DE102015203086A1

DE102015203086A1 - Planetenwälzgetriebe sowie Verfahren zur Herstellung einer Spindelwelle für ein Planetenwälzgetriebe

Info

Publication number: DE102015203086A1
Application number: DE102015203086.5A
Authority: DE
Inventors: Dieter Stoll
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-02-20
Filing date: 2015-02-20
Publication date: 2016-08-25
Also published as: WO2016131456A1

Abstract

Planetenwälzgetriebe (1) mit einer mittels eines Stützlagers (9) gelagerten, über einen elektrischen Antrieb drehantreibbaren Spindelwelle (2), einer axial von der Spindelwelle (2) verlagerbaren, drehfest gelagerten Spindelmutter (4) sowie mehreren, zwischen Spindelmutter (4) und Spindelwelle (2) angeordneten und abwälzenden Planetenwälzkörpern (6), wobei an der Spindelwelle wenigstens ein entweder durch Rollieren ausgeformter Lagerbund (21) für einen Lagerring (10) des Stützlagers (9) oder ein durch Rollieren oder spanende Bearbeitung ausgeformter Lagerbund (21) für einen axialen Sicherungsring (19), an dem ein Lagerring (10) des Stützlagers (9) gelagert ist, einteilig ausgeformt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Planetenwälzgetriebe mit einer mittels eines Stützlagers gelagerten, über einen elektrischen Antrieb drehantreibbaren Spindelwelle, einer axial von der Spindelwelle verlagerbaren, drehfest gelagerten Spindelmutter sowie mehreren, zwischen Spindelmutter und Spindelwelle angeordneten und abwälzenden Planetenwälzkörpern.
Planetenwälzgetriebe wandeln je nach Auslegung eine Axial- in eine Drehbewegung oder umgekehrt. Hierbei ist eine Spindelmutter und eine Spindelwelle mit einem Innengewinde bzw. einem Außengewinde versehen, auf denen mit jeweils unterschiedlichen, komplementär zu diesen ausgebildeten Gewindeabschnitten versehene Planetenwälzkörper abrollen. Hierdurch wird eine Getriebeübersetzung erreicht. Durch die Möglichkeit einer axial engen Teilung der Gewinde können hochübersetzende Getriebe aufgebaut werden, die mit Elektromotoren geringer Leistung angetrieben werden können und gleichwohl größte axiale Kräfte übertragen können. Sie bauen darüber hinaus klein und sind gegebenenfalls bei entsprechender Wahl der Getriebesteigung selbsthemmend. Derartige Planetenwälzgetriebe werden in unterschiedlichsten Anwendungsbereichen eingesetzt. Ein Beispiel ist der Kraftfahrzeugbereich, wo solche Getriebe z. B. zur Betätigung oder Servounterstützung von Reibungskupplungen, Lenkgestängen, Bremsen, Schiebedächern oder Fahrwerksverstellungen verwendet werden.
Wie beschrieben sind die axialen Kräfte, die ein Planetenwälzgetriebe überträgt, sehr groß, so dass es auf eine sehr gute Axiallagerung ankommt. Die verwendeten Lager sind demzufolge etwas größer zu dimensionieren. Dies führt zu Problemen im Bereich der Spindelwellenlagerung, vornehmlich bei Spindelwellen mit kleineren Spindeldurchmessern. Denn bei diesen ist es häufig nicht mehr möglich, die Spindelenden für den Sitz des Lagers zu verjüngen, vielmehr muss dort der Nenndurchmesser der Spindel voll ausgenutzt werden. Daher ist ein zusätzlicher axial wirksamer Lagerbund zur axialen Lastaufnahme am Lagersitz der Spindel notwendig. Dies erfordert, wenn die Spindel einteilig gefertigt werden soll, die Spindelfertigung aus einem Rohmaterial mit großem Bunddurchmesser, von welchem der Spindelrohling auf die Nennmaße der Spindelkontur und des Lagersitzes über die gesamte Hublänge abgedreht bzw. spanend bearbeitet werden muss. Dies ist sehr aufwändig und insbesondere im Hinblick auf das hohe Spanvolumen des Rohlings mit hohen Fertigungs- und Materialkosten verbunden.
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Planetenwälzgetriebe anzugeben, das demgegenüber verbessert ist.
Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Planetenwälzgetriebe der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass an der Spindelwelle entweder ein durch Rollieren ausgeformter Lagerbund für einen Lagerring des Stützlagers oder ein durch Rollieren oder spanende Bearbeitung ausgeformter Lagerbund für einen Sicherungsring, an dem ein Lagerring des Stützlagers gelagert ist, ausgeformt ist.
Die Erfindung schlägt in einer ersten Ausführungsalternative vor, den Lagerbund durch Rollieren unter Verwendung einer entsprechenden Rolliervorrichtung einteilig auszubilden. Beim Rollieren, einem spanlosen Bearbeitungsverfahren, drückt das Rollierwerkzeug mit so großer Kraft gegen das Werkstück, hier also dem Spindelrohling, dass das Material des Werkstücks zu fließen beginnt und verdrängt wird. Das heißt, dass ausgehend von einem Spindelrohling, dessen Ausgangsdurchmesser so gewählt ist, dass ohne allzu großem Materialverlust die entsprechende Gewindekontur ausgearbeitet werden kann, an der oder den entsprechenden Positionen, wo der Lagerbund ausgebildet werden soll, durch das Rollieren der Bund quasi radial „aufgebaut“ werden kann. Durch das Rollieren bildet sich eine radiale Durchmesservergrößerung, den Lagerbund bildend, resultierend aus dem Fließvorgang des Materials, das in diesem Zustand natürlich noch hinreichend weich sein muss.
Durch diese rollierende Ausbildung des Lagerbundes kann folglich ein Spindelrohling verwendet werden, dessen Ausgangsdurchmesser nahezu dem Nenndurchmesser entspricht, und der ohne Spanverlust zur Ausbildung des im Durchmesser vergrößerten Lagerbundes bearbeitet werden kann. Bei dieser Erfindungsausgestaltung wird der Lagerbund derart ausgebildet, also im Durchmesser bemessen, dass er unmittelbar als Sitz für den Lagerring des jeweiligen, die Spindelwelle lagernden Stützlagers verwendet werden kann.
Gemäß einer zweiten Alternative wird ebenfalls ein Lagerbund ausgeformt, entweder durch Rollieren oder in diesem Fall auch spanende Bearbeitung, der als Lagersitz für einen axialen Sicherungsring, an dem ein Lagerring des Stützlagers gelagert ist, dient. Bei dieser Alternative wird ein Lagerbund ausgeformt, der nicht unmittelbar den Lagerring des Stützlagers auflagert, sondern einen Sicherungsring, der dann im Durchmesser so ausgelegt ist, dass er die axiale Auflagefläche für den Lagerring des Stützlagers bietet. Die Ausbildung dieses, verglichen mit dem Lagerbund gemäß der ersten Alternative im Durchmesser kleineren, Lagerbundes kann ebenfalls durch Rollieren erfolgen, wobei in diesem Fall das Fließvolumen des Materials geringer ist als im Rahmen der ersten Alternative. Daneben kann die Ausbildung auch durch spanende Bearbeitung erfolgen, wobei in diesem Fall, da der Lagerbund ja deutlich reduzierter ist in seinem Durchmesser, das anfallende Spanvolumen relativ gering ist, so dass ein Spindelrohling verwendet werden kann, dessen Ausgangsdurchmesser nicht übermäßig größer als der Nenndurchmesser der fertigen Spindelwelle ist.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Lagerbund an der den Lagerring oder den Sicherungsring auflagernden Seite eine sich zum Wellenkern verjüngende Schräge aufweist, an der der Lagerring oder der Sicherungsring mit einer komplementären Schrägfläche anliegt. Hierüber wird zum einen eine Zentrierung des Lager- oder Sicherungsrings erreicht. Daneben kann, insbesondere im Falle des Sicherungsrings hierüber auch eine geringe radiale Aufweitung des Sicherungsrings durch die anliegende axiale Last erreicht werden und damit im Gegenzug die Kontur des relativ kleinen Lagerbundes radial gegen die Spindelwelle gedrückt werden, wodurch ein Abscheren verhindert wird.
Ferner betrifft die Erfindung eine Spindelwelle für ein Planetenwälzgetriebe der beschriebenen Art. Diese Spindelwelle zeichnet sich dadurch aus, dass an der Spindelwelle wenigstens ein entweder durch Rollieren ausgeformter Lagerbund für einen Lagerring des Stützlagers oder ein durch Rollieren oder spanende Bearbeitung ausgeformter Lagerbund für einen axialen Sicherungsring, an dem ein Lagerring des Stützlagers gelagert ist, ausgeformt ist.
Der Lagerbund weist bevorzugt an der den Lagerring oder den Sicherungsring auflagernden Seite eine sich zum Wellenkern verjüngende Schräge auf, an der in der Montagestellung der Lagerring oder der Sicherungsring mit einer komplementären Schrägfläche anliegt.
Neben dem Planetenwälzgetriebe bzw. der Spindelwelle betrifft die Erfindung ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Spindelwelle für ein Planetenwälzgetriebe der beschriebenen Art. Das Verfahren zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass ein radial vorspringender Lagerbund für ein Stützlager oder einen Sicherungsring durch Rollieren mittels einer Rolliervorrichtung ausgebildet wird.
Bevorzugt wird hierzu eine oder werden mehrere die Spindelwelle halternde Halterollen sowie eine oder mehrere, den Lagerbund rollierende Profilrollen verwendet. Über die Halterolle erfolgt eine entsprechende Fixierung respektive Abstützung, während über die Profilrolle sichergestellt ist, dass der Lagerbund auch die gewünschte Form erhält.
Bevorzugt wird dabei die Bearbeitung derart durchgeführt, dass der Lagerbund mit einer sich zum Wellenkern verjüngenden Schräge rolliert wird, an der der Lagerring oder der Sicherungsring, je nach Ausgestaltung des Planetenwälzgetriebes, mit einer entsprechenden komplementären Schrägfläche anliegt.
Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Planetenwälzgetriebes,
2–7 Prinzipdarstellungen betreffend die erfindungsgemäße Herstellung einer Spindelwelle für ein erfindungsgemäßes Planetenwälzgetriebe nebst zugeordnetem Stützlager gemäß einer ersten Verfahrensvariante,
8 eine Prinzipdarstellung einer Spindelwelle, hergestellt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß einer zweiten Variante, und
9 eine dritte Ausführungsform einer Spindelwelle, hergestellt nach einer dritten erfindungsgemäßen Verfahrensvariante.
1 zeigt in Form einer Prinzipdarstellung ein Planetenwälzgetriebe 1, umfassend eine Spindelwelle 2 mit einer Außenprofilierung 3 in Form eines Außengewindes.
Vorgesehen ist ferner eine Spindelmutter 4, die eine nicht näher gezeigte Innenprofilierung 5 aufweist. Des Weiteren sind mehrere als Planeten fungierende Rollkörper 6 vorgesehen, die eine Außenprofilierung 7 aufweisen. Mit dem einen Außenprofilierungsabschnitt 7a wirkt jeder Rollkörper 6 mit der Außenprofilierung 3 der Spindelwelle 2 zusammen. Mit den Außenprofilierungsabschnitten 7b wirkt jeder Rollkörper mit der Innenprofilierung 5 der Spindelmutter zusammen. Zumindest die Außenprofilierung 3 weist eine Steigung auf.
Die Spindelwelle 2 weist einen Spindelwellenabschnitt 8 auf, mit dem sie beispielsweise mit einem nicht näher gezeigten Elektromotor gekoppelt wird, so dass die Gewindespindel 2 drehangetrieben werden kann. Sie ist jedoch axial gesehen positionsfest angeordnet, so dass bei einer Spindelwellenrotation die Spindelmutter 4, über die Rollkörper 6 geführt, entlang der Spindelwelle 2 wandert. Die Spindelmutter 4 ist dabei drehfest in einer nicht näher gezeigten Führung geführt.
Um die Spindelwelle 2 drehzulagern ist im gezeigten Beispiel wenigstens ein Lagerbund 21 vorgesehen, an dem ein hier nicht näher gezeigtes Stützlager, üblicherweise ein Rillenkugellager, aufgelagert ist. Über den Außenring des Stützlagers ist die Spindelwelle 2 in einem geeigneten Gehäusebauteil oder dergleichen drehgelagert.
Die 2–7 zeigen in einzelnen Schritten die Herstellung des Lagerbundes 21 an der Spindelwelle 2.
In 2 ist der Spindelwellenrohling gezeigt, aus dem die Spindelwelle 2 zu fertigen ist. Ausgebildet ist bereits die Außenprofilierung 3, also das Außengewinde. Der Spindelwellenabschnitt 8 ist noch unverformt, er entspricht jedoch vom Durchmesser her dem Nenndurchmesser respektive dem Außendurchmesser der Außenprofilierung 3. Gezeigt ist ferner das Stützlager 9, das hier als Rillenkugellager ausgeführt ist, umfassend einen Innenring 10, einen Außenring 11 sowie dazwischen geführte Wälzkörper 12.
Das Stützlager 9 kann auf den Spindelwellenabschnitt 8 aufgeschoben werden, es ist dort mit dem Innenring 10 fixiert, wie 3 zeigt. Um es axial gegen ein Zurückschieben zu sichern und in dieser Richtung abzustützen, um die hohen, bei einer mittels des Planetenwälzgetriebes erwirkten Stellbewegung wirkenden Axialkräfte abzustützen, wird nun ein Lagerbund 21 ausgeformt, an dem der Innenring 10 axial abgestützt ist. Dies ist in den Schritten gemäß den 4 und 5 dargestellt.
Die Ausbildung des Lagerbundes 21 erfolgt durch Rollieren unter Verwendung einer entsprechenden Rolliervorrichtung. Diese Rolliervorrichtung umfasst im gezeigten Beispiel zwei Halterollen 13, die zwischen sich die Spindelwelle 2 respektive den Spindelwellenabschnitt 8 aufnehmen. Sie umfasst ferner zwei Profilrollen 14, die die Formgebung erwirken. Ersichtlich sind die Profilrollen 14 an ihrem Außenumfang mit einer Profilierung 15 versehen, die formbildend für den Lagerbund 21 ist.
Wie durch die beiden Pfeile dargestellt ist, werden nun die Profilrollen 14 mit hoher Kraft gegen die Spindelwelle 2 gedrückt. Hierbei kommt es zu einem druckbedingten Fließen des Materials der Spindelwelle 2, also des Stahls. Dies ist in 5 gezeigt, in der die Situation zum Ende des Rolliervorgangs hin dargestellt ist. Ersichtlich bildet sich zum einen der Lagerbund 21 aus, zum anderen eine Ringnut 16, aus der das Material quasi in den Lagerbund 21 „geflossen“ ist. Der Lagerbund 21 weist an seinem zum Stützlager 9 gerichteten Ende eine Schrägfläche 17 auf, also eine leicht konische Fläche, die zum Innenring 10 des Stützlagers gerichtet ist. Das Stützlager 9 bzw. der Innenring 10 selbst weist eine komplementäre Schrägfläche 18 auf, also ebenfalls eine Konusfläche.
Nach Beendigung des Rolliervorgangs, siehe 6, ergibt sich folglich ein entsprechender, radial vorspringender Lagerbund 21, der als axialer Anschlagbund für das Stützlager 9 dient.
Dieses Stützlager stützt sich nun, siehe 7, mit dem Innenring 10 am Lagerbund 21 ab, wie durch die Kraftpfeile dargestellt ist. Die Schrägflächen 17 und 18 liegen flächig aneinander. Die Ausbildung der Schrägflächen ist dahingehend von Vorteil, als die axiale Last zu einem geringen Anteil auch in eine radiale Aufweitung des Innenrings 10 aufgeteilt wird und damit im Gegenzug die Kontur des Lagerbundes 21 gegen die Spindelwelle 2 gedrückt wird. Hierdurch wird ein Abscheren verhindert.
8 zeigt ein weiteres Beispiel einer Spindelwelle 2, hergestellt mit einer erfindungsgemäßen zweiten Verfahrensvariante, wobei der dortige Lagerbund 21 ebenfalls durch Rollieren erzeugt wurde. Der Lagerbund 21 ist hier jedoch deutlich kleiner ausgeführt als bei der Ausführungsform gemäß 7. Dies deshalb, als an diesem Lagerbund nicht unmittelbar der Innenring 10 des Stützlagers 9 anliegt, sondern ein axialer Sicherungsring 19. Der Lagerbund 21 weist auch bei dieser Ausgestaltung die Schrägfläche 17 auf. Hier jedoch ist der Sicherungsring 19 mit einer komplementären Schrägfläche 20 versehen, so dass es wiederum zu der bereits bezüglich der 7 beschriebenen Kraftaufteilung kommt. Der Sicherungsring 19 bildet nun den gesamten Stützdurchmesser für das Stützlager 9, dessen Innenring 10 am Sicherungsring 19 anliegt. Eine Ausführung des Stützlagers 9 mit einer entsprechenden Schrägfläche am Innenring 10 ist nicht erforderlich, kann aber vorgesehen werden.
9 zeigt schließlich eine Ausführungsform einer Spindelwelle 2, die gemäß einer dritten erfindungsgemäßen Verfahrensvariante hergestellt wurde. Bei dieser wird ein Spindelrohling verwendet, dessen Ausgangsdurchmesser und auch dessen Durchmesser im Bereich des Spindelwellenabschnitts 8 etwas größer ist als der Zieldurchmesser oder Außendurchmesser, den die Außenprofilierung 3 nach Fertigstellung aufweist. Das heißt, dass im Bereich der Ausbildung der Außenprofilierung 3 der Spindelrohling etwas auf das Nennmaß heruntergearbeitet wird, also spanend bearbeitet wird. Zur Ausbildung des Lagerbundes 21 ist auch der Spindelwellenabschnitt 8 entsprechend spanend zu bearbeiten, mithin also etwas Material abzunehmen. Dieser Lagerbund 21 ist, vergleichbar mit dem Lagerbund 21 aus 8, radial gesehen relativ niedrig. Auch hier dient er ausschließlich der Auflagerung des axialen Sicherungsrings 19. Der Lagerbund 21 weist ebenfalls eine Schrägfläche 17 auf, wie auch der Sicherungsring 19 eine komplementäre Schrägfläche 20 aufweist, so dass es wiederum zu einer aus der axialen Last resultierenden radialen Aufweitung des Sicherungsrings kommt, wie auch zu einem radialen Drücken des Lagerbundes gegen die Spindelwelle 2. Am axialen Sicherungsring 19 stützt sich sodann wiederum das Stützlager 9 mit dem Innenring 10 ab.
Bezugszeichenliste

1: Planetenwälzgetriebe
2: Gewindespindel
3: Außenprofilierung
4: Spindelmutter
5: Innenprofilierung
6: Rollkörper
7: Außenprofilierung
8: Spindelwellenabschnitt
9: Stützlager
10: Innenring
11: Außenring
12: Wälzkörper
13: Halterolle
14: Profilrolle
15: Profilierung
16: Ringnut
17: Schrägfläche
18: Schrägfläche
19: Sicherungsring
20: Schrägfläche
21: Lagerbund

Claims

Planetenwälzgetriebe (1) mit einer mittels eines Stützlagers (9) gelagerten, über einen elektrischen Antrieb drehantreibbaren Spindelwelle (2), einer axial von der Spindelwelle (2) verlagerbaren, drehfest gelagerten Spindelmutter (4) sowie mehreren, zwischen Spindelmutter (4) und Spindelwelle (2) angeordneten und abwälzenden Planetenwälzkörpern (6), dadurch gekennzeichnet, dass an der Spindelwelle wenigstens ein entweder durch Rollieren ausgeformter Lagerbund (21) für einen Lagerring (10) des Stützlagers (9) oder ein durch Rollieren oder spanende Bearbeitung ausgeformter Lagerbund (21) für einen axialen Sicherungsring (19), an dem ein Lagerring (10) des Stützlagers (9) gelagert ist, ausgeformt ist.
Planetenwälzgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbund (21) an der den Lagerring (10) oder den Sicherungsring (19) auflagernden Seite eine sich zum Wellenkern verjüngende Schräge (17) aufweist, an der der Lagerring (10) oder der Sicherungsring (19) mit einer komplementären Schrägfläche (18, 20) anliegt.
Spindelwelle für ein Planetenwälzgetriebe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Spindelwelle wenigstens ein entweder durch Rollieren ausgeformter Lagerbund (21) für einen Lagerring (10) des Stützlagers (9) oder ein durch Rollieren oder spanende Bearbeitung ausgeformter Lagerbund (21) für einen axialen Sicherungsring (19), an dem ein Lagerring (10) des Stützlagers (9) gelagert ist, ausgeformt ist.
Spindelwelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbund (21) an der den Lagerring (10) oder den Sicherungsring (19) auflagernden Seite eine sich zum Wellenkern verjüngende Schräge (17) aufweist, an der in der Montagestellung der Lagerring (10) oder der Sicherungsring (19) mit einer komplementären Schrägfläche (18, 20) anliegt.
Verfahren zur Herstellung einer Spindelwelle (2) nach Anspruch 3 oder 4 für ein Planetenwälzgetriebe (1), dadurch gekennzeichnet, dass ein radial vorspringender Lagerbund (21) für ein Stützlager (9) oder einen Sicherungsring (19) durch Rollieren mittels einer Rolliervorrichtung ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere die Spindelwelle (2) halternde Halterollen (13) und eine oder mehrere, den Lagerbund (21) rollierende Profilrollen (14) verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbund (21) mit einer sich zum Wellenkern verjüngenden Schräge (17) rolliert wird.