WO2012013378A1 - Planetenlagerung für einen planetentrieb, planetentrieb mit der planetenlagerung und antriebseinheit mit dem planetentrieb - Google Patents

Planetenlagerung für einen planetentrieb, planetentrieb mit der planetenlagerung und antriebseinheit mit dem planetentrieb Download PDF

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planetary
planet
bearing
drive
gear
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Tomas Smetana
Fritz Wiesinger
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Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the invention relates to a planetary bearing for supporting a planetary gear on a planetary pin with at least one planetary roller bearing of at least one row circumferentially about the axis of rotation of Planetenxxlzlagers arranged rolling elements, which are arranged radially between the planetary pin and the planetary gear.
  • DE198 41 159 A1 shows a drive unit with an electric motor and with a differential. With the differential torques and speeds can be distributed to two driven by the electric motor output shafts.
  • the drive shaft is provided at the end with a toothing.
  • the toothing is formed on a sun gear of the planetary drive.
  • the sun gear is engaged with planetary gears of the planetary drive.
  • the planet gears are supported against a toothing of a ring gear.
  • the toothing of the ring gear is stationary and not rotatably supported about the drive rotation axis of the sun or the rotor shaft of the electric motor rotatably on the housing of the drive unit.
  • the planet gears are mounted on planet pins.
  • the planet pins are seated in a planet carrier which is at the same time a differential cage of a differential arranged coaxially with the drive motor.
  • the planetary gears rotate on a circular path at a radial distance to the drive rotation axis about the drive rotation axis.
  • the differential is a classic bevel gear differential.
  • the differential cage is the sum shaft of the differential, at which the highest torques are applied, which are distributed in the differential to two differential shafts called output shafts.
  • differential cage is rotatable relative to the rotor shaft about the drive rotation axis and concentric with the axes of rotation of the output shafts and relative to the housing fixedly mounted in the housing.
  • Compensating bevel gears are rotatably mounted in the differential basket and engage with axle-shaft gears.
  • the axle-shaft gears are torque-resistant connected to the output shafts.
  • the sun gear is rotated by means of the drive shaft in rotation about the drive rotation axis.
  • This drives the planet gears meshing with the sun gear.
  • the planetary gears roll and support in meshing engagement with the teeth of the ring gear on the ring gear, so that the planet carrier, so the basket of the differential, is set in motion, whereby through the differential in a known manner torques or speeds to the output shafts be split.
  • Planet wheels are usually mounted with rolling bearings rotatably mounted on planet pins.
  • the bolts orbit in orbits about the axis of rotation of the sun gear.
  • the rolling elements of the rolling bearings are balls, needles or rollers. Needles are rollers with a roller length to roller diameter ratio> 2.5.
  • Full roll sets are roller bearings in which the rolls without spacers are lined up in the circumferential direction.
  • Such rolling bearings are inexpensive to manufacture, since only the number of rolling elements is required for this. These However, bearings are not suitable for use at high speeds, since the rolling elements collide and rub against each other.
  • the rollers In bearings with high speeds, the rollers are held in cages to each other at a distance.
  • the cages and the rolling elements are exposed to the highest requirements, since in addition to the high speeds also centrifugal forces act on the bearing.
  • the centrifugal forces arise during orbit of the planets in an orbit about the axis of rotation.
  • the strength and accuracy of the execution of the bearings are high. Accordingly, these rolling bearings are expensive.
  • the criterion for the choice of lubricants or the speed limits of a rolling bearing is the diameter / speed characteristic value.
  • This characteristic value is also referred to as speed characteristic value in the description of the technical basics in chapter "Lubrication" in the January 2006 catalog HR1 of Schaeffler KG
  • this characteristic value is a value which is used, for example, for selecting the grease depending on load and speed.
  • the limit values for this characteristic range from 350 000 to 600 000 depending on the bearing type The value is important on the one hand for the life of the lubricant and thus for the life of the rolling bearing.
  • the object of the invention is therefore to provide a planetary bearing for planetary gears, in particular for planetary gears in independent electric motor driven drive units for motor vehicles, which has grown to the special requirements at high speeds of the planet.
  • the object is solved according to the subject of claim 1.
  • the invention provides that the planet pin is mounted on at least one side with at least one rolling bearing of at least one row of circumferentially arranged rolling elements in a planet carrier.
  • the term "at least one-sided” refers to the one-sided bearing of planetary pins on a planetary carrier. The other end of the planetary pin is not supported radially.
  • As planetary carrier all components are designated, which are suitable to take planetary pin with planetary gears.This can disc-shaped, hollow cylindrical and basket-like components that are provided only as planet carrier or that are also in engagement or in operative connection with other functional elements, such as components of clutches.
  • An embodiment of the invention provides that the planet pin is mounted on both sides and preferably on both sides, each with at least one rolling bearing.
  • Rolling bearings are single or multi-row with balls or rollers or a mixture of balls and rollers.
  • Multi-row means that at least two rows of rolling elements of the respective roller bearing are arranged radially concentrically to one another and / or at least two rows of rolling elements are arranged in the axial direction next to one another about the same axis of rotation.
  • An embodiment of the invention provides that the planetary pin in at least a first region has a different diameter than in a second region, wherein the planetary pin is mounted on the first region by means of the rolling bearing in the planet carrier and wherein the planet gear by means of Planetenxxlzlagers stored on the second region is.
  • the diameter of the first outer cylindrical portion is preferably smaller than the diameter of the second outer cylindrical portion.
  • the invention also relates to a planetary drive with at least one sun gear and planetary gears, which mesh with the sun, and with a planet carrier, on the planet pins according to the invention mit- respectively Tels bearings are stored.
  • the invention also relates to a drive unit with at least one electric motor and a differential, in which at least one planetary drive according to the invention is arranged between the electric motor and the differential, wherein the electric motor and the differential are operatively connected to each other via the planetary drive.
  • the invention is particularly suitable for these drive units, since electric motors themselves have high drive speeds, so that depending on the design of the transmission in the individual planetary bearings high speeds are to be expected.
  • the advantage of this invention is the improvement in the efficiency of the planetary bearings and thus the planetary drive.
  • the effort for the lubrication of the individual bearings can be reduced because the speeds in the individual bearings are lower.
  • Such an arrangement makes it possible to realize new transmission concepts that were not possible due to previous speed limits for planetary bearings.
  • the planetary pin will rotate due to the bearing with rolling bearings in the carrier. This halves the relative speed in the bearing points of the planetary storage approximately. The limit speeds of the bearings are reduced and thus the speed characteristics lower.
  • FIG. 1 shows an independent drive unit 31, for example, for a vehicle axle, not shown, with an electric motor 35, a differential 32 and a planetary drive 1 according to the invention, shown schematically simplified.
  • FIG. 2 shows an embodiment of a planetary drive 1, as shown schematically in FIG. 1, in an overall view.
  • FIGS. 3 to 5 show the detail Z from FIG. 1 in longitudinal sections through various embodiments of planetary bearings 24, 25 or 26 of the planetary drive 1 along the axis of rotation 3 of the planet pins 5 or 23.
  • 1 shows the drive unit 31 with an electric motor 35, with a differential 32 and the planetary drive 1.
  • the planetary drive 1 connects a spur gear 33 with the rotor shaft 34 of the electric motor 35 by way of a gear.
  • the sun gear 36 is connected to a drive shaft 37 which is coupled to the rotor shaft 34.
  • the planet gears 4 are also in mesh with a ring gear 38 and are mounted on planet pins 5 or 23.
  • the ring gear 38 can be braked or non-rotatably adjustable by means of a brake 47 with respect to a housing (not shown) of the drive unit or its surrounding construction.
  • the planet pins 5 or 23 are rotatably mounted on one or two planet carriers 2.
  • a clutch 46 can be engaged and disengaged.
  • the planet carrier 2 is coupled to an output shaft 39, on which the spur gear 33 is seated.
  • the spur gear 33 meshes with a spur gear 40, which sits on the formed as a sum shaft housing 41 of the differential 32.
  • the differential 32 is designed as a classic bevel gear differential with differential bevel gears 42 and axle bevel gears 43.
  • the axle bevel gears 43 are the differential shafts to which the torques applied to the sum shaft are divided, and are connected to, for example, wheel drive shafts 45 of a vehicle axle.
  • the axes of rotation 3 of the rotor shaft and the axis of rotation 44 of the sum shaft are aligned parallel to each other. However, it is also conceivable that these axes of rotation are viewed at right angles in the image plane or aligned coaxially with each other.
  • FIG. 2 shows the planetary drive 1, which is formed from two planetary carriers 2 and from three planetary gears 4 arranged at a radial distance from the axis of rotation 3.
  • the planet carrier 2 are mutually identical sheet metal forming elements which are fastened together with rivets 48.
  • the planetary gears 4 are arranged axially on planet pins 5 or 23.
  • a ⁇ lshielei- be 6 is attached.
  • FIG. 3 shows a planet bearing 24 for supporting a planet wheel 4 in detail.
  • the planetary gear 4 is mounted on the planet pin 5 by means of a planetary roller bearing 7.
  • the Planetenxxlzlager 7 is mounted from two axially juxtaposed on the planetary pin 5 rows circumferentially about the rotational axis 3 of the planetary bearing 24 mutually arranged rolling elements 7a in the form of rollers or needles.
  • the rolling elements 7a each one row are guided by means of a cage 8 radially between the planet shaft 5 and the planetary gear 4 and circumferentially held each other at a distance. It is alternatively conceivable that the rolling bearing is full-complemented, i. without cage, is executed.
  • the inner race 9 of the rolling elements 7a is formed directly on the surface of the planetary pin 5.
  • the outer race 10 of the rolling elements 7a is formed inside directly on the wall of an inner cylindrical hole 11 of the respective planetary gear 4.
  • the rolling bearing also has an inner ring and / or outer ring in addition to the rolling elements.
  • the planetary pin 5 is mounted on both sides, each with a roller bearing 12 in each one of the planet carrier 2.
  • the rolling bearing 12 is a ball bearing from a series of circumferentially arranged to each other rolling elements 12 a.
  • the inner race of the balls is introduced as a ball groove 13 directly into the planetary pin 5.
  • the outer race 14 is formed on a separate bearing ring 15 of the rolling bearing 12.
  • the rolling elements 12a of a row of a roller bearing 12 are guided together in a ball cage 16.
  • Each of the planet carrier 2 has a cup-shaped axial recess 17, each with a cylindrical seat 17a, in each of which a bearing ring 15 of the respective roller bearing 12 is seated.
  • the bearing ring 15 is secured for example by a press fit or axially to one side with a board 17b, alternatively one or both sides with a securing element, held in the seat.
  • FIG. 4 shows an alternative planetary bearing 25 for supporting a planetary gear 4 in detail.
  • the planetary gear 4 is mounted on the planet pin 23 by means of a planetary roller bearing 7.
  • the Planetensky 7 is mounted from two axially juxtaposed on the planet pins 23 rows on the receiving side about the rotation axis 3 of the planetary bearing 25 mutually arranged rolling elements 7a in the form of rollers or needles.
  • the rolling elements 7a each of a row are guided by means of a cage 8 radially between the planet pins 23 and the planetary gear 4 and circumferentially held each other at a distance.
  • the inner race 9 of the rolling elements 7a is formed directly on the surface of the planet pin 23.
  • the outer race 10 of the rolling elements 7a is formed inside directly on the wall of an inner cylindrical hole 11 of the respective planetary gear.
  • the planet pin 23 is mounted on both sides, each with a rolling bearing 18 in each one of the planet carrier 2.
  • the roller bearing 18 is a roller bearing in the execution of a needle bearing from a series circumferentially arranged to each other rolling elements 18a in the form of needles and a needle sleeve 19.
  • the planetary pin 23 is stepped in diameter and therefore has on both sides at a first portion 23a a cylindrical portion on, on which the inner race 22 of the needles is formed, and which is smaller in diameter than a second region 23b, on which the rolling bodies 7a run.
  • the outer race 20 is formed on the needle sleeve 19.
  • the rolling elements 18a of one row of a roller bearing 18 are guided together in a needle cage 21.
  • Each of the planet carrier 2 has a cup-shaped axial recess 17, each having a cylindrical seat 17a, in each of which one of the needle sleeves 19 of the respective bearing is seated.
  • the needle sleeve 19 is secured for example by a press fit or axially to one side with a board 17b, alternatively one or both sides with a securing element, held in the seat.
  • FIG. 5 shows an alternative planetary bearing 26 for supporting a planetary gear 4 in detail.
  • the planetary gear 4 is mounted on the planet pin 23 by means of a planetary roller bearing 7.
  • the Planetensky 7 is mounted from two axially juxtaposed on the planet pins 23 rows on the receiving side around the rotation axis 3 of the planetary bearing 26 to each other arranged rolling elements 7a in the form of rollers or needles.
  • the rolling elements 7a each of a row are guided by means of a cage 8 radially between the planet pins 23 and the planetary gear 4 and circumferentially held each other at a distance.
  • the inner race 9 of the rolling elements 7a is formed directly on the surface of the planet pin 23.
  • the outer race 10 of the rolling elements 7a is formed inside directly on the wall of an inner cylindrical hole 11 of the respective planetary gear.
  • the planet pin 23 is mounted on both sides, each with a rolling bearing 28 in each one of the planet carrier 2.
  • the roller bearing 28 is a roller bearing in the execution of a Nadeliagers from a series circumferentially arranged to each other rolling elements 28a in the form of needles and a needle sleeve 27.
  • the planetary pin 23 is stepped in diameter and therefore has on both sides at a first portion 23a a cylindrical portion on, on which the inner race 22 of the needles is formed, and which is smaller in diameter than a second region 23b, on which the rolling bodies 7a run.
  • the outer race 20 is formed on the needle sleeve 27.
  • the rolling elements 28 a of a row of a roller bearing 28 are guided together in a needle cage 21.
  • Each of the planet carrier 2 has in each case a cylindrical seat 17a, in each of which one of the needle sleeves 27 of the respective bearing is seated.
  • the needle sleeve 27 has a radially extending edge 29 with an annular surface 29a with which the needle sleeve 27 is axially secured in the respective carrier 2.
  • the annular surface 29a is also an axial stop for the planetary gear 4, can be dispensed by a separate Axialanmoorcase.
  • the needle sleeve 27 has a rotationally symmetrical collar 30 a on which the Olstauefficiency 6 is fixed.

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Planetenlagerung (24, 25, 26) zur Lagerung eines Planetenrades (4) auf einem Planetenbolzen (5, 23) mit wenigstens einem Planetenwälzlager (7) aus mindestens einer Reihe umfangsseitig um die Rotationsachse (3) des Planetenwälzlagers (7) zueinander angeordneter Wälzkörper (7a), die radial zwischen dem Planetenbolzen (5, 23) und dem Planetenrad (4) angeordnet sind.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Planetenlagerung für einen Planetentrieb, Planetentrieb mit der Planetenlagerung und Antriebseinheit mit dem Planetentrieb
Beschreibung
Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft eine Planetenlagerung zur Lagerung eines Planetenrades auf einem Planetenbolzen mit wenigstens einem Planetenwälzlager aus mindestens einer Reihe umfangsseitig um die Rotationsachse des Planetenwälzlagers zueinander angeordneter Wälzkörper, die radial zwischen dem Planetenbolzen und dem Planetenrad angeordnet sind.
Hintergrund der Erfindung
DE198 41 159 A1 zeigt eine Antriebseinheit mit einem Elektromotor und mit einem Differenzial. Mit dem Differenzial sind Drehmomente und Drehzahlen auf zwei durch den Elektromotor angetriebene Abtriebswellen verteilbar. Ein Planetentrieb zwischen der als Rotorwelle bezeichneten Antriebswelle und dem Differenzial geschaltet, so dass die Leistung vom Elektromotor zum Differenzial über den Planetentrieb fließt. Dazu ist die Antriebswelle endseitig mit einer Verzahnung versehen. Die Verzahnung ist an einem Sonnenrad des Planetentriebs ausgebildet. Das Sonnenrad steht im Eingriff mit Planetenrädern des Planetentriebs. Die Planetenräder stützen sich gegen eine Verzahnung eines Hohlrads ab. Die Verzahnung des Hohlrads ist ortsfest und nicht um die Antriebs rotati- onsachse der Sonne bzw. des Rotorwelle des Elektromotors drehbar am Gehäuse der Antriebseinheit abgestützt. Die Planetenräder sind auf Planetenbol- zen gelagert. Die Planetenbolzen sitzen in einem Planetenträger, der gleichzeitig Differenzialkorb eines koaxial zu dem Antriebsmotor angeordneten Differen- zials ist. Die Planetenräder laufen auf einer Kreisbahn mit radialen Abstand zur Antriebsrotationsachse um die Antriebsrotationsachse um. Das Differenzial ist ein klassisches Kegelraddifferenzial, Der Differenzialkorb ist die Summenwelle des Differenzials, an der die höchsten Drehmomente anliegen, die im Differenzial auf zwei als Abtriebswellen bezeichnete Differenzwellen verteilt werden. Alternativ werden über die Abtriebswellen ins Differenzial eingebrachte Drehmomente an der Summenwelle wieder zusammengeführt. Der Differenzialkorb ist relativ zu der Rotorwelle um die Antriebsrotationsachse und konzentrisch zu den Rotationsachsen der Abtriebswellen drehbar und dazu relativ zu dem Gehäuse ortsfest in dem Gehäuse gelagert. In dem Differenzial- korb sind Ausgleichskegelräder drehbar gelagert und stehen mit Achswellenrädern im Eingriff. Die Achswellenräder sind drehmomentfest mit den Abtriebswellen verbunden.
Zum Antrieb der Abtriebswellen wird das Sonnenrad mittels der Antriebswelle in Drehung um die Antriebsrotationsachse versetzt. Damit werden die mit dem Sonnenrad im Eingriff stehenden Planetenräder angetrieben. Die Planetenräder wälzen und stützen sich im Zahneingriff mit der Verzahnung des Hohlrades an dem Hohlrad ab, so dass der Planetenträger, also der Korb des Differenzials, in Bewegung versetzt wird, wobei durch das Differenzial in bekannter Wei- se Drehmomente bzw. Drehzahlen auf die Abtriebswellen aufgeteilt werden.
Planetenräder sind in der Regel mit Wälzlagern drehbar auf Planetenbolzen gelagert. Die Bolzen kreisen auf Umlaufbahnen um die Rotationsachse des Sonnenrades. Die Wälzkörper der Wälzlager sind Kugeln, Nadeln oder Rollen. Nadeln sind Rollen mit einem Verhältnis von Rollenlänge zum Durchmesser der Rolle > 2,5.
In Lagerstellen für Planetenrädern mit hohen Belastungen und relativ niedrigen Drehzahlen werden häufig sogenannte Vollrollensätze eingesetzt. Vollrollensät- ze sind Wälzlager, in denen die Rollen ohne Abstandshalter in Umfangsrich- tung aneinander gereiht sind. Derartige Wälzlagerungen sind kostengünstig herzustellen, da für diese nur die Anzahl an Wälzkörpern benötigt wird. Diese Lagerungen sind jedoch für den Einsatz bei hohen Drehzahlen nicht geeignet, da die Wälzkörper aufeinander prallen und aneinander reiben.
In Lagerstellen mit hohen Drehzahlen sind die Rollen in Käfigen zueinander auf Abstand gehalten. Die Käfige und die Wälzkörper sind höchsten Anforderungen ausgesetzt, da außer den hohen Drehzahlen auch noch Fliehkräfte auf die Lagerstelle wirken. Die Fliehkräfte entstehen beim Umlauf der Planeten auf einer Umlaufbahn um die Rotationsachse. Die Festigkeit und Genauigkeit der Ausführung der Lager sind hoch. Dementsprechend sind diese Wälzlager teuer.
Beurteilungskriterium für die Wahl der Schmierstoffe bzw. für Drehzahlgrenzen eines Wälzlagers ist der Durchmesser-Drehzahl-Kennwert Dieser Kennwert wird im Katalog HR1 der Schaeffler KG vom Januar 2006 in der Beschreibung der technischen Grundlagen im Kapitel„Schmierung" auch als Drehzahlkenn- wert bezeichnet und ist das Produkt aus Drehzahl und Teilkreisdurchmesser und ist außerdem abhängig vom Lagertyp. Dieser Kennwert ist ein Wert, der z.B. für die Auswahl des Schmierfettes in Abhängigkeit von Belastung und Drehzahl hinzugezogen wird. Die Grenzwerte für diesen Kennwert liegen je nach Lagertyp zwischen 350 000 und 600 000. Der Wert ist einerseits wichtig für die Lebensdauer des Schmierstoffes und damit für die Lebensdauer Wälzlagers.
Die Reibung innerhalb eines Wälzlagers ist unter anderem auch abhängig von der Belastung, den Temperaturen, der Drehzahl und von der Viskosität des Schmierstoffes. Im Fachbuch „Wälzlagerpraxis" Brändlein, Eschmann et al, Herausgegeben von Vereinigte Fachbuchverlage GmbH Ausgabe 1995, ist dazu im Kapitel„Reibung, Temperatur und Schmierung" auf Seite 210 ausgeführt:„Der Widerstand, den ein Wälzlager seiner Drehung entgegensetzt, setzt sich aus der Rollreibung, der Gleitreibung und der Schmierstoffreibung zusam- men." Weiter heißt es:„Bedeutung erhält die Reibung dadurch, dass sie die im Lager entstehende Wärme bestimmt und so die Temperatur der Lagerteile und des Schmierstoffs beeinflusst." Auf Seite 213 heißt es dazu im gleichen Kapitel weiter:„Die Schmierstoffreibung in einem Wälzlager setzt sich aus der inneren Reibung des Schmierstoffs an den Kontaktstellen und der bei Schmierstoff- überschuss und höheren Drehzahlen auftretenden Plansch- und Walkarbeit zusammen. Die gesamte Schmierstoffreibung hängt in erster Linie von der Menge und Zähigkeit des Schmierstoffs ab. ...Bei kleineren Drehzahlen ist sie im allgemeinen gering. Sie erhöht sich jedoch in Abhängigkeit von der Ölvisko- sität bzw. der Fettkonsistenz mit wachsender Drehzahl deutlich."
Demnach sind die maximalen Drehzahlen, mit denen ein Wälzlager betrieben werden kann, auch von der Wahl des Schmierstoffes abhängig. Je höher die Anforderungen an die Gebrauchsdauer bei hohen Drehzahlen sind, umso höher sind auch die Kosten für die einzusetzenden Schmierstoffe. Darüber hinaus können sich in einem System, wie in einem Getriebe, in dem verschiedene Schmierstellen aus einem gemeinsamen Schmierstoffreservoir versorgt werden, von Schmierstelle, z.B. Wälzlager, zu Schmierstelle, z.B. Zahneingriff, unterschiedliche Anforderungen an die Zusammensetzung des Schmierstoffs bzw. an dessen Additive ergeben, so dass bei der Wahl der Schmierstoffe Kompromisse eingegangen werden müssen, die beispielsweise zu häufigem Ölwechsel führen können. In Planetentrieben elektromotorisch angetriebener Einheiten können Planetenräder mit Drehzahlen bis zu 20 000 U/min drehen. Die Auslegung der Planetenlagerstellen stellt deshalb für den Fachmann eine besondere Herausforderung dar. Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Planetenlagerung für Planetentriebe, insbesondere für Planetentriebe in unabhängigen elektromotorisch betriebenen Antriebseinheiten für Kraftfahrzeuge, zu schaffen, die den besonde- ren Anforderungen bei hohen Drehzahlen der Planeten gewachsen ist.
Die Aufgabe ist nach dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die Erfindung sieht vor, dass der Planetenbolzen wenigstens einseitig mit mindestens einem Wälzlager aus wenigstens einer Reihe umfangsseitig zueinander angeordneter Wälzkörper in einem Planetenträger gelagert ist. Die Formulierung„wenigstens einseitig" bezieht sich auf die einseitige Lagerung von Pla- netenbolzen an einem Planetenträger. Das andere Ende des Planetenbolzens ist radial nicht unterstützt. Als Planetenträger sind alle Bauteile bezeichnet, die geeignet sind Planetenbolzen mit Planetenrädern aufzunehmen. Das können scheibenförmige, hohlzylindrische und korbartige Bauteile sein, die nur als Planetenträger vorgesehen sind oder die auch mit anderen Funktionselementen, wie zum Beispiel Bauelementen von Kupplungen, im Eingriff oder in Wirkverbindung stehen.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Planetenbolzen beidseitig und vorzugsweise beidseitig mit jeweils mindestens einem Wälzlager gelagert ist.
Wälzlager sind ein- oder mehrreihig mit Kugeln oder Rollen oder aus einer Mischung von Kugeln und Rollen. Mehrreihig heißt, dass wenigsten zwei Reihen Wälzkörper des jeweiligen Wälzlagers radial konzentrisch zueinander und/oder wenigstens zwei Reihen Wälzkörper in axialer Richtung nebeneinander um die gleiche Rotationsachse angeordnet sind.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Planetenbolzen in wenigstens einem ersten Bereich einen anderen Durchmesser aufweist als in einem zweiten Bereich, wobei der Planetenbolzen am ersten Bereich mittels des Wälzlagers im Planetenträger gelagert ist und wobei das Planetenrad mittels des Planetenwälzlagers auf dem zweiten Bereich gelagert ist. Der Durchmesser des ersten außenzylindrischen Bereichs ist vorzugsweise kleiner als der Durchmesser des zweiten außenzylindrischen Bereichs.
Die Erfindung betrifft auch einen Planentrieb mit wenigstens einem Sonnenrad und mit Planetenrädern, die mit der Sonne im Zahneingriff stehen, und mit einem Planetenträger, an dem Planetenbolzen gemäß der Erfindung jeweils mit- tels Wälzlagern gelagert sind. Die Erfindung betrifft außerdem eine Antriebseinheit mit wenigstens einem Elektromotor und einem Differenzial, in dem wenigstens ein Planetentrieb gemäß Erfindung zwischen dem Elektromotor und dem Differenzial angeordnet ist, wobei der Elektromotor und das Differenzial über den Planetentrieb miteinander wirkverbunden sind. Die Erfindung ist insbesondere für diese Antriebseinheiten geeignet, da Elektromotoren selbst hohe Antriebsdrehzahlen aufweisen, so dass je nach Ausführung des Getriebes in den einzelnen Planetenlagerungen hohe Drehzahlen zu erwarten sind. Der Vorteil dieser Erfindung liegt in der Verbesserung des Wirkungsgrades der Planetenlagerungen und damit des Planetentriebs. Der Aufwand für die Schmierung der einzelnen Lagerstellen kann reduziert werden, da die Drehzahlen in den einzelnen Wälzlagern geringer werden. Eine derartige Anordnung ermöglicht es, neue Getriebekonzepte zu verwirklichen, die aufgrund bisheriger Drehzahlgrenzen für Planetenlagerungen noch nicht möglich waren. Im Betrieb des Planetentriebs wird der Planetenbolzen aufgrund der Lagerung mit Wälzlagern im Träger mitrotieren. Dadurch halbiert sich die Relativdrehzahl in der Lagerstellen der Planetenlagerung in etwa. Die Grenzdrehzahlen der Lagerstellen werden reduziert und damit die Drehzahlkennwerte niedriger.
Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine unabhängige Antriebseinheit 31 , beispielsweise für eine nicht dargestellte Fahrzeugachse mit einem Elektromotor 35, einem Differenzial 32 und mit einem erfindungsgemäßen Planetentrieb 1 , vereinfacht schematisch dargestellt. Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Planetentriebs 1 , wie einen in Figur 1 schematisch dargestellten, in einer Gesamtansicht. Die Figuren 3 bis 5 das Detail Z aus Figur 1 in Längsschnitten durch ver- schiedene Ausführungsformen von Planetenlagerungen 24, 25 oder 26 des Planetentriebs 1 entlang der Rotationsachse 3 der Planetenbolzen 5 oder 23. Figur 1 zeigt die Antriebseinheit 31 mit einem Elektromotor 35, mit einem Diffe- renzial 32 und dem Planetentrieb 1. Der Planetentrieb 1 verbindet ein Stirnrad 33 mit der Rotorwelle 34 des Elektromotors 35 getrieblich. Dazu stehen die Planetenräder 4 mit einem Sonnenrad 36 im Zahneingriff. Das Sonnenrad 36 ist mit einer Antriebswelle 37 verbunden, die mit der Rotorwelle 34 gekoppelt ist. Die Planetenräder 4 stehen außerdem mit einem Hohlrad 38 im Zahneingriff und sind auf Planetenbolzen 5 oder 23 gelagert. Das Hohlrad 38 ist gegenüber einem nicht weiter dargestellten Gehäuse der Antriebseinheit oder seiner Umgebungskonstruktion mittels einer Bremse 47 abbremsbar oder drehfest stell- bar. Die Planetenbolzen 5 oder 23 sind an einem oder zwei Planetenträgern 2 drehbar gelagert.
Zwischen dem Planetenträger 2 und der Antriebswelle 37 ist eine ein- und ausrückbare Kupplung 46 angeordnet.
Der Planetenträger 2 ist mit einer Abtriebswelle 39 gekoppelt, auf der das Stirnrad 33 sitzt. Das Stirnrad 33 kämmt mit einem Stirnrad 40, das auf dem als Summenwelle ausgebildeten Gehäuse 41 des Differenzials 32 sitzt. Das Diffe- renzial 32 ist als klassisches Kegelraddifferenzial mit Ausgleichskegelrädern 42 und mit Achskegelrädern 43 ausgebildet. Die Achskegelräder 43 sind die Differenzwellen, auf die die an der Summenwelle anliegenden Drehmomente aufgeteilt werden, und sind beispielsweise mit Radantriebswellen 45 einer Fahrzeugachse verbunden. Die Rotationsachsen 3 des Rotorwelle und die Rotationsachse 44 der Summenwelle sind parallel zueinander ausgerichtet. Es ist aber auch denkbar, dass diese Rotationsachsen rechtwinklig in der Bildebene betrachtet oder koaxial zueinander ausgerichtet sind.
Figur 2 zeigt den Planetentrieb 1 , der aus zwei Planetenträgern 2 und aus drei mit radialem Abstand zur Rotationsachse 3 angeordneten Planetenrädern 4 gebildet ist. Die Planetenträger 2 sind zueinander gleiche Blechformelemente, die mit Nieten 48 aneinander befestigt sind. Zwischen den Planetenträgern 2 sind axial die Planetenräder 4 auf Planetenbolzen 5 oder 23 angeordnet. An den Planetenbolzen 5 und an einem der Planetenträger 2 ist eine Ölstauschei- be 6 befestigt.
Figur 3 zeigt eine Planetenlagerung 24 zur Lagerung eines Planetenrades 4 im Detail. Das Planetenrad 4 ist mittels eines Planetenwälzlagers 7 auf dem Planetenbolzen 5 gelagert. Das Planetenwälzlager 7 ist aus zwei axial nebeneinander auf dem Planetenbolzen 5 angeordneten Reihen umfangsseitig um die Rotationsachse 3 der Planetenlagerung 24 zueinander angeordneter Wälzkörper 7a in Form von Rollen oder Nadeln gelagert. Die Wälzkörper 7a jeweils einer Reihe sind mittels eines Käfigs 8 radial zwischen dem Planetenbolzen 5 und dem Planetenrad 4 geführt und umfangsseitig zueinander auf Abstand gehalten. Es ist alternativ denkbar, dass das Wälzlager vollrollig, d.h. ohne Käfig, ausgeführt ist. Die innere Laufbahn 9 der Wälzkörper 7a ist direkt auf der Oberfläche des Planetenbolzens 5 ausgebildet. Die äußere Laufbahn 10 der Wälzkörper 7a ist innen direkt an der Wand eines innenzylindrischen Lochs 11 des jeweiligen Planetenrads 4 ausgebildet. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Wälzlager außer den Wälzkörpern auch noch einen Innenring und/oder Außenring aufweist. Der Planetenbolzen 5 ist beidseitig mit jeweils einem Wälzlager 12 in jeweils einem der Planetenträger 2 gelagert. Das Wälzlager 12 ist ein Kugellager aus einer Reihe umfangsseitig zueinander angeordneter Wälzkörper 12a. Die innere Laufbahn der Kugeln ist als Kugelrille 13 direkt in den Planetenbolzen 5 eingebracht. Die äußere Laufbahn 14 ist an einem separaten Lagerring 15 des Wälzlagers 12 ausgebildet. Die Wälzkörper 12a der einen Reihe eines Wälzlagers 12 sind gemeinsam in einem Kugelkäfig 16 geführt.
Jeder der Planetenträger 2 weist eine napfförmige axiale Vertiefung 17 mit jeweils einem zylindrischen Sitz 17a auf, in dem jeweils ein Lagerring 15 des je- weiligen Wälzlagers 12 sitzt. Der Lagerring 15 ist beispielsweise durch einen Presssitz gesichert oder axial zur einen Seite mit einem Bord 17b, alternativ ein- oder beidseitig mit einem Sicherungselement, in dem Sitz gehalten. Figur 4 zeigt eine alternative Planetenlagerung 25 zur Lagerung eines Planetenrades 4 im Detail. Das Planetenrad 4 ist mittels eines Planetenwälzlagers 7 auf dem Planetenbolzen 23 gelagert. Das Planetenwälzlager 7 ist aus zwei axial nebeneinander auf dem Planetenbolzen 23 angeordneten Reihen um- fangsseitig um die Rotationsachse 3 der Planetenlagerung 25 zueinander angeordneter Wälzkörper 7a in Form von Rollen oder Nadeln gelagert. Die Wälzkörper 7a jeweils einer Reihe sind mittels eines Käfigs 8 radial zwischen dem Planetenbolzen 23 und dem Planetenrad 4 geführt und umfangsseitig zueinander auf Abstand gehalten. Die innere Laufbahn 9 der Wälzkörper 7a ist direkt auf der Oberfläche des Planetenbolzens 23 ausgebildet. Die äußere Laufbahn 10 der Wälzkörper 7a ist innen direkt an der Wand eines innenzylindrischen Lochs 11 des jeweiligen Planetenrads ausgebildet.
Der Planetenbolzen 23 ist beidseitig mit jeweils einem Wälzlager 18 in jeweils einem der Planetenträger 2 gelagert. Das Wälzlager 18 ist ein Rollenlager in der Ausführung eines Nadellagers aus einer Reihe umfangsseitig zueinander angeordneter Wälzkörper 18a in Form von Nadeln und aus einer Nadelhülse 19. Der Planetenbolzen 23 ist hinsichtlich seiner Durchmesser abgestuft und weist deshalb beidseitig jeweils an einem ersten Bereich 23a einen zylindrischen Bereich auf, an dem die innere Laufbahn 22 der Nadeln ausgebildet ist, und der im Durchmesser kleiner ist als ein zweiter Bereich 23b, auf dem die Wälzkörper 7a ablaufen. Die äußere Laufbahn 20 ist an der Nadelhülse 19 ausge- bildet. Die Wälzkörper 18a der einen Reihe eines Wälzlagers 18 sind gemeinsam in einem Nadelkäfig 21 geführt.
Jeder der Planetenträger 2 weist eine napfförmige axiale Vertiefung 17 mit jeweils einem zylindrischen Sitz 17a auf, in dem jeweils eine der Nadelhülsen 19 des jeweiligen Lagers sitzt. Die Nadelhülse 19 ist beispielsweise durch einen Presssitz gesichert oder axial zur einen Seite mit einem Bord 17b, alternativ ein- oder beidseitig mit einem Sicherungselement, in dem Sitz gehalten. Figur 5 zeigt eine alternative Planetenlagerung 26 zur Lagerung eines Planetenrades 4 im Detail. Das Planetenrad 4 ist mittels eines Planetenwälzlagers 7 auf dem Planetenbolzen 23 gelagert. Das Planetenwälzlager 7 ist aus zwei axial nebeneinander auf dem Planetenbolzen 23 angeordneten Reihen um- fangsseitig um die Rotationsachse 3 der Planetenlagerung 26 zueinander angeordneter Wälzkörper 7a in Form von Rollen oder Nadeln gelagert. Die Wälzkörper 7a jeweils einer Reihe sind mittels eines Käfigs 8 radial zwischen dem Planetenbolzen 23 und dem Planetenrad 4 geführt und umfangsseitig zueinander auf Abstand gehalten. Die innere Laufbahn 9 der Wälzkörper 7a ist direkt auf der Oberfläche des Planetenbolzens 23 ausgebildet. Die äußere Laufbahn 10 der Wälzkörper 7a ist innen direkt an der Wand eines innenzylindrischen Lochs 11 des jeweiligen Planetenrads ausgebildet.
Der Planetenbolzen 23 ist beidseitig mit jeweils einem Wälzlager 28 in jeweils einem der Planetenträger 2 gelagert. Das Wälzlager 28 ist ein Rollenlager in der Ausführung eines Nadeliagers aus einer Reihe umfangsseitig zueinander angeordneter Wälzkörper 28a in Form von Nadeln und aus einer Nadelhülse 27. Der Planetenbolzen 23 ist hinsichtlich seiner Durchmesser abgestuft und weist deshalb beidseitig jeweils an einem ersten Bereich 23a einen zylindrischen Bereich auf, an dem die innere Laufbahn 22 der Nadeln ausgebildet ist, und der im Durchmesser kleiner ist als ein zweiter Bereich 23b, auf dem die Wälzkörper 7a ablaufen. Die äußere Laufbahn 20 ist an der Nadelhülse 27 ausge- bildet. Die Wälzkörper 28a der einen Reihe eines Wälzlagers 28 sind gemeinsam in einem Nadelkäfig 21 geführt.
Jeder der Planetenträger 2 weist jeweils einen zylindrischen Sitz 17a auf, in dem jeweils eine der Nadelhülsen 27 des jeweiligen Lagers sitzt. Die Nadelhül- se 27 weist einen sich radial erstreckenden Rand 29 mit einer Kreisringfläche 29a auf, mit dem die Nadelhülse 27 axial in dem jeweiligen Träger 2 gesichert ist. Die Kreisringfläche 29a ist außerdem ein Axialanlauf für das Planetenrad 4, durch den auf eine gesonderte Axialanlaufscheibe verzichtet werden kann. Weiterhin weist die Nadelhülse 27 einen rotationssymmetrischen Bund 30 a auf dem die Olstauscheibe 6 befestigt ist.
Bezugszeichen
Planetentrieb 24 Planetenlagerung
Planetenträger 25 Planetenlagerung
Rotationsachse 26 Planetenlagerung
Planetenrad 27 Nadelhülse
Planetenbolzen 28 Wälzlager
Ölstauscheibe 28 Wälzkörper
a
Planetenwälzlager 29 Rand
a Wälzkörper 29 Axialanlauf
a
Käfig 30 Bund
innere Laufbahn 31 Antriebseinheit0 äußere Laufbahn 32 Differenzial1 Loch 33 Stirnrad
2 Wälzlager 34 Rotorwelle
2a Wälzkörper 35 Elektromotor3 Kugelrille 36 Sonnenrad4 äußere Laufbahn 37 Antriebswelle5 Lagerring 38 Hohlrad
6 Kugelkäfig 39 Abtriebswelle7 Vertiefung 40 Stirnrad
7a Sitz 41 Gehäuse
8 Wälzlager 42 Ausgleichskegelrad9 Nadelhülse 43 Achskegelrad0 Laufbahn 44 Rotationsachse1 Nadelkäfig 45 Radantriebswellen2 innere Laufbahn 46 Kupplung
3 Planetenbolzen 47 Bremse
3a Bereich 48 Nieten
3b Bereich

Claims

1 Patentansprüche
Planetenlagerung (24, 25, 26) zur Lagerung eines Planetenrades (4) auf einem Planetenbolzen (5, 23) mit wenigstens einem Planetenwälzlager (7) aus mindestens einer Reihe umfangsseitig um die Rotationsachse (3) des Planetenwälzlagers (7) zueinander angeordneter Wälzkörper (7a), die radial zwischen dem Planetenbolzen (5, 23) und dem Planetenrad (4) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenbolzen (5, 23) wenigstens einseitig mit mindestens einem Wälzlager (12, 18, 28) aus wenigstens einer Reihe umfangsseitig zueinander angeordneter Wälzkörper (12a, 18a, 28a) in einem Planetenträger (2) gelagert ist.
2. Planetenlagerung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenbolzen (5, 23) beidseitig gelagert ist.
3. Planetenlagerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenbolzen (5, 23) beidseitig mit jeweils mindestens einem Wälzla- ger (12, 18, 28) gelagert ist.
4. Planetenlagerung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenbolzen (5, 23) beidseitig jeweils mit mindestens einem Kugellager gelagert ist.
5. Planetenlagerung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet ,dass der Planetenbolzen (5, 23) beidseitig mit jeweils mindestens einem Rollenlager gelagert ist. 6. Planetenlagerung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenbolzen (23) in wenigstens einem ersten Bereich (23a) einen anderen Durchmesser aufweist als in einem zweiten Bereich (23b), wobei der Planetenbolzen (23) am ersten Bereich (23a) mittels des Wälzlagers 2
(18, 28) im Planetenträger (2) gelagert ist und wobei das Planetenrad (4) mittels des Planetenwälzlagers (7) auf dem zweiten Bereich (23b) gelagert ist.
Planentrieb (1) mit wenigstens einem Sonnenrad (36) und mit Planetenrädern (4) und mit mindestens einem Planetenträger (2), an dem Planetenbolzen (5, 23) gemäß Anspruch 1 gelagert sind.
Planetentrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetentrieb (1) zwei aus Blech gebildete Planetenträger (1 ) aufweist, die miteinander verbunden sind und zwischen denen die Planetenbolzen (5, 23) jeweils beidseitig mittels eines Wälzlagers (12, 18, 28) aufgenommen sind.
9. Antriebseinheit mit wenigstens einem Elektromotor (35) und einem Differenziai (32), in dem wenigstens ein Planetentrieb (1) nach Anspruch 7 zwischen dem Elektromotor (35) und dem Differenziai (32) angeordnet ist, wobei der Elektromotor (35) und das Differenziai (32) über den Planetentrieb (1) miteinander wirkverbunden sind.
10. Antriebseinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Rotorwelle (34) des Elektromotors (35) und eine Rotationsachse (3) des Planetenträgers (2) koaxial zueinander angeordnet sind.
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