Planetenwälzgewindetrieb
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Planetenwälzgewindetrieb, der eine rotatori sche in eine translatorische Bewegung umwandelt. Die Erfindung betrifft auch einen Aktuator einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges, mit einem derartigen Plane tenwälzgewindetrieb.
Aus DE 102015 206 735 B3 ist ein Planetenwälzgewindetrieb nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt geworden. Dieser Planetenwälzgewinde trieb ist mit einer auf einer Gewindespindel angeordneten Mutter versehen, und mit zwischen der Gewindespindel und der Mutter angeordneten Planetenrollen, die mit ihrem planetenseitigen Rillenprofil einerseits mit einem mutterseitigen Rillenprofil und andererseits mit einem Gewindeprofil der Gewindespindel kämmen. Dieser Pla netenwälzgewindetrieb weist ferner einen Planetenrollenträger auf, in dessen über den Umfang verteilt angeordneten Taschen die Planetenrollen um ihre Planetenrol lenachse drehbar gelagert sind. Der Planetenrollengträger ist drehfest mit einer um eine Spindelachse der Gewindespindel drehbar angetriebenen Antriebshülse verbun den. Die Antriebshülse ist an einem Maschinenteil mittels eines als Hauptlager be- zeichneten Lagers drehbar gelagert.
Je nach Anwendungsfall werden erhebliche axiale Stellkräfte über das Hauptlager übertragen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, einen Planetenwälzgewin detrieb nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 anzugeben, der axi ale Stellkräfte zuverlässig über das Hauptlager überträgt.
Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe durch den Planetenwälzgewindetrieb gemäß Anspruch 1 gelöst. Dieser Planetenwälzgewindetrieb ist mit einer auf einer Gewinde spindel angeordneten Mutter versehen, und mit zwischen der Gewindespindel und der Mutter angeordneten Planetenrollen, die mit ihrem planetenseitigen Rillenprofil
einerseits mit einem mutterseitigen Rillenprofil und andererseits mit einem Gewinde profil der Gewindespindel kämmen. Dieser Planetenwälzgewindetrieb weist ferner einen Planetenrollenträger auf, in dessen über den Umfang verteilt angeordneten Ta schen die Planetenrollen um ihre Planetenrollenachse drehbar gelagert sind.
Der Planetenrollengträger ist drehtest mit einer um eine Spindelachse der Gewinde spindel drehbar angetriebenen Antriebshülse verbunden. Dieser Planetenwälzgewin detrieb ist ein sogenannter steigungstreuer Planetenwälzgewindetrieb: unabhängig von einem möglichen Schlupf der Planetenrollen im Eingriff mit den beteiligten An triebsteilen entspricht eine volle Umdrehung des Planetenrollenträgers um die Ge windespindel einer Relativverschiebung zwischen der Antriebshülse und der Gewin despindel um den Betrag der Steigung des Gewindeprofils des Gewindespindel.
Die Antriebshülse ist an einem Maschinenteil mittels eines koaxial zu der Antriebs hülse angeordneten Axial-Schrägrollenlager drehbar gelagert, dessen Rollen in Wälzkontakt sind mit Schräglager-Laufbahnen, die geneigt sind zu einer quer zur Ro tationsachse der Antriebshülse angeordneten Querebene. Das Maschinenteil kann gestellfest angeordnet und beispielsweise als Gehäuse ausgebildet sein, in dem der Planetenwälzgewindetrieb untergebracht ist.
Das Axial-Schrägrollenlager überträgt zum größeren Teil axiale Kräfte, die übertra gen werden zwischen der Gewindespindel und dem Maschinenteil. Diese axialen Kräfte werden übertragen über die Planetenrollen, die Mutter, sowie die Antriebs hülse. Die Rollen des Axial-Schrägrollenlagers sind vorzugsweise zylindrisch, kön nen jedoch alternativ auch kegelförmig ausgebildet sein. Die Neigung der Schrägla ger-Laufbahnen zu der Querebene ist abhängig von der Größe der zu erwartenden radialen Kräfte. Ein bevorzugter Antrieb für erfindungsgemäße Planetenwälzgewin detriebe kann ein Riementrieb sein. In diesem Fall umschlingt beispielsweise ein Zahnriemen die Antriebshülse und treibt diese an. Die im Zugtrum des Zahnriemens sich einstellenden Zugkräfte werden als Radialkraft auf die Antriebshülse übertragen, und von dort über das Axial-Schrägrollenlager in das Maschinenteil. Je größer die
Neigung der Schräglager-Laufbahnen zu der Querebene ist, desto größere Radial kräfte können übertragen werden. Im Fall des Zahnriementriebs macht die Radial kraft lediglich einen Bruchteil der Axialkraft aus, beispielsweise etwa ein Prozent. In diesem Fall ist eine geringfügige Neigung der Schräglagerlaufbahn möglich.
Vorzugsweise ist die Mutter mittels eines Axialrollenlagers an Antriebshülse axial ge lagert. Das Axialrollenlager überträgt keine radialen Lagerkräfte. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die von außen angreifenden Radialkräfte nicht auf die Mutter und die Planeten übertragen werden, sondern einwandfrei mittels des Axial-Schrägrollen- lager in das Maschinenteil geleitet werden.
Das Axial-Schrägrollenlager kann zwei Lagerringe mit aneinander zugewandten Stirnseiten ausgebildeten Schräglager-Laufbahnen aufweisen. Diese Lagerringe kön nen im Längsschnitt gesehen - also entlang der Rotationsachse - etwa dreiecksför mig ausgebildet sein, mit senkrecht zueinander angeordneten Lagerflächen und der Schräglager-Laufbahn, die an die voneinander abgewandten Enden dieser Lagerflä chen anschließt.
Vorzugsweise weist die Antriebshülse eine Hülse und eine in der Hülse drehfest an geordnete Schräglagerscheibe mit der geneigt angeordneten Schräglager-Laufbahn auf. Sowohl die Hülse als auch die Schräglagerschiebe lassen sich auf wirtschaftlich günstige Weise hersteilen. Beispielsweise können die Schräglagerschiebe durch Stanzen oder Fließpressen hergestellt und die Hülse als Ziehteil ausgeführt sein. Die Schräglagerscheibe kann in die Hülse eingepresst sein. Die Schräglager-Laufbahn kann an die Schräglagerschiebe angeformt sein.
Es mag zweckmäßig sein, die Schräglagerscheibe in axialer Richtung spielbehaftet und drehfest in der Hülse anzuordnen. Diese Weiterbildung bietet den Vorteil, dass im Betrieb unter einer Axiallast die Hülse zumindest weitgehend frei bleibt von der axialen Last und vornehmlich die Antriebskräfte auf den Planetenrollenträger über trägt. Die Axiallast fließt - ausgehend von einer in der Gewindespindel wirkenden
axialen Last - über die Planetenrollen in die Mutter, und von dort über das Axial schrägrollenlager in das Maschinenteil, das ein Gehäuse eines Aktuators - insbeson dere einer Lenkung eines Kraftfahrzeugs - sein kann, in das der Planetenwälzgewin detrieb eingebaut ist.
Im Betrieb des Planetenwälzgewindetriebs rotieren die Mutter und die drehangetrie- bene Antriebshülse relativ zueinander. Zwischen der Mutter und der Schräglager scheibe kann zweckmäßiger ein Axiallager vorgesehen sein, beispielsweise ein Axi alrollenlager. Wenn von außen ein Lagerspiel zwischen dem Maschinenteil und der Antriebshülse eingestellt wird, kann zugleich mittels der axial spielbehaftenen Schräglagerscheibe ein Lagerspiel des Axiallagers zwischen der Antriebshülse und der Mutter eingestellt werden. Es ist ausreichend, wenn die eine Schräglagerscheibe axial spielbehaftet ist. Eine an dem anderen axialen Ende der Hülse angeordnete weitere Schräglagerscheibe kann fest mit der Hülse verbunden, alternativ jedoch ebenfalls axial spielbaftet in der Hülse angeordnet sein.
Von außen kann über ein Lagerspiel zwischen dem Maschinenteil und der Schrägla gerscheibe das axiale Lagerspiel zwischen der Schräglagerscheibe und der Mutter eingestellt werden.
Die Schräglagerscheibe kann an ihrer von der Schräglager- Laufbahn abgewandten Stirnseite eine Axiallager-Laufbahn aufweisen, beispielsweise für ein Axialrollenlager. Diese Axiallager-Laufbahn kann ebenso wie die Schräglager-Laufbahn an die Schräglagerscheibe angeformt werden.
Der Planetenrollenträger kann an einer radial innerhalb der Schräglager-Laufbahn angeordneten Aufnahme der Schräglagerscheibe fest mit der Schräglagerscheibe verbunden sein. Die Aufnahme kann als zentrale Öffnung in der Schräglagerscheibe ausgebildet sein, beispielsweise zylindrisch wie eine Bohrung. Der Planetenrollenträ ger kann mit einem zylindrischen Stutzen versehen sein, der in diese Bohrung einge-
presst wird, so dass die Antriebskraft einwandfrei von der Antriebshülse in den Pla netenrollenträger übertragen werden kann. Alternativ kann die Öffnung der Schrägla gerscheibe polygonförmig ausgeführt und der Planetenrollenträger mit einem poly gonförmigen Stutzen versehen sein, der in diese polygonförmige Öffnung eingesetzt wird, so dass die Antriebskraft einwandfrei von der Antriebshülse in den Planetenrol lenträger übertragen werden kann. Diese Alternative kann zweckmäßig sein, wenn ein Axialspiel der Schräglagerscheibe in der Hülse gewünscht sein sollte.
Vorzugsweise ist der Planetenwälzgewindetrieb mit zwei jeweils an einer der Stirn seiten der Antriebshülse angeordneten Axial-Schrägrollenlagern versehen. Insbeson dere für Anwendungen, in denen in beiden axialen Richtungen gleich große axiale Belastungen zu erwarten sind, können baugleiche Axial-Schrägrollenlager zum Ein satz kommen, so dass eine wirtschaftlich günstige Herstellung möglich wird.
Der erfindungsgemäße Planetenwälzgewindetrieb eignet sich besonders für einen Aktuator einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges. Dieser Aktuator ist mit einer Schubstange versehen, deren voneinander abgewandte Enden zum Anlenken von Hinterrädern des Kraftfahrzeuges ausgebildet sind. Die Gewindespindel kann in die sem Fall Teil der Schubstange sein, zwischen deren Enden die Gewindespindel aus gebildet ist. Die Schubstange kann zwei Schubstangenteile aufweisen, zwischen de nen die Gewindespindel angeordnet und fest mit beiden Schubstangenteilen verbun den ist. Die voneinander abgewandten freien Enden der Schubstange sind aus dem Gehäuse des Aktuators herausgeführt und mit Lenkerköpfen versehen, die an den Radträgern der Hinterräder angreifen.
Vorzugsweise ist dieser Aktuator mit einem Elektromotor und mit einem Riementrieb versehen, dessen Zahnriemen ein Motorritzel des Elektromotors sowie die Antriebs hülse umschlingt. In dem Aktuatorgehäuse können der Riementrieb mit dem Motorrit zel sowie der Planetenwälzgewindetrieb angeordnet sein.
Die weiter oben beschriebenen Axialschrägrollenlager und/oder die Axialrollenlager können abhängig von den anwendungsbezogenen Anforderungen besonders modifi ziert sein. Falls eine erhöhte Reibung in diesen Lagern gewünscht ist, bietet es sich an, in bekannter Weise die Rotoationsachse einer oder mehrerer Rollen so zu kip pen, dass sie nicht die Rotationsachse des Lagers schneiden, sondern einen ge dachten Kreis tangieren, der koaxial um die Rotationsachse des Lagers herum ange ordnet ist. In diesem Fall wird in erwünschter Weise eine erhöhte Reibung belas tungsabhängig erzeugt.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in drei Figuren dargestellten Ausfüh rungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen Planetenwälzgewindetrieb im Längsschnitt,
Figur 2 einen Aktuator einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges und
Figur 3 einen Ausschnitt der Figur 2.
Der in Figur 1 abgebildete Planetenwälzgewindetrieb ist mit einer auf einer Gewinde spindel 1 angeordneten Mutter 2 versehen. Zwischen der Gewindespindel 1 und der Mutter 2 sind Planetenrollen 3 über den Umfang der Gewindespindel 1 verteilt ange ordnet. Die Planetenrollen 3 kämmen mit ihrem planetenseitigen Rillenprofil 4 einer seits mit einem mutterseitigen Rillenprofil 5 und andererseits mit einem schrauben förmig um die Spindelachse gewundenen Gewindeprofil 6 der Gewindespindel 1.
Dieser Planetenwälzgewindetrieb weist ferner einen Planetenrollenträger 7 auf, in dessen über den Umfang verteilt angeordneten Taschen 8 die Planetenrollen 3 um ihre Planetenrollenachse drehbar gelagert sind. Deutlich zeigt die Figur an den axia len Enden der Planetenrollen 3 ausgebildete Lagerzapfen 9, die in Lagertaschen 10 des Planetenrollenträgers 7 eingreifen.
Der Planetenrollengträger 7 ist drehfest mit einer um eine Spindelachse der Gewin despindel 1 drehbar angetriebenen Antriebshülse 11 verbunden. Die Antriebshülse 11 ist an einem hier lediglich angedeuteten Maschinenteil 12 mittels eines koaxial zu der Antriebshülse 11 angeordneten Axial-Schrägrollenlagers 13 drehbar gelagert, dessen zylindrische Rollen 14 in Wälzkontakt sind mit Schräglager-Laufbahnen 15, 19, die geneigt sind zu einer quer zur Rotationsachse der Antriebshülse angeordne ten Querebene E.
Das Maschinenteil 12 ist gestelltest angeordnet und im Ausführungsbeispiel als Ge häuse ausgebildet, wie es in Figur 2 deutlich abgebildet ist.
Die Mutter 2 ist mittels eines Axialrollenlagers 17 an der Antriebshülse 11 axial gela gert. Das Axialrollenlager 17 überträgt lediglich axiale Lagerkräfte und ermöglicht ein radiales Spiel zwischen der Gewindespindel 1 , den Planetenrollen 3 und der Mutter 2 auf der einen Seite und der Antriebshülse 11 auf der anderen Seite. Das Axialrollen lager 17 weist zwei Scheiben 20, 21 auf, die an ihren einander zugewandten Stirnsei ten jeweils mit einer Axiallager-Laufbahn 22, 23 des Axialrollenlager 17 versehen sind. Die eine Scheibe 20 ist an der Antriebshülse 11 abgestützt und die andere Scheibe 21 ist an der Mutter 2 abgestützt.
Die Antriebshülse 11 weist eine Hülse 24 auf, in deren stirnseitige Enden jeweils eine Schräglagerscheibe 25 drehtest eingesetzt ist. An ihren voneinander abgewandten Stirnseiten sind die beiden Schräglagerscheiben 25 mit den Schräglager-Laufbahnen 15 des Axial-Schrägrollenlagers 13 versehen. Die Axiallager-Laufbahnen 22 der Axi alrollenlager 17 können alternativ an den einander zugewandten Stirnseiten der Schräglagerscheiben 25, ausgebildet sein; in diesem Fall können die Scheiben weg fallen.
Die Hülse 24 ist an ihrem Außenumfang in einem mittleren Abschnitt als Zahnrie menrad 16 ausgebildet, das von einem Zahnriemen eines Riementriebes umschlun gen ist.
Der Planetenrollenträger 7 ist an beiden axialen Enden in radial innerhalb der Schräglager-Laufbahn 15 angeordneten zentralen Aufnahmen 26 der beiden Schräg lagerscheiben 25 aufgenommen und fest mit den Schräglagerscheiben 25 verbun den. Die Aufnahme 26 kann als zentrale Öffnung in der Schräglagerscheibe 25 aus gebildet sein, beispielsweise zylindrisch wie eine Bohrung.
Der Planetenrollenträger 7 ist an seinen axialen Enden jeweils mit einem Stutzen 18 versehen, der in diese Aufnahme 26 fest eingesetzt wird, so dass die Antriebskraft einwandfrei von der Antriebshülse 11 in den Planetenrollenträger 7 übertragen wer den kann. Es kann zum Zweck der Einstellung eines Lagerspiels zweckmäßig sein, wenn einerseits zwischen der Hülse 24 und den beiden Schräglagerscheiben 25 eine drehfeste Verbindung besteht, andererseits ein Axialspiel der zumindest einen Schräglagerscheibe 25 in der Hülse 24 möglich ist. Von außen kann ein Lagerspiel des Axial-Schrägrollenlagers 13 zwischen dem Maschinenteil 12 und der Antriebs hülse 11 eingestellt werden über nicht abgebildete Einstellmittel auf Seiten des Ma schinenteils 12. Aufgrund der axial spielbehafteten Schräglagerscheibe 25 wird zu gleich ein axiales Spiel des Axialrollenlagers 17 zwischen der Mutter 2 und der An triebshülse 11 eingestellt.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ist der Planetenwälzgewindetrieb mit zwei jeweils an einer der Stirnseiten der Antriebshülse 11 angeordneten Axial- Schrägrollenlagern 13 versehen. Dieser Planetenwälzgewindetrieb ist zweckmäßig, wenn in beiden axialen Richtungen gleich große axiale Belastungen zu erwarten sind, und ermöglicht den Einsatz baugleicher Axial-Schrägrollenlager, so dass eine wirtschaftlich günstige Herstellung möglich wird.
Figur 2 zeigt einen Aktuator einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges mit dem oben beschriebenen Planetenwälzgewindetrieb, der in dem als Gehäuse 27 ausge führten Maschinenteil des Aktuators angeordnet ist. Dieser Aktuator ist mit einer Schubstange 28 versehen, deren voneinander abgewandte Enden zum Anlenken von Hinterrädern des Kraftfahrzeuges ausgebildet und aus dem Gehäuse 27 her-
ausgeführt sind. Im Ausführungsbeispiel sind die Enden der Schubstange 28 mit ga belförmigen Lenkerköpfen 29 versehen. Die aus dem Gehäuse 27 hervorstehenden Enden der Schubstange 28 sind von Faltenbalg-Manschetten ummantelt und in der Abbildung verdeckt. Die in dem Gehäuse 27 angeordnete Gewindespindel 1 des Pla- netenwälzgewindetriebes bildet einen mittleren Abschnitt der Schubstange 28. Die Schubstange 28 kann zwei axial hintereinander angeordnete Schubstangenteile auf weisen, zwischen denen die Gewindespindel 1 angeordnet und fest mit beiden Schubstangenteilen verbunden ist. Alternativ können die Schubstangenteile und die Gewindespindel einstückig miteinander verbunden sein.
Der Aktuator weist einen Elektromotor 30 und einen Riementrieb 31 auf, der in Figur 3 ausschnittsweise abgebildet ist. Ein Zahnriemen 32 umschlingt ein Motorritzel 33 des Elektromotors 30 sowie die hier nicht abgebildete Antriebshülse 11. In dem Ge häuse 27 sind der Riementrieb, das Motorritzel 33 sowie der Planetenwälzgewinde- trieb untergebracht.
Bezugszahlenliste
I Gewindespindel 2 Mutter
3 Planetenrolle
4 Planetenseitiges Rillenprofil
5 Mutterseitiges Rillenprofil
6 Gewindeprofil 7 Planetenrollenträger
8 Tasche
9 Lagerzapfen
10 Lagertasche
I I Antriebshülse 12 Maschinenteil
13 Axial-Schrägrollenlager
14 Rolle
15 Schräglager-Laufbahn
16 Zahnriemenrad 17 Axialrollenlager
18 Stutzen
19 Schräglager-Laufbahn
20 Scheibe 21 Scheibe
22 Axiallager-Laufbahn
23 Axiallager-Laufbahn
24 Hülse
25 Schräglagerscheibe 26 Zentrale Aufnahme
27 Gehäuse
28 Schubstange
29 Lenkerkopf
Elektromotor Riementrieb Zahnriemen Motorritzel