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Die Erfindung betrifft ein steigungstreues, für die Verwendung in einem elektromechanischen Aktuator geeignetes Planetenwälzgetriebe.
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Planetenwälzgewindetriebe, kürzer auch als Planetenwälzgetriebe bezeichnet, sind zum Beispiel in den Dokumenten
DE 10 2019 103 384 A1 und
DE 10 2019 109 166 A1 beschrieben. In jedem dieser Dokumente ist die Möglichkeit erwähnt, den Gewindetrieb als steigungstreuen Planetenwälzgewindetrieb auszuführen. Bei einem steigungstreuen Planetenwälzgewindetrieb wird nicht die Mutter oder Spindel des Gewindetriebs, sondern ein Käfig, in welchem die Planeten des Gewindetriebs geführt sind, angetrieben. Dies hat gegenüber einem Planetenwälzgewindetrieb, bei welchem entweder die Gewindespindel oder die zugehörige Mutter als Antriebselement genutzt wird, den Vorteil, dass eine eindeutige Relation zwischen der Winkelstellung des antreibenden Elements und dem Vorschub des Abtriebselements gegeben ist. Insofern hat ein steigungstreuer Planetenwälzgewindetrieb (SPWG) die gleichen Eigenschaften wie ein einfaches Bewegungsgewinde. Von der Reibung her ist ein steigungstreuer Planetenwälzgewindetrieb einem einfachen Bewegungsgewinde in der Regel überlegen. Extreme Übersetzungsverhältnisse, welche ansonsten mit einem Planetenwälzgewindetrieb erreichbar sind, werden mit einem steigungstreuen Planetenwälzgewindetrieb nicht erreicht.
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Die
DE 92 13 640 U1 offenbart einen Gewinderollenschraubtrieb, dessen Mutter als Gehäuse ausgebildet ist, in welchem Rollen, das heißt Planeten, welche Rillen aufweisen, ortsfest gelagert sind. Zur Lagerung der Rollen werden getrennte Axiallager und Radiallager, jeweils in Form von Nadellagern, vorgeschlagen. Nach der
DE 92 13 640 U1 können die Rollen entweder in Gewindeform oder steigungslos, das heißt mit geraden Rillen, profiliert sein.
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Aus den Dokumenten
DE 195 40 634 C1 und
DE 198 07 432 A1 sind steigungstreue Planetenwälzgetriebe bekannt, deren Planeten von einer Vielzahl an Führungsringen umgeben sind, die in einzelne Rillen der Planeten eingreifen und zur Übertragung von Axialkräften vorgesehen sind. In der Spindelmutter des Planetenwälzgewindetriebes sind die Führungsringe durch Kugel- oder Rollenlagerringe gelagert. Im Fall der
DE 198 07 432 A1 ist die Verwendung des SPWG in einer elektrisch betätigbaren Fahrzeugbremse vorgesehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem genannten Stand der Technik insbesondere unter fertigungstechnischen Aspekten weiterentwickeltes steigungstreues Planetenwälzgetriebe anzugeben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Planetenwälzgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Das Planetenwälzgetriebe umfasst eine Gewindespindel und mehrere Planeten, welche jeweils eine in das Gewinde der Gewindespindel eingreifende steigungslose Profilierung aufweisen, wobei der Planetensatz, das heißt die Gesamtheit der Planeten, durch einen Planetenträger geführt ist, welcher mit einem Antriebselement verbunden oder selbst als Antriebselement ausgebildet ist. Ferner umfasst das steigungstreue Planetenwälzgetriebe (SPWG) ein den Planetensatz umschließendes, frei drehbares, an seiner die Planeten abstützenden Innenumfangsfläche glattes Hülsenelement. Darüber hinaus sind zwei die Planeten an deren Stirnseiten abstützende Axiallager zur Übertragung von Axialkräften zwischen den Planeten und einer Umgebungskonstruktion vorgesehen.
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Die Planeten weisen im Vergleich zu Planeten herkömmlicher PWGs, wie sie zum Beispiel in den genannten Dokumenten
DE 10 2019 103 384 A1 und
DE 10 2019 109 166 A1 offenbart sind, eine relativ einfache Form auf. Zusätzlich zu der Profilierung, welche in die Gewindespindel eingreift, ist keine weitere rillenförmige Profilierung notwendig. Somit existiert lediglich eine Rillenprofilierung einheitlichen Durchmessers, wobei Schleifprozesse, mit denen die Planeten bearbeitet werden, gezielt auf diesen Durchmesser abstimmbar sind.
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Das Hülsenelement, welches die Planeten in frei drehbarer Weise umgibt, ist dazu ausgebildet, von den Planeten ausgeübte Radialkräfte aufzunehmen. Die Radialrichtung der genannten Kräfte bezieht sich hierbei auf die Mittelachse der Gewindespindel. Durch die Profilierung der Gewindespindel und die korrespondierende Profilierung der Planeten, beispielsweise in Form eines Trapezprofils, werden zwischen der Gewindespindel und den Planeten wirkende Axialkräfte in Radialkräfte, das heißt Kräfte, die die Planeten von der Gewindespindel aus nach außen drängen, umgesetzt. Diese Kräfte werden vollständig oder zumindest zum größten Teil durch das zumindest auf seiner Innenseite glatte Hülsenelement aufgenommen, welches die Gesamtheit der Planeten ringförmig umgibt. Das Hülsenelement, welches eine einfache Geometrie mit kreiszylindrischem Querschnitt aufweist, kann auf seiner Innenseite, optional auch an seiner Außenumfangsfläche, durch Schleifen exakt und rationell auf den gewünschten, einheitlichen Durchmesser gebracht werden.
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Im Gegensatz zur direkten Radialkraftübertragung zwischen den Planeten und dem Hülsenelement tritt eine direkte Axialkraftübertragung zwischen den Planeten und dem Hülsenelement höchstens in untergeordnetem Maße auf. In jedem Fall sind zur Axialkraftübertragung die beiden Axiallager vorgesehen, welche die Planeten an ihren beiden Stirnseiten abstützen. Bei diesen Lagern handelt es sich in platzsparender Weise zum Beispiel um Axialnadellager oder -rollenlager. Die insgesamt vier Lagerscheiben dieser Axiallager sind aus einem flächigen Ausgangsprodukt, das heißt Blech, durch Stanzen herstellbar, wobei sich an das Stanzen der Scheiben eine Wärmebehandlung und ein Schleifen auf eine genau definierte Scheibendicke anschließen kann. Um die Reibung zwischen den Planeten und den Wellenscheiben der Axiallager zu minimieren, können die die Wellenscheiben der Axiallager kontaktierenden Stirnflächen der Planeten konvex gewölbt sein, wobei auch zur Generierung oder Nachbearbeitung der konvexen Wölbung ein Schleifprozess vorgesehen sein kann.
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Gemäß einer möglichen Ausgestaltung ist der Planetenträger als Antriebskäfig ausgebildet, welcher schlitzförmige, nach außen offene Ausnehmungen zur Aufnahme der Zapfen der einzelnen Planeten aufweist. Die Ausnehmungen können durch Ringscheiben gebildet sein, welche durch Stanzen und Prägen herstellbar und auf ein rohrförmiges Teil aufsetzbar sind. Eine dauerhaft feste Verbindung zwischen der Ringscheibe und dem rohrförmigen Teil des Antriebskäfigs bei zugleich sehr engen geometrischen Toleranzen ist insbesondere erzielbar, indem die Ringscheibe zunächst auf das rohrförmige Teil aufgepresst und anschließend mit diesem verschweißt wird. Insgesamt handelt es sich bei dem Antriebskäfig damit um ein aus mehreren Einzelteilen aufgebautes Blechteil, insbesondere aus Stahlblech. Auch eine einstückige Ausführung des Antriebskäfigs aus Blech kommt in Betracht.
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Alternativ kann der gesamte Antriebskäfig beispielsweise aus armiertem Kunststoff oder aus Sintermetall hergestellt sein. Auch in diesen Fällen ist eine hohe Montagefreundlichkeit dadurch gegeben, dass die Planeten, beispielsweise vier Stück, von außen in die Ausnehmungen des Planetenträgers einsetzbar sind.
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Gemäß einer ersten möglichen Bauform ist das Hülsenelement, welches die Planeten ringförmig umgibt und dabei nach außen abstützt, mittels eines Wälzlagers in einer Umgebungskonstruktion gelagert. Bei dem Wälzlager handelt es sich beispielsweise um ein zweireihiges Kugellager. Mit Hilfe eines weiteren Wälzlagers, beispielsweise eines einreihigen Kugellagers, kann das Antriebselement, welches drehfest mit dem Planetenträger verbunden oder einstückig mit diesem ausgeführt ist, auf dem Hülsenelement gelagert sein. Dieses Wälzlager weist somit zwei drehbare Lagerringe, nämlich einen mit dem Antriebselement verbundenen Lagerring und einen mit dem Hülsenelement verbundenen Lagerring, auf.
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Gemäß einer weiteren möglichen Bauform ist das Hülsenelement, welches die Planeten kontaktiert, in Axialrichtung direkt durch die Wälzkörper, insbesondere Nadeln, der beiden Axiallager abgestützt. In diesem Fall kann ein das Hülsenelement umschließendes gehäusefestes äußeres Hülsenteil vorgesehen sein, an welchem die Gehäusescheiben der beiden Axiallager gehalten sind. Das äußere Hülsenteil ist in dieser Ausgestaltung in Axialrichtung ausgedehnter als das frei drehbare Hülsenelement.
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Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines steigungstreuen Planetenwälzgetriebes in einer vereinfachten Schnittdarstellung,
- 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines SPWGs in einer Darstellung analog 1,
- 3 und 4 Details der Anordnung nach 2 in Schnittdarstellungen,
- 5 einen Planetenträger des SPWGs nach 1.
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Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf beide Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Planetenwälzgetriebe ist als SPWG, das heißt steigungstreues Planetenwälzgetriebe, ausgeführt. Das Planetenwälzgetriebe 1 umfasst eine Gewindespindel 2, deren Gewinde 3 als eingängiges Gewinde ausgebildet ist. In das Gewinde 3 greifen insgesamt vier Planeten 4 ein, welche jeweils eine steigungslose Profilierung 5 aufweisen, die sich in einem Mittelabschnitt 6 eines jeden Planeten 4 befindet. Zu den beiden Enden eines jeden Planeten 4 hin schließen an den Mittelabschnitt 6 im Vergleich zu diesem verjüngte, zylindrische Endzapfen 7 an.
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Die Endzapfen 7 der Planeten 4, welche zusammen als Planetensatz 8 bezeichnet werden, sind in schlitzförmige, nach außen offene Ausnehmungen 9 eines Planetenträgers 10 eingesetzt. Der in 5 isoliert dargestellte Planetenträger 10 eignet sich zur Verwendung im SPWG nach 1 ebenso wie zur Verwendung im SPWG nach 2. Die Mittelabschnitte 6 der Planeten 4, welche in 90°-Abständen die Gewindespindel 2 umgeben, sind jeweils um ein Viertel der Gewindesteigung des Gewindes 3 gegeneinander in Längsrichtung der Gewindespindel 2 versetzt.
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In Umfangsrichtung zwischen den Ausnehmungen 9 befinden sich Flanschsegmente 11, 12, wobei jeweils vier Flanschsegmente 11 beziehungsweise Flanschsegmente 12 einen Lagerflansch 13, 14 bilden. Der Lagerflansch 14 befindet sich an einer Stirnseite, der Lagerflansch 13 etwa in der Mitte des insgesamt hülsenförmigen Planetenträgers 10. Durch Verbindungsstege 15 sind starre Verbindungen zwischen den Flanschsegmenten 12 des Lagerflansches 14 und den Flanschsegmenten 11 des Lagerflansches 13 hergestellt. In Umfangsrichtung zwischen den Verbindungsstegen 15 befinden sich Aussparungen 16, in welche die Mittelabschnitte 6 der Planeten 4 eingreifen. An der dem Lagerflansch 14 gegenüberliegenden Stirnseite des Planetenträgers 10 weist dieser eine Anschlusskontur 17 zum formschlüssigen Anschluss eines Antriebselementes 18 auf. Das im Wesentlichen scheibenförmige Antriebselement 18 ist konzentrisch zur mit MA bezeichneten Mittelachse des Planetenwälzgetriebes 1 angeordnet. In nicht dargestellter Weise wird das Antriebselement 18 elektrisch entweder direkt oder über ein weiteres Getriebe, beispielsweise Zahnradgetriebe oder Riemengetriebe, angetrieben.
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Der Planetensatz 8 ist umgeben von einem frei drehbaren Hülsenelement 19. Dieses Hülsenelement 19 weist eine glatte Innenumfangsfläche 20 auf, die von den Mittelabschnitten 6 sämtlicher Planeten 4 kontaktiert wird. Durch Axialkräfte zwischen der Gewindespindel 2 und den Planeten 4 entstehen aufgrund der Profilierung des Gewindes 3 Radialkräfte, welche die Planeten 4 nach außen drängen. Diese Radialkräfte werden durch das Hülsenelement 19 aufgenommen. Durch das Abwälzen der Planeten 4 auf der Gewindespindel 2 wird diese verschoben, wobei eine eindeutige Relation zwischen der Winkelstellung des Planetenträgers 10 und dem Vorschub der Gewindespindel 2, welche in nicht dargestellter Weise verdrehgesichert gelagert ist, existiert.
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Zur Abstützung von Axialkräften, welche auf die Planeten 4 wirken, sind an deren Stirnseiten Axiallager 21, 22 vorgesehen. Jedes Axiallager 21, 22 weist eine Wellenscheibe 23 auf, die eine konvex gewölbte Stirnfläche 24 eines der Endzapfen 7 kontaktiert. Durch den nahezu punktuellen Kontakt zwischen den Endzapfen 7 und den Wellenscheiben 23 ist eine reibungsarme Zusammenwirkung zwischen den Planeten 4 und den Wellenscheiben 23 gegeben.
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Die Axiallager 21, 22 sind als Nadellager ausgebildet, wobei auf den Wellenscheiben Nadeln 25 als Wälzkörper abrollen, die zugleich eine Gehäusescheibe 26 als weitere Lagerscheibe kontaktieren. Der Begriff „Gehäusescheibe“ ist in den vorliegenden Fällen unabhängig davon gewählt, ob die betreffende Lagerscheibe 26 gehäusefest in einer Umgebungskonstruktion angeordnet ist. Dies ist beim Ausführungsbeispiel nach 2 der Fall, nicht jedoch beim Ausführungsbeispiel nach 1. In beiden Fällen sind die Nadeln 25 der Axiallager 21, 22 in einem Käfig 27 geführt. Zur Übertragung von Axialkräften zwischen den Gehäusescheiben 26 und der Umgebungskonstruktion sind innere Sprengringe 28 vorgesehen.
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Im Ausführungsbeispiel nach 1 befinden sich die inneren Sprengringe 28 am frei drehbaren Hülsenelement 19. Das Hülsenelement 19 ist in diesem Fall mittels eines Wälzlagers 29, bei welchem es sich um ein zweireihiges Kugellager handelt, in einer Umgebungskonstruktion gelagert. Das Wälzlager 29 weist einen Innenring 30 auf, der mit Hilfe zweier äußerer Sprengringe 31 derart mit dem Hülsenelement 19 gekoppelt ist, dass Axialkräfte übertragbar sind. Wälzkörper des Wälzlagers 29 sind mit 32, ein Außenring mit 33 bezeichnet. Die Wälzkörper 32, das heißt Kugeln, des Wälzlagers 29 sind in Käfigen 34 geführt. Mit Hilfe von Dichtungen 35 ist das Wälzlager 29 abgedichtet.
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Das Antriebselement 18 ist im Fall von 1 auf dem frei drehbaren Hülsenelement 19 gelagert. Ein zu diesem Zweck vorgesehenes Wälzlager 36 in Form eines Rillenkugellagers weist einen Innenring 37 auf, der auf das Hülsenelement 19 aufgesetzt ist. Das Wälzlager 36 weist ferner Wälzkörper 38, nämlich Kugeln, sowie einen Außenring 39 auf. Ein Wälzlagerkäfig des als einreihiges Lager ausgebildeten Wälzlagers 36 ist mit 40 bezeichnet. Der Außenring 39 liegt innen an einem zylindrischen Ring 41 an, welcher einen integralen Bestandteil des Antriebselementes 18 darstellt. Damit handelt es sich im Ausführungsbeispiel nach 1 sowohl beim Innenring 37 als auch beim Außenring 39 um einen drehbaren Lagerring des Wälzlagers 36.
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Im Ausführungsbeispiel nach 2 ist ebenso wie beim Ausführungsbeispiel nach 1 ein Wälzlager 36 vorgesehen, dessen Außenring 39 mit dem Antriebselement 18 verbunden ist. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach 1 handelt es sich im Fall von 2 beim zugehörigen Innenring 37 jedoch um ein gehäusefestes Teil. Der Innenring 37 liegt hierbei an einem äußeren Hülsenteil 42 an, welches das Hülsenelement 19 konzentrisch umgibt, wobei zwischen dem Hülsenteil 42 und dem Hülsenelement 19 ein Ringspalt RS gebildet ist. Die inneren Sprengringe 28 sind im Fall von 2 im äußeren Hülsenteil 42 gehalten. Die durch die inneren Sprengringe 28 in Axialrichtung abgestützten Gehäusescheiben 26 haben eine Mehrfachfunktion: Die auf den Gehäusescheiben 26 abrollenden Nadeln 25 kontaktieren zum einen die Wellenscheiben 23 und dienen zum anderen der Abstützung des frei drehbaren Hülsenelements 19 in axialer Richtung. Hierbei ist das Hülsenelement 19 mit Spiel in Axialrichtung zwischen den Nadeln 25 der beiden Axiallager 21, 22 angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Planetenwälzgetriebe
- 2
- Gewindespindel
- 3
- Gewinde
- 4
- Planet
- 5
- Profilierung
- 6
- Mittelabschnitt
- 7
- Endzapfen
- 8
- Planetensatz
- 9
- Ausnehmung
- 10
- Planetenträger
- 11
- Flanschsegment
- 12
- Flanschsegment
- 13
- Lagerflansch
- 14
- Lagerflansch
- 15
- Verbindungssteg
- 16
- Aussparung
- 17
- Anschlusskontur
- 18
- Antriebselement
- 19
- Hülsenelement
- 20
- Innenumfangsfläche
- 21
- Axiallager
- 22
- Axiallager
- 23
- Lagerscheibe, Wellenscheibe
- 24
- Stirnfläche
- 25
- Nadel
- 26
- Lagerscheibe, Gehäusescheibe
- 27
- Käfig
- 28
- innerer Sprengring
- 29
- Wälzlager
- 30
- Innenring
- 31
- äußerer Sprengring
- 32
- Wälzkörper
- 33
- Außenring
- 34
- Käfig
- 35
- Dichtung
- 36
- Wälzlager
- 37
- Innenring
- 38
- Wälzkörper
- 39
- Außenring
- 40
- Wälzlagerkäfig
- 41
- zylindrischer Ring
- 42
- Hülsenteil
- MA
- Mittelachse
- RS
- Ringspalt
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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 102019103384 A1 [0002, 0007]
- DE 102019109166 A1 [0002, 0007]
- DE 9213640 U1 [0003]
- DE 19540634 C1 [0004]
- DE 19807432 A1 [0004]
