WO2019154759A1 - Vorgespannter bolzen - Google Patents

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WO2019154759A1
WO2019154759A1 PCT/EP2019/052631 EP2019052631W WO2019154759A1 WO 2019154759 A1 WO2019154759 A1 WO 2019154759A1 EP 2019052631 W EP2019052631 W EP 2019052631W WO 2019154759 A1 WO2019154759 A1 WO 2019154759A1
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bolt
pressure piece
axial
gear
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Inventor
Dirk Leimann
Original Assignee
Zf Friedrichshafen Ag
Zf Wind Power Antwerpen N.V.
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/08—General details of gearing of gearings with members having orbital motion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/08—General details of gearing of gearings with members having orbital motion
    • F16H2057/085—Bearings for orbital gears

Definitions

  • the invention relates to an arrangement according to the preamble of claims 1 and 5.
  • a gear is rotatably mounted on a bolt.
  • the object of the invention is to avoid the disadvantages inherent in the solutions known from the prior art. In particular, damaging influences of the bending of the bolt described above, on which a gear is rotatably mounted, should be avoided.
  • a clamping device which is designed to clamp the two axial ends of the bolt against each other.
  • the axial ends indicate axial end pieces of the bolt, which are interconnected by a central piece.
  • the middle piece is located axially between the two end pieces. It is possible to specify two planes extending axially, that is orthogonal to an axis of rotation of the toothed wheel or a central axis of the pin, so that at least part of the center piece is located between the two planes, but not at least a part of at least one of the end pieces.
  • the axial ends may each comprise an axial end face of the bolt, wherein the tensioning device is designed to clamp the two axial end faces of the bolt against each other.
  • the bolt is preferably in the untensioned state, the basic shape of a cylinder.
  • the basic shape of a body is the shape of an original body, from the former body is created by eliminating individual areas, such as inserting recesses.
  • the tension of the bolt according to the invention improves on the one hand its strength.
  • the tension causes a spherical deformation of the bolt.
  • the deformation compensates for the resulting from the radial forces of the toothing deformation of the bolt.
  • the crowning and the deformation cancel each other, so that a boundary line of the bolt in the longitudinal section in the area of the attacking radial forces is largely straight. This prevents damaging influences on the bearing of the gear.
  • the tensioning device has a first pressure piece and a second pressure piece.
  • the first pressure piece exerts a first axial force, that is to say a force which is directed parallel to an axis of rotation of the toothed wheel or an axis of symmetry of the pin, on a first axial end of the pin.
  • the second pressure piece exerts a second axial force on a second axial end of the bolt.
  • the first axial force and the second axial force are opposite to each other, so in opposite directions.
  • the first axial force and the second axial force are directed toward each other.
  • the first axial force extends from the first axial end of the bolt in the direction of the second axial end; the second axial force extends from the second axial end toward the first axial end. This means that the first pressure piece and the second pressure piece each apply compressive forces to the bolt at its axial ends.
  • the clamping device is further developed with a clamping means.
  • the clamping means acts on the first pressure piece and the second pressure piece such that the pressure pieces are clamped against the bolt.
  • the clamping means between the first pressure piece and the second pressure piece is braced.
  • the first axial force exerted by the first pressure piece on the first end of the bolt is applied by the tensioning means on the first pressure piece.
  • ana- log acts on the clamping means, the second pressure piece with the second axial force exerted by the second pressure piece on the second axial end of the bolt.
  • the bolt on a breakthrough which connects the two axial ends of the bolt together.
  • the breakthrough is a hole with exactly two mouths. One of the orifices is located in the first axial end of the bolt, the other orifice is in the second axial end.
  • the breakthrough can open into the axial end faces of the bolt.
  • the breakthrough is preferably designed as a through hole.
  • the clamping device passes through the opening. This means that a central part of the clamping means is located within the opening and two ends of the clamping means each protrude through an opening from the opening.
  • the clamping means can be developed as a rod. Due to the tension of the rod between the first pressure piece and the second pressure piece, the rod is loaded to train. This can be realized, for example, by screwing the rod between the two pressure pieces.
  • the idea underlying the invention can also be realized by a clamping device with a cone.
  • the cone is arranged in a cavity of the bolt and axially clamped such that a pressure in the radial direction is exerted on a wall of the cavity.
  • the cone is arranged so that its axis of symmetry coincides with the axis of symmetry of the bolt and the axis of rotation of the gear. Due to the axial tension a force in the axial direction acts on the cone, which braces its lateral surface against an abutment. This exerts on the abutment acting in the radial direction pressure.
  • the corresponding pressure forces cause the desired spherical deformation of the bolt.
  • one or more sliding bearings are provided with which the gear is mounted on the bolt.
  • the bolt is in a further preferred development to a planetary pin, which is fixed in accordance with a planet carrier.
  • the gear is developed as a planetary gear.
  • the bolt may be fixed in place, such as in a gear housing or a stationary support structure.
  • Fig. 1 shows a conventional bolt
  • Figure 2 is a strained bolt.
  • Fig. 4 a piston pin with clamping cone.
  • Fig. 1 The illustrated in Fig. 1 bolt 101 is loaded with a radial force F. This results in a deflection of the bolt 101.
  • the bolt 101 deforms along a bending line 103.
  • the bolt 101 in the unloaded state is shown in Fig. 1 by solid lines.
  • the state in the loaded state is indicated by dashed lines.
  • the bolt 201 shown in Fig. 2 is biased in the axial direction. Corresponding biasing forces are applied by a first pressure piece 203 and a second pressure piece 205.
  • the first pressure piece 203 and the second pressure piece 205 are each on an axial end face of the bolt 201 and are braced against the end faces.
  • a threaded rod 207 is provided for generating a biasing force.
  • the threaded rod 207 extends in the axial direction through the bolt 201, which is provided for this purpose with a through hole.
  • the threaded rod 207 extends through holes in the pressure pieces 203, 205.
  • nuts 209 are screwed on the threaded rod 207 .
  • the nuts 209 are respectively screwed against one of the plungers 203, 205 and exert on the respective pressure piece 203, 205 an axial force.
  • the axial force is introduced via the pressure pieces 203, 205 in the bolt 201.
  • FIG. 2 solid lines indicate the unloaded and unstressed state of the bolt 201. It can be seen that the bolt 201 has a cylindrical basic shape. The described tensioning of the bolt 201 causes the bolt 201 to bulge radially outwardly and assume a spherical shape. The shape of bolt in the clamped state is indicated by dashed lines.
  • the bolt in Fig. 2 is unloaded. If, as indicated in FIG. 3, a radial force F acts on the pin 201, this deforms analogously to the pin 101 in FIG. 1.
  • the starting point for the deformation of the pin 201 is, however, not cylindrical, but rather a spherical shape as a result of the tension. Where the radial force F acts on the bolt 201, the spherical shape is leveled. The result is a largely straight contour.
  • FIG. 4 shows another possibility of achieving a convex curvature of the bolt.
  • the bolt 401 shown here has a cavity 403 in the interior.
  • a threaded rod 407 is fixed, which extends in the axial direction.
  • the cone 405 and a screwed onto the threaded rod 407 nut 409 are braced on both sides against a sleeve 41 1.
  • the cone 405 widens the sleeve se 411 in the radial direction.
  • the bolt 401 is also widened. The result is the desired spherical shape of the bolt.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Bolzen (201) und einem Zahnrad; wobei das Zahnrad drehbar auf dem Bolzen (201) gelagert ist. Die Anordnung umfasst eine Spannvorrichtung (203, 205, 207, 209); wobei die Spannvorrichtung (203, 205, 207, 209) ausgebildet ist, die beiden axialen Enden des Bolzens (201) gegeneinander zu verspannen.

Description

Vorgespannter Bolzen
Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 5. Dabei ist ein Zahnrad drehbar auf einem Bolzen gelagert.
Kämmt das Zahnrad mit einem weiteren Zahnrad, treten im Zahnkontakt Radialkräfte auf. Diese führen zu einer Durchbiegung des Bolzens. Die Durchbiegung wirkt sich schädigend auf die Lagerung des Zahnrads aus.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen innewohnenden Nachteile zu vermeiden. Insbesondere sollen schädigende Einflüsse der oben beschriebenen Durchbiegung des Bolzens, auf dem ein Zahnrad drehbar gelagert ist, vermieden werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 5. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
Gemäß Anspruch 1 ist eine Spannvorrichtung vorgesehen, die ausgebildet ist, die beiden axialen Enden des Bolzens gegeneinander zu verspannen. Die axialen Enden bezeichnen axiale Endstücke des Bolzens, die durch ein Mittelstück miteinander verbunden sind. Das Mittelstück befindet sich axial zwischen den beiden Endstücken. Es lassen sich zwei axial, das heißt orthogonal zu einer Drehachse des Zahnrads beziehungsweise einer Mittelachse des Bolzens verlaufende Ebenen angeben, so- dass sich mindestens ein Teil des Mittelstücks zwischen den beiden Ebenen befindet, nicht aber mindestens ein Teil mindesten eines der Endstücks.
Insbesondere können die axialen Enden jeweils eine axiale Stirnfläche des Bolzens umfassen, wobei die Spannvorrichtung ausgebildet ist, die beiden axialen Stirnflächen des Bolzens gegeneinander zu verspannen.
Der Bolzen hat bevorzugt im unverspannten Zustand die Grundform eines Zylinders. Mit der Grundform eines Körpers wird die Form eines ursprünglichen Körpers, aus dem der erstgenannte Körper durch Eliminieren einzelner Bereiche, etwa durch Einfügen von Aussparungen, entsteht.
Die erfindungsgemäße Verspannung des Bolzens verbessert zum einen dessen Festigkeit. Zum anderen bewirkt die Verspannung eine ballige Verformung des Bolzens. Die Verformung kompensiert die aus den Radialkräften der Verzahnung resultierende Verformung des Bolzens. Die Balligkeit und die Verformung heben sich auf, sodass eine Begrenzungslinie des Bolzens im Längsschnitt im Bereich der angreifenden Radialkräfte weitestgehend gerade verläuft. Dies verhindert schädigende Einflüsse auf die Lagerung des Zahnrads.
In einer bevorzugten Weiterbildung weist die Spannvorrichtung ein erstes Druckstück und ein zweites Druckstück auf. Das erste Druckstück übt eine erste Axialkraft, das heißt eine Kraft, die parallel zu einer Drehachse des Zahnrads beziehungsweise einer Symmetrieachse des Bolzens gerichtet ist, auf ein erstes axiales Ende des Bolzens auf. Entsprechend übt das zweite Druckstück eine zweite Axialkraft auf ein zweites axiales Ende des Bolzens aus.
Die erste Axialkraft und die zweite Axialkraft sind einander entgegengerichtet, verlaufen also in entgegengesetzte Richtungen. Vorzugsweise sind die erste Axialkraft und die zweite Axialkraft aufeinander zu gerichtet. Dabei verläuft die erste Axialkraft ausgehend von dem ersten axialen Ende des Bolzens in Richtung des zweiten axialen Endes; die zweite Axialkraft verläuft ausgehend von dem zweiten axialen Ende in Richtung des ersten axialen Endes. Dies bedeutet, dass das erste Druckstück und das zweite Druckstück den Bolzens an seinen axialen Enden jeweils mit Druckkräften beaufschlagen.
Bevorzugt ist die Spannvorrichtung darüber hinaus mit einem Spannmittel weitergebildet. Das Spannmittel wirkt auf das erste Druckstück und das zweite Druckstück derart, dass die Druckstücke gegen den Bolzen verspannt werden. Zugleich ist das Spannmittel zwischen dem ersten Druckstück und dem zweiten Druckstück verspannt. Die erste Axialkraft, die das erste Druckstück auf das erste Ende des Bolzens ausübt, wird von dem Spannmittel auf das erste Druckstück aufgebracht. Ana- log beaufschlagt das Spannmittel das zweite Druckstück mit der zweiten Axialkraft, die das zweite Druckstück auf das zweite axiale Ende des Bolzens ausübt.
In einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung weist der Bolzen einen Durchbruch auf, der die beiden axialen Enden des Bolzens miteinander verbindet. Bei dem Durchbruch handelt es sich um ein Loch mit genau zwei Mündungen. Eine der Mündungen liegt in dem ersten axialen Ende des Bolzens, die andere Mündung liegt in dem zweiten axialen Ende. Insbesondere kann der Durchbruch in die axialen Stirnflächen des Bolzens münden.
Der Durchbruch ist vorzugsweise als Durchgangsbohrung ausgestaltet.
Weiterbildungsgemäß verläuft das Spannmittel durch den Durchbruch hindurch. Dies bedeutet, dass sich ein Mittelteil des Spannmittels innerhalb des Durchbruchs befindet und zwei Enden des Spannmittels jeweils durch eine Mündung aus dem Durchbruch hinausragen.
Insbesondere kann das Spannmittel als Stange weitergebildet sein. Durch die Verspannung der Stange zwischen dem ersten Druckstück und dem zweiten Druckstück wird die Stange auf Zug belastet. Dies lässt sich etwa realisieren, indem die Stange zwischen den beiden Druckstücken verschraubt wird.
Die der Erfindung zugrunde liegende Idee lässt sich auch durch eine Spannvorrichtung mit einem Konus realisieren. Der Konus ist in einem Hohlraum des Bolzens angeordnet und derart axial verspannt, dass ein Druck in radialer Richtung auf eine Wandung des Hohlraums ausgeübt wird. Der Konus ist dabei so angeordnet, dass sich seine Symmetrieachse mit der Symmetrieachse des Bolzens und der Drehachse des Zahnrads deckt. Durch die axiale Verspannung wirkt eine Kraft in axialer Richtung auf den Konus, die seine Mantelfläche gegen ein Widerlager verspannt. Dies übt auf das Widerlager einen in radialer Richtung wirkenden Druck aus. Die entsprechenden Druckkräfte bewirken die gewünschte ballige Verformung des Bolzens. In einer bevorzugten Weiterbildung sind ein oder mehrere Gleitlager vorgesehen, mit denen das Zahnrad auf dem Bolzen gelagert ist.
Bei dem Bolzen handelt es sich in einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung um einen Planetenbolzen, der entsprechend in einem Planetenträger fixiert ist. Das Zahnrad ist dabei als Planetenrad weitergebildet.
Alternativ kann der Bolzen ortsfest fixiert sein, etwa in einem Getriebegehäuse oder einer ortsfesten Stützstruktur.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. Übereinstimmende Bezugsziffern kennzeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale. Im Einzelnen zeigt:
Fig. 1 einen herkömmlichen Bolzen;
Fig. 2 einen verspannten Bolzen;
Fig. 3 einen verspannten Bolzen unter Last; und
Fig. 4 einen Kolbenbolzen mit Spannkonus.
Der in Fig. 1 dargestellte Bolzen 101 wird mit einer Radialkraft F belastet. Daraus resultiert eine Durchbiegung des Bolzens 101. Der Bolzen 101 verformt sich entlang einer Biegelinie 103.
Der Bolzen 101 im unbelasteten Zustand ist in Fig. 1 mit durchgezogenen Linien dargestellt. Den Zustand im belasteten Zustand kennzeichnen gestrichelte Linien.
Der in Fig. 2 dargestellte Bolzen 201 ist in axialer Richtung vorgespannt. Entsprechende Vorspannkräfte werden durch ein erstes Druckstück 203 und ein zweites Druckstück 205 aufgebracht. Das erste Druckstück 203 und das zweite Druck- stück 205 liegen jeweils an einer axialen Stirnfläche des Bolzens 201 an und sind gegen die Stirnflächen verspannt.
Zum Erzeugen einer Vorspannkraft ist eine Gewindestange 207 vorgesehen. Die Gewindestange 207 verläuft in axialer Richtung durch den Bolzen 201 hindurch, der zu diesem Zweck mit einer Durchgangsbohrung versehen ist. Ebenso verläuft die Gewindestange 207 durch Bohrungen in den Druckstücken 203, 205.
Auf die Gewindestange 207 sind Muttern 209 aufgeschraubt. Die Muttern 209 sind jeweils gegen eins der Druckstücke 203, 205 verschraubt und üben auf das jeweilige Druckstück 203, 205 eine Axialkraft aus. Die Axialkraft wird über die Druckstücke 203, 205 in den Bolzen 201 eingeleitet.
In Fig. 2 kennzeichnen durchgezogene Linien den unbelasteten und unverspannten Zustand des Bolzens 201 . Es ist ersichtlich, dass der Bolzen 201 eine zylindrische Grundform hat. Die beschriebene Verspannung des Bolzens 201 bewirkt, dass der Bolzen 201 sich radial nach außen hin aufwölbt und eine ballige Form annimmt. Die Form Bolzens im verspannten Zustand ist mit gestrichelten Linien angedeutet.
Der Bolzen in Fig. 2 ist unbelastet. Wirkt nun, wie in Fig. 3 angedeutet, eine Radialkraft F auf den Bolzen 201 , verformt sich dieser analog zu dem Bolzen 101 in Fig. 1 . Ausgangspunkt der Verformung des Bolzens 201 ist allerdings keine zylindrische, sondern eine in Folge der Verspannung ballig Form. Dort, wo die Radialkraft F an den Bolzen 201 angreift, wird die ballige Form geebnet. Das Resultat ist eine weitestgehend gerade Kontur.
Eine weitere Möglichkeit, eine ballige Aufwölbung des Bolzens zu erzielen, zeigt Fig. 4. Der hier dargestellte Bolzen 401 weist im Inneren einen Hohlraum 403 auf. In dem Hohlraum 403 befindet sich ein Konus 405. An dem Konus 405 ist eine Gewindestange 407 fixiert, die sich in axialer Richtung erstreckt.
Der Konus 405 und eine auf die Gewindestange 407 aufgeschraubte Mutter 409 sind beidseitig gegen eine Hülse 41 1 verspannt. Dadurch weitet der Konus 405 die Hül- se 411 in radialer Richtung auf. Da die Hülse 411 an einer Wandung des Hohlraums 403 anliegt, wird infolgedessen auch der Bolzen 401 aufgeweitet. Es resultiert die gewünschte ballige Form des Bolzens.
Bezuaszeichen Bolzen
Biegelinie
Bolzen
erstes Druckstück
zweites Druckstück
Gewindestange
Muttern
Bolzen
Hohlraum
Konus
Gewindestange
Mutter
Hülse

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung mit einem Bolzen (201 ) und einem Zahnrad; wobei
das Zahnrad drehbar auf dem Bolzen (201 ) gelagert ist; gekennzeichnet durch eine Spannvorrichtung (203, 205, 207, 209); wobei
die Spannvorrichtung (203, 205, 207, 209) ausgebildet ist, die beiden axialen Enden des Bolzens (201 ) gegeneinander zu verspannen.
2. Anordnung nach Anspruch 1 ; dadurch gekennzeichnet, dass
die Spannvorrichtung (203, 205, 207, 209) ein erstes Druckstück (203) und ein zweites Druckstück (205) aufweist; wobei
das erste Druckstück (203) eine erste Axialkraft auf ein erstes axiales Ende des Bolzens (201 ) ausübt; wobei
das zweite Druckstück (205) eine zweite Axialkraft auf ein zweites axiales Ende des Bolzens (201 ) ausübt; wobei
die erste Axialkraft und die zweite Axialkraft einander entgegengerichtet sind.
3. Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch; dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (203, 205, 207, 209) ein Spannmittel (207, 209) aufweist; wobei
das Spannmittel (207, 209) das erste Druckstück (203) und das zweite Druckstück (205) gegen den Bolzen verspannt.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass
der Bolzen (201 ) einen Durchbruch aufweist, der die beiden axialen Enden des Bolzens (201 ) miteinander verbindet; wobei
das Spannmittel (207, 209) durch den Durchbruch hindurch verläuft.
5. Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch; dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des Spannmittel (207, 209) als Stange ausgeführt ist.
6. Anordnung mit einem Bolzen (401 ) und einem Zahnrad; wobei
das Zahnrad drehbar auf dem Bolzen (401 ) gelagert ist; gekennzeichnet durch eine Spannvorrichtung (405, 407, 409, 41 1 ) mit einem Konus (405); wobei der Konus (405) in einem Hohlraum (403) des Bolzens (401 ) angeordnet und axial verspannt ist, sodass einen Druck in radialer Richtung auf eine Wandung des Hohlraums (403) ausgeübt wird.
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; gekennzeichnet durch ein oder mehrere Gleitlager; wobei
das Zahnrad mittels der Gleitlager auf dem Bolzen (201 , 401 ) gelagert ist.
8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; gekennzeichnet durch einen Planetenträger; wobei
der Bolzen (201 , 401 ) in dem Planetenträger fixiert ist.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7; dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (201 , 401 ) ortsfest fixiert ist.
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