung der Zylinderhülse, da die Zapfen erst nachträglich fest mit der Zylinderhülse verbunden bzw. in die jeweilige Nut eingepresst werden. Alternativ sind die Zapfen stoffschlüssig mit der Zylinderhülse verbunden. Mit anderen Worten können die Zapfen auch mit der Zylinderhülse verschweißt sein.
-
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Zapfen und die Rollenelemente in axialer Richtung zumindest mittelbar zwischen einer Schulter des Gehäuses und einem Sicherungsring angeordnet sind. Damit erfolgt eine zusätzliche axiale Abstützung der Zylinderhülse am Gehäuse. Der Sicherungsring kann beispielsweise als Sprengring ausgebildet sein und kann ferner in einer umlaufenden Nut am Innenumfang des Gehäuses teilweise aufgenommen sein, um die axialen Kräfte aus der Zylinderhülse in das Gehäuse zu leiten bzw. die Zylinderhülse axial am Gehäuse abzustützen. Die Schulter ist vorzugsweise einteilig mit dem Gehäuse verbunden bzw. daran angeformt.
-
Zur Vergrößerung einer axialen Anlagefläche ist zwischen dem Sicherungsring und den Zapfen eine Anlaufscheibe angeordnet. Somit werden die Rollenelemente und die Zylinderhülse im Gehäuse axial zwischen der Schulter des Gehäuses und der durch den Sicherungsring axial gesicherten Anlaufscheibe eingespannt.
-
Vorzugsweise weist zumindest ein Anteil der Rollenelemente ungleiche Außendurchmesser auf. Es ist denkbar, dass sich der Außendurchmesser nur eines Rollenelements von den anderen Rollenelementen unterscheidet, dass sich der Außendurchmesser mehrerer Rollenelemente von den Außendurchmesser der anderen Rollenelemente unterscheiden, oder dass sich die Außendurchmesser aller Rollenelemente voneinander unterscheiden. Dadurch kann ein Ausgleich von Fertigungstoleranzen realisiert werden und die Positionierung der Zylinderhülse im Raum kann durch geeignete Variation des Rollendurchmesser angepasst werden. So wird zudem ein nahezu spielfreies System realisiert.
-
Nach einem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung als Planetengetriebe ausgebildet, umfassend ein Sonnenrad, ein Hohlrad sowie wenigstens einen Planetenradsatz mit mehreren Planetenrädern, die zumindest mittelbar an einem Planetenträger drehbar gelagert sind, wobei sich die Zapfen ausgehend vom Hohlrad radial nach außen erstrecken, wobei jeder Zapfen zwischen zwei am Gehäuse aufgenommenen Rollenelementen angeordnet ist, um das Hohlrad in tangentialer Richtung am Gehäuse abzustützen. Mit anderen Worten ist das Hohlrad als Zylinderhülse im Sinne der Erfindung zu verstehen, wobei die vorherigen Ausführungen zu der Vorrichtung auch ohne Weiteres auf das Planetengetriebe übertragbar sind.
-
Das Hohlrad erfährt unter Last eine Schwingungsanregung durch die Verzahnungskräfte im Zahneingriff zwischen dem Hohlrad und den damit in Zahneingriff stehenden Planetenrädern. Zusätzlich zu diesen direkten Anregungen werden Eigenmoden des Hohlrades, auch Resonanzen genannt, angeregt, die über die Verbindung mit dem Getriebegehäuse zu einer akustischen Auffälligkeit des Gesamtsystems führen könnten. Zur akustischen Entkopplung, und somit zur Verbesserung der akustischen Eigenschaften bzw. zur Schwingungsentkopplung sind insbesondere die zwischen den Rollenelementen angeordneten radial ausgerichteten Zapfen vorgesehen, die tangential an den Rollenelementen zur Anlage kommen und in radialer Richtung relativ zum Gehäuse beweglich sind. Die Schwingungsanregungen werden folglich komplett vom Gehäuse entkoppelt, wobei gleichzeitig eine vergleichsweise steife Abstützung des lastbedingt entstehenden Drehmoments über die Zapfen und die Rollenelemente am Gehäuse möglich ist. Somit kann auch ohne stationäre Festlegung des Hohlrades am Gehäuse eine uneingeschränkte Funktionalität der Vorrichtung bzw. des Planetengetriebes gewährleistet werden, wobei jedoch gleichzeitig die akustische Anregung vollständig vom Gehäuse abgeschirmt wird.
-
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung als elektrische Maschine ausgebildet, umfassend einen Stator und einen relativ dazu drehantreibbaren Rotor, wobei sich die Zapfen ausgehend vom Stator radial nach außen erstrecken, wobei jeder Zapfen zwischen zwei am Gehäuse aufgenommenen Rollenelementen angeordnet ist, um den Stator in tangentialer Richtung am Gehäuse abzustützen. Mit anderen Worten ist der Stator als Zylinderhülse im Sinne der Erfindung zu verstehen, wobei die vorherigen Ausführungen zu der Vorrichtung auch ohne Weiteres auf die elektrische Maschine übertragbar sind.
-
Der Stator erfährt während des Drehantriebs des radial innerhalb des Stators angeordneten Rotors eine Schwingungsanregung. Zur akustischen Entkopplung, und somit zur Verbesserung der akustischen Eigenschaften bzw. zur Schwingungsentkopplung sind insbesondere die zwischen den Rollenelementen angeordneten radial ausgerichteten Zapfen vorgesehen, die tangential an den Rollenelementen zur Anlage kommen und in radialer Richtung relativ zum Gehäuse beweglich sind. Die Schwingungsanregungen werden folglich komplett vom Gehäuse entkoppelt, wobei gleichzeitig eine vergleichsweise steife Abstützung des Stators über die Zapfen und die Rollenelemente am Gehäuse möglich ist. Somit kann auch ohne stationäre Festlegung des Stators am Gehäuse eine uneingeschränkte Funktionalität der Vorrichtung bzw. der elektrischen Maschine gewährleistet werden, wobei jedoch gleichzeitig die akustische Anregung vollständig vom Gehäuse abgeschirmt wird.
-
Im Folgenden werden zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt
- 1 eine stark schematische Querschnittdarstellung eines Planetengetriebes nach einer ersten Ausführungsform,
- 2 eine stark schematische Längsschnittdarstellung des Planetengetriebes nach 1,
- 3 eine stark schematische Querschnittdarstellung einer elektrischen Maschine nach einer zweiten Ausführungsform, und
- 4 eine stark schematische Längsschnittdarstellung der elektrischen Maschine nach 3.
-
Gemäß 1 und 2 ist nach einer ersten Ausführungsform eine als Planetengetriebe 1 ausgebildete Vorrichtung stark schematisch gezeigt. Das exemplarische Planetengetriebe 1 umfasst ein Sonnenrad 2, ein zylinderhülsenförmiges Hohlrad 3 mit einer Innenverzahnung sowie einen Planetenradsatz mit mehreren Planetenrädern 4, die zumindest mittelbar an einem - hier nicht dargestellten - Planetenträger drehbar gelagert sind. In 2 wird zur Vereinfachung auf eine Darstellung der Planetenräder 4 und des Sonnenrades 2 verzichtet.
-
An einer Außenumfangsfläche 16 des Hohlrades 3 sind vier sich radial nach außen erstreckende Zapfen 5 gleichmäßig verteilt angeordnet. Vorliegend sind zwei Zapfen 5 im Wesentlichen horizontal gegenüberliegend am Hohlrad 3 und zwei weitere Zapfen 5 im Wesentlichen vertikal gegenüberliegend am Hohlrad 3 angeordnet, wobei sich die Zapfen 5, wie in 2 zu sehen ist, über nahezu die gesamte axiale Länge des Hohlrades 3 erstrecken.
-
Die Zapfen 5 ragen radial in eine jeweilige Ausnehmung 14 am Gehäuse 7 hinein und sind zwischen zwei jeweiligen Rollenelementen 6a, 6b angeordnet, die in der jeweiligen Ausnehmung 14 angeordnet sind und eine tangentiale Abstützung des Hohlrades 3 am Gehäuse 7 ermöglichen. Mithin kann sich ein auf das Hohlrad 3 einwirkendes Drehmoment über die Zapfen 5 und, je nach Richtung des Drehmoments, über das jeweilige Rollenelement 6a, 6b tangential am Gehäuse 7 abstützen. Gleichzeitig ist jeder Zapfen 5 in radialer Richtung relativ zum Gehäuse 7 beweglich, wobei der jeweilige Zapfen 5 je nach Belastung bzw. je nach radialer Auslenkung des Hohlrades 3 an dem jeweiligen Rollenelement 6a oder 6b abrollen kann. Anders gesagt kommen die Zapfen 5 in radialer Richtung nicht am Gehäuse 7 zur Anlage. Die Zapfen 5 liegen zudem nur in Abhängigkeit eines anliegenden Drehmoments an den Rollenelementen 6a, 6b an, sodass eine nicht permanente Kontaktierung zwischen den Zapfen 5 und den dazugehörigen Rollenelementen 6a, 6b und infolgedessen eine akustische Entkopplung des Hohlrades 3 von dem Gehäuse 7 realisiert wird.
-
Die Rollenelemente 6a, 6b sind zylinderförmig ausgebildet und ihre axiale Länge entsprecht im Wesentlichen der axialen Länge der Zapfen 5. Insbesondere sind die Rollenelemente 6a, 6b und die 5 Zapfen gleich lang ausgebildet. Mithin liegt zwischen den Zapfen 5 und den jeweiligen Rollenelementen 6a, 6b ein Linienkontakt vor. Die Rollenelemente 6a, 6b können demnach sowohl an der Ausnehmung 14 des Gehäuses 7 sowie am Zapfen 5 zur Anlage kommen.
-
Die Zapfen 5 sind ferner, was hier nicht näher gezeigt ist, in Ausnehmungen am Hohlrad 3 eingepresst, sodass eine Herstellung der Zapfen 5 und des Hohlrades 3 vereinfacht und somit günstiger erfolgen kann. Alternativ ist denkbar, die Zapfen 5 stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, mit dem Hohlrad 3 zu verbinden.
-
Die Zapfen 5 sowie die Rollenelemente 6a, 5b sind zudem axial im Gehäuse 7 eingespannt, und zwar kommen die Zapfen 5 sowie die Rollenelemente 6a, 5b einerseits axial an einer Schulter 8 des Gehäuses 7, die einteilig mit dem Gehäuse 7 verbunden ist, und andererseits an einer Anlaufscheibe 10 zur Anlage. Die Anlaufscheibe 10 wird in ihrer axialen Position durch einen als Sprengring ausgebildeten Sicherungsring 9 gesichert, der in einer umlaufenden Nut 15 am Gehäuse 7 aufgenommen ist.
-
Um Fertigungstoleranzen auszugleichen und die Positionierung des Hohlrades 3 im Raum anzupassen, können Rollenelemente 6a, 6b mit unterschiedlichen Rollendurchmessern eingesetzt werden. Mithin weist zumindest ein Anteil der Rollenelemente 6a, 6b ungleiche Außendurchmesser auf, sodass dadurch ein spielfreies System erreicht wird.
-
Wie in dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 3 und 4 stark schematisch dargestellt ist, kann die akustische Entkopplung auch in einer elektrischen Maschine 12 vorgesehen werden. Mit anderen Worten ist die Vorrichtung als elektrische Maschine 12 ausgebildet und umfasst einen Stator 13 und einen relativ dazu drehantreibbaren, teilweise dargestellten Rotor 11. Der Unterschied zu der vorherigen Ausführungsform besteht lediglich darin, dass die Zapfen 5 an einer Außenumfangsfläche 16 des Stators 13 angeordnet sind und sich davon ausgehend radial nach außen erstrecken und dabei zwischen zwei Rollenelementen 6a, 6b angeordnet sind, um den Stator 13 tangential abzustützen. Die Funktionsweise zur Schwingungsentkopplung erfolgt analog zu den Ausführungen zum Planetengetriebe 1 gemäß 1 und 2.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Planetengetriebe
- 2
- Sonnenrad
- 3
- Hohlrad
- 4
- Planetenrad
- 5
- Zapfen
- 6a
- Erstes Rollenelement
- 6b
- Zweites Rollenelement
- 7
- Gehäuse
- 8
- Schulter
- 9
- Sicherungsring
- 10
- Anlaufscheibe
- 11
- Rotor
- 12
- Elektrische Maschine
- 13
- Stator
- 14
- Ausnehmung am Gehäuse
- 15
- Nut
- 16
- Außenumfangsfläche
-
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 102011076521 A1 [0002]
