-
Die Erfindung betrifft ein Set, das heißt einen Bausatz, aus verschiedenen Komponenten, welche zum Zusammenbau von steigungstreuen Planetenwälzgetrieben geeignet sind.
-
Aus der
DE 10 2007 015 985 A1 ist ein Planetenwälzgetriebe bekannt, welches allgemein als Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Axialbewegung bezeichnet wird. Komponenten des bekannten Planetenwälzgetriebes sind eine Gewindespindel mit vorgegebener Gangzahl, eine Anzahl an Planeten, das heißt Wälzkörpern, sowie eine eine Innenprofilierung aufweisende Mutter. Gemäß der
DE 10 2007 015 985 A1 sind Gewindespindeln unterschiedlicher Gangzahl mit denselben Typen von Wälzkörpern kombinierbar. Damit wird ein Bausatz bereitgestellt, welcher zur Herstellung von Planetenwälzgetrieben unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse geeignet ist.
-
Die
EP 0 603 067 B1 offenbart ein Planetenwälzgetriebe, welches in diesem Fall als Gewinderollenmechanismus bezeichnet ist. Die Rollen, das heißt Planeten, des Gewinderollenmechanismus sind mit Hilfe eines Führungskäfigs geführt und kontaktieren zwei ringförmige Halbmuttern, welche in einem Vorspannungsgehäuse angeordnet sind, sodass eine Vorspannung zwischen den Halbmuttern, die insgesamt die Funktion einer Spindelmutter haben, und den Planeten gegeben ist.
-
Weitere Möglichkeiten, Mutterteile eines Planetenwälzgetriebes gegeneinander sowie gegen die Planeten zu verspannen, sind in der
WO 2019/007457 A1 beschrieben. Im Unterschied zu den in der
WO 2019/007457 A1 vorgeschlagenen Lösungen sind im Fall eines in der
DE 10 2019 127 865 A1 offenbarten Planetenwälzgetriebes zwei Mutterteile durch eine nicht zerstörungsfrei lösbare Verbindung gegen gegenseitige Verdrehung gesichert.
-
Verschiedene Varianten von steigungstreuen Planetenwälzgetrieben, teils auch als synchronisierte Planetenwälzgewindetriebe bezeichnet, sind in den Dokumenten
WO 2020/164653 A1 ,
DE 10 2019 103 384 A1 und
DE 10 2019 109 166 A1 beschrieben. 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.
-
Die
DE 10 2019 110 980 A1 beschreibt ein Verfahren zu Montage eines Planetenwälzgetriebes. Im Rahmen dieses Verfahrens werden Planeten in eine Füllöffnungen aufweisende Spindelmutter eingesetzt.
-
Einzelheiten eines mehrere Planeten führenden Käfigs eines Planetenwälzgetriebes sind zum Beispiel in der
DE 10 2019 109 166 A1 beschrieben. Der Käfig dieses Planetenwälzgetriebes umfasst mehrere ringförmige Käfigelemente, die innerhalb einer Spindelmutter gesichert sind.
-
Was mögliche Messsysteme an einem Stellantrieb, der einen Planetenwälzgewindetrieb umfasst, betrifft, wird beispielhaft auf die
DE 10 2019 119 339 A1 hingewiesen. In diesem Fall sind zwei Messsysteme vorgesehen, die miteinander zusammenwirken.
-
Ein Planetenwälzgewindetrieb für eine Hinterachslenkung eines Fahrzeugs ist beispielsweise aus der
DE 10 2018 130 612 A1 bekannt. Im Detail wird in diesem Dokument auf eine Axiallagerung eingegangen, mit welcher eine Mutter des Planetenwälzgewindetriebs gegenüber einem Gehäuse gelagert ist.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Rationalisierungen bei der Herstellung von Planetenwälzgetrieben für unterschiedliche Anwendungen gegenüber dem genannten Stand der Technik zu erzielen, wobei ein möglichst kompakter, robuster Aufbau der Endprodukte, das heißt Planetenwälzgetriebe, angestrebt wird.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein zur Herstellung von steigungstreuen Planetenwälzgetrieben geeignetes Set aus Komponenten nach Anspruch 1. Das Komponentenset umfasst mindestens eine Gewindespindel, eine Anzahl an die Gewindespindel anlegbarer Planeten, mindestens einen zur Führung der Planeten ausgebildeten, als Antriebselement vorgesehenen Käfig, sowie eine Mehrzahl unterschiedlicher, zur Aufnahme der Planeten vorgesehener Spindelmuttern, welche sich hinsichtlich des Spiels, das die zwischen der Gewindespindel und der Spindelmutter befindlichen Planeten aufweisen, voneinander unterscheiden.
-
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass bei Planetenwälzgetrieben, je nach vorgesehener Anwendung, unterschiedliche Idealzustände hinsichtlich des im Planetenwälzgetriebe (PWG) gegebenen Spiels existieren können. Während bei einer ersten Anwendung eine hohe Vorspannung zwischen Spindelmutter und Planeten vorteilhaft sein mag, kann bei einer anderen Anwendung eine geringere Vorspannung oder gar ein Spiel zwischen den Planeten und der Gewindespindel im mechanisch unbelasteten Zustand von Vorteil sein.
-
Derart unterschiedlichen Anforderungen wird durch das Komponentenset nach Anspruch 1 mit einer minimierten Anzahl unterschiedlicher Varianten an Komponenten Rechnung getragen. Lediglich die Spindelmuttern liegen in verschiedenen Varianten vor, wogegen Planeten und Gewindespindel in einheitlicher Form verwendbar sind.
-
Bei der Montage des Planetenwälzgewindetriebes entfällt das Einstellen der Vorspannung zwischen einzelnen Mutterteilen. Stattdessen ist lediglich die geeignete Spindelmutter auszuwählen. Die geringe Teilezahl des Planetenwälzgewindetriebes hat auch den Vorteil besonders kurzer Toleranzketten. Insgesamt ist dank der ungeteilten Spindelmutter ein einfacher, robuster Aufbau des Planetenwälzgetriebes gegeben.
-
Zudem ist durch den einteiligen Aufbau der Spindelmutter eine hohe Steifigkeit gegeben, wobei die Steifigkeit bei Bedarf durch definierte Kerben am Innen- und/oder Auendurchmesser der Spindelmutter beeinflussbar ist. Statt Kerben können auch sonstige Materialschwächungen vorgesehen sein, die sich im mittleren Abschnitt der Spindelmutter, das heißt zwischen den Abschnitten, in welchen die Spindelmutter die Planeten kontaktiert, befinden. Durch diese Materialschwächungen, insbesondere in Form einer oder mehrerer umlaufender Nuten am Innendurchmesser und/oder Außendurchmesser der Spindelmutter, erhält diese eine signifikante, wenn auch geringe elastische Nachgiebigkeit in axialer Richtung.
-
Das zur Herstellung von Planetenwälzgetrieben vorgesehene Komponentenset umfasst beispielsweise drei oder mehr verschiedene Varianten von Spindelmuttern. Hierbei kann eine erste Variante der Spindelmutter zur Herstellung spielbehafteter Kontakte zwischen der Spindelmutter und den Planeten ausgebildet sein. Ebenso können Varianten der Spindelmutter bereitgestellt werden, welche zur Herstellung vorgespannter Kontakte zwischen der Spindelmutter und den Planeten geeignet sind. Schließlich ist die Möglichkeiten gegeben, Spindelmuttern derart auf die Geometrie der übrigen Komponenten des Planetenwälzgetriebes, insbesondere auf die Gewindespindel und die Planeten, abzustimmen, dass sich ein Übergangsspiel zwischen der Spindelmutter und den Planeten ergibt. Unter einem Übergangsspiel wird der an der Grenze zwischen einem Spiel und einer Vorspannung liegende Bereich verstanden.
-
Sämtliche Varianten der Spindelmutter können eine steigungslose Profilierung einheitlicher Teilung aufweisen. Dies bedeutet, dass sowohl innerhalb ein und derselben Spindelmutter eine konstante Teilung, das heißt ein einheitlicher Abstand zwischen den durch die Profilierung gebildeten Rillen, gegeben ist, als auch alle Varianten der Spindelmutter dieselbe Teilung aufweisen.
-
Bei einer möglichen Gestaltung einer derart steigungslos profilierten Spindelmutter sind zwei äußere profilierte Abschnitte der Spindelmutter voneinander beabstandet, wobei der geringste Abstand, welcher zwischen einer Rille der Profilierung des ersten äußeren Abschnitts der Spindelmutter und einer Rille der Profilierung des zweiten äu-ßeren Abschnitts der Spindelmutter gegeben ist, je nach Variante der Spindelmutter unterschiedlich ist. Einfach ausgedrückt bedeutet dies, dass die beiden äußeren profilierten Abschnitte der Spindelmutter je nach Variante unterschiedlich weit voneinander entfernt sind, wobei die Außenabmessungen der Spindelmutter in allen Varianten identisch sein können. Hierbei entspricht die Differenz zwischen dem größten, bei einer ersten Variante der Spindelmutter gegebenen Abstand, welcher in der beschriebenen Art zu messen ist, und dem kleinsten, auf dieselbe Art zu bestimmenden Abstand, welcher bei einer anderen Variante der Spindelmutter vorliegt, beispielsweise mindestens 5% und höchstens 30% der Teilung der Profilierung der Spindelmutter.
-
Die Unterschiede zwischen den verschiedenen Varianten an Spindelmuttern, welche sich in unterschiedlichen Abständen zwischen den - in Axialrichtung betrachteten - am weitesten innenliegenden Rillen der beiden äußeren, profilierten Abschnitte der jeweiligen Spindelmutter ausdrücken, gehen mit unterschiedlich breiten mittleren, typischerweise unprofilierten Abschnitten der einteiligen Spindelmutter einher. Gemäß einer möglichen Variante des Sets an PWG-Komponenten weisen sämtliche in dem Set enthaltene Varianten an Spindelmuttern in ihrem mittleren Abschnitt eine für eine definierte Elastizität sorgende Materialschwächung in Form einer ringförmigen Nut an der Außenumfangsfläche der jeweiligen Spindelmutter auf.
-
Die einteilige, in verschiedenen Varianten zur Verfügung stehende Spindelmutter des Planetenwälzgetriebes dient der Übertragung von Kräften, insbesondere Axialkräften, stellt jedoch weder ein Antriebs- noch ein Abtriebselement des Planetenwälzgetriebes dar. Zur Lagerung der Spindelmutter im Käfig können Wälzlager vorgesehen sein.
-
Ebenso können Wälzlager zur Lagerung des die Spindelmutter umgebenden Käfigs in einer Umgebungskonstruktion vorgesehen sein. Als Wälzlager kommen in beiden Fällen Rollenlager, insbesondere Schrägrollenlager oder Schrägnadellager, in Betracht, wobei die Wälzkörper, das heißt Rollen, entweder auf gesonderten Lagerringen oder direkt auf den betreffenden Komponenten des Planetenwälzgetriebes, das heißt auf Oberflächen der Spindelmutter beziehungsweise des Käfigs, abrollen können.
-
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 ein Planetenwälzgetriebe in einer Schnittdarstellung,
- 2 in schematisierter Darstellung einen das Planetenwälzgetriebe umfassenden elektromechanischen Aktuator, nämlich Linearaktuator einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs,
- 3 bis 5 mögliche Planeten-Spindelmutter-Kombinationen, welche im Planetenwälzgetriebe verwendbar sind.
-
Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Planetenwälzgetriebe ist als steigungstreuer Planetenwälzgewindetrieb (SPWG) ausgeführt. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion eines solchen als SPWG ausgebildeten Gewindetriebs wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.
-
Das Planetenwälzgetriebe 1 umfasst eine Gewindespindel 2 mit einem im vorliegenden Fall eingängigen Gewinde 3. Abweichend hiervon sind auch nicht dargestellte Varianten des Planetenwälzgetriebe 1 mit mehrgängiger Spindel, insbesondere zwei- oder dreigängiger Spindel, realisierbar. Die Mittelachse der Gewindespindel 2 und damit des gesamten Planetenwälzgetriebes 1 ist mit MA bezeichnet. Die Gewindespindel 2 ist von einem als Ganzes drehbaren Gehäuse 4 konzentrisch umgeben, das als Antriebselement des Planetenwälzgetriebes 1 fungiert. Eine Außenverzahnung 5 des Gehäuses 4 ermöglicht dessen Antrieb mit einem in 1 nicht dargestellten Zugmittel. Alternativ könnte ein gesondertes Antriebselement, beispielsweise ein Zahnrad oder ein Kettenrad, mit dem Gehäuse 4 verbunden sein.
-
In der Konstellation nach der 2, die den prinzipiellen Aufbau eines elektromechanischen Fahrwerksaktuators 30 zeigt, handelt es sich bei dem Zugmittel, über welchen das Planetenwälzgetriebe 1 betätigbar ist, um einen Zahnriemen 38, der einem als Untersetzungsgetriebe ausgelegten Riementrieb 39 zuzurechnen ist. Zum Antrieb des Riementriebs 39 ist ein Elektromotor 33 vorgesehen, dessen zur Mittelachse MA parallele Motorwelle mit 34 bezeichnet ist und fest mit einer Riemenscheibe 35 verbunden ist, über die der Zahnriemen 38 umläuft. Mittel zur Lagerung des drehbaren Gehäuses 4 in einer Umgebungskonstruktion sind in 2 nicht dargestellt. Die Gewindespindel 2 ist über ein Gelenk 36 mit einem weiteren Fahrwerkselement 37 gekoppelt. Bei dem Aktuator 30 handelt es sich um einen Teil einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs. Ebenso ist der elektromechanische Aktuator 30 zur Verwendung in einer Vorderachslenkung eines Fahrzeugs geeignet.
-
Das drehbar im Aktuator 30 gelagerte Gehäuse 4, dessen Außenverzahnung 5 sich in einem eingeschnürten Gehäusebereich 7 befindet, ist einem Käfig 6 des Planetenwälzgetriebes 1 zuzurechnen. Der Käfig 6 umfasst weiter zwei Mitnehmerflansche 9, welche drehfest mit jeweils einem zylindrischen Gehäuseabschnitt 8 ohne Verzahnung verbunden sind. Die Mitnehmerflansche 9 wiederum sind mit Planetenabstandshaltern 10, die ebenfalls eine Ringform haben, verbunden. Ferner sind dem Käfig 6 zwei Scheiben 11 an seinen Stirnseiten zuzurechnen.
-
In dem Käfig 6 ist eine Mehrzahl an Planeten 12 geführt. Die Planeten 12 weisen eine profilierte und gestufte Form auf. Hierbei ist der größte Durchmesser eines jeden Planeten 12 im Bereich seines mit 13 bezeichneten mittleren Abschnitts gegeben. Eine mit 14 bezeichnete Profilierung des mittleren Abschnitts 13 des Planeten 12 weist eine Teilung P14 auf, die der mit P3 bezeichneten Steigung des Gewindes 3 entspricht. Im Gegensatz zum Gewinde 3 der Gewindespindel 2 ist die Profilierung 14 steigungslos ausgebildet. Die Planeten 12 kontaktieren die Gewindespindel 2 ausschließlich mit ihren mittleren Abschnitten 13.
-
An den mittleren Abschnitt 13 schließen sich beidseitig äußere Abschnitte 15 des Planeten 12 an, welche eine äußere Profilierung 16 aufweisen. Entsprechend der Profilierung 14 im mittleren Abschnitt 13 ist auch die äußere Profilierung 16 in Form steigungsloser Rillen ausgebildet. Die Teilung der äußeren Profilierung 16 ist mit P16 bezeichnet und stimmt nicht notwendigerweise mit der Teilung P14 überein, welche im mittleren Abschnitt 13 des Planeten 12 gegeben ist.
-
Die äußeren Profilierungen 16 des Planeten 12 kämmen mit einer Profilierung 20 einer Spindelmutter 17, 31, 32. Die Teilung der Profilierung 20 der Spindelmutter 17, 31, 32 ist mit P20 bezeichnet und entspricht der Teilung P16 der äußeren Profilierungen 16 des Planeten 12. Durch die Profilierung 20 gebildete Rillen an der Innenumfangsfläche der Spindelmutter 17, 31, 32 sind mit 21 bezeichnet. Die Profilierung 20 ist ausgebildet an äußeren, profilierten Abschnitten 19 der Spindelmutter 17, 31, 32. Axial zwischen den äußeren Abschnitten 19 befindet sich ein mittlerer, unprofilierter Abschnitt 18 der Spindelmutter 17, 31, 32. Im mittleren Abschnitt 18 ist kein Kontakt zwischen der Spindelmutter 17, 31, 32 und dem Planeten 12 gegeben. An der Außenumfangsfläche des mittleren Abschnitts 18 befindet sich eine in den 3 bis 5 erkennbare Ringnut 40, welche allgemein als Materialschwächung bezeichnet wird und für eine definierte Elastizität der Spindelmutter 17, 31, 32 in deren Axialrichtung sorgt.
-
Die Spindelmutter 17, 31, 32 ist mit Hilfe zweier innerer Wälzlager 22, im vorliegenden Fall zweier Axialrollenlager, im Käfig 6 gelagert. Die inneren Wälzlager 22 weisen jeweils einen mutterseitigen Lagerring 23 und einen käfigseitigen Lagerring 24 auf. Wälzkörper 25, das heißt Rollen, des inneren Wälzlagers 22 sind in einem Käfig 26 geführt. In nicht dargestellter, modifizierter Ausführungsform könnten die Wälzkörper 25 statt auf den Lagerringen 23, 24 auch unmittelbar auf Oberflächen der Spindelmutter 17, 31, 32 und/oder des Käfigs 6, insbesondere des Mitnehmerflansches 9, abrollen. In jedem Fall sind die Wälzlager 22 innerhalb des Käfigs 6 angeordnet.
-
Außenseitig befinden sich am Käfig 6 zwei äußere Wälzlager 27, die im vorliegenden Fall als Schrägrollenlager ausgebildet sind. Die äußeren Wälzlager 27 weisen käfigseitige Lagerringe 28 auf, die im vorliegenden Fall jeweils einen Mitnehmerflansch 9 und zugleich eine Scheibe 11 kontaktieren, sowie äußere Lagerringe 29, die ein nicht dargestelltes Umgebungsbauteil, das heißt Aktuatorgehäuse, kontaktieren.
-
Die in den 3 bis 5 skizzierten Planeten-Spindelmutter-Kombinationen unterschieden sich ausschließlich hinsichtlich der Spindelmutter 17, 31, 32 voneinander. Die Spindelmutter 17 nach 3 ermöglicht eine spielbehaftete Anordnung der Planeten 12 in der Spindelmutter 17. Der Abstand zwischen den beiden am weitesten innenliegenden, das heißt am wenigsten vom mittleren Abschnitt 18 beabstandeten Rillen 21 der äußeren Abschnitte 19, ist mit d19a bezeichnet.
-
In der Variante nach 5 ist dieser zwischen den am weitesten innen liegenden Rillen 21 der beiden äußeren Abschnitte 19 zu messende Abstand maximal und mit d19c bezeichnet. Der im Vergleich zur Spindelmutter 17 nach 3 vergrößerte Abstand d19c der Spindelmutter 32 nach 5 sorgt dafür, dass beim Einfügen der Planeten 12 in die Spindelmutter 32 eine Vorspannung entsteht. Aufgrund der Gestalt der Profilierungen 16, 20 werden durch diese Vorspannung die Planeten 12 in Radialrichtung, bezogen auf die Mittelachse MA, gegen die Gewindespindel 2 gedrückt.
-
In der Konstellation nach 4 kommt eine Spindelmutter 31 zum Einsatz, bei welcher der Abstand zwischen den am nächsten beieinanderliegenden Rillen 21 der verschiedenen äußeren Abschnitte 19 mit d19b bezeichnet ist und betragsmäßig zwischen dem Abstand d19a und dem Abstand d19c liegt. Was das Spiel der Planeten 12 betrifft, ist damit ein Übergangsbereich zwischen der spielbehafteten Anordnung nach 3 und der vorgespannten Anordnung nach 5 gegeben. Sämtliche Spindelmutter-Planeten-Kombinationen nach den 3 bis 5 sind für die wahlweise Verwendung im Planetenwälzgetriebe 1 nach 1 geeignet.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Planetenwälzgetriebe
- 2
- Gewindespindel
- 3
- Gewinde
- 4
- Gehäuse
- 5
- Außenverzahnung des Gehäuses
- 6
- Käfig
- 7
- eingeschnürter Bereich des Gehäuses
- 8
- zylindrischer Gehäuseabschnitt ohne Verzahnung
- 9
- Mitnehmerflansch
- 10
- Planetenabstandshalter
- 11
- Scheibe
- 12
- Planet
- 13
- mittlerer Abschnitt des Planeten
- 14
- Profilierung des mittleren Abschnitts des Planeten
- 15
- äußerer Abschnitt des Planeten
- 16
- äußere Profilierung des Planeten
- 17
- Spindelmutter
- 18
- mittlerer, unprofilierter Abschnitt der Spindelmutter
- 19
- äußerer, profilierter Abschnitt der Spindelmutter
- 20
- Profilierung der Spindelmutter
- 21
- Rille der Spindelmutter
- 22
- inneres Wälzlager
- 23
- mutterseitiger Lagerring des inneren Wälzlagers
- 24
- käfigseitiger Lagerring des inneren Wälzlagers
- 25
- Wälzkörper des inneren Wälzlagers
- 26
- Käfig des inneren Wälzlagers
- 27
- äußeres Wälzlager
- 28
- käfigseitiger Lagerring des äußeren Wälzlagers
- 29
- äußerer Lagerring des äußeren Wälzlagers
- 30
- Aktuator
- 31
- modifizierte Spindelmutter
- 32
- modifizierte Spindelmutter
- 33
- Elektromotor
- 34
- Motorwelle
- 35
- Riemenscheibe
- 36
- Gelenk
- 37
- Fahrwerkselement
- 38
- Zahnriemen
- 39
- Riementrieb
- 40
- Materialschwächung, Nut
- d19a
- Abstand zwischen den am weitesten innen liegenden, das heißt am nächsten am unprofilierten Abschnitt 18 liegenden Rillen 21 der beiden äußeren, profilierten Abschnitte 19 der Spindelmutter
- d19b, d19c
- wie d19a, jedoch bei modifizierter Spindelmutter
- MA
- Mittelachse
- P3
- Steigung der Gewindespindel
- P14
- Teilung der Profilierung des mittleren Abschnitts des Planeten
- P15
- Teilung der Profilierung des äußeren Abschnitts des Planeten
- P20
- Teilung der Profilierung der Spindelmutter
