DE102012210689A1

DE102012210689A1 - Vorrichtung mit gegeneinander beweglichen Elementen, vorzugsweise Planetentrieb

Info

Publication number: DE102012210689A1
Application number: DE102012210689.8A
Authority: DE
Inventors: Andreas Ziegler; Jürgen Windrich; Alexander Pabst
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-06-25
Filing date: 2012-06-25
Publication date: 2014-04-17
Also published as: WO2014000938A1; CN104350309A; CN104350309B; US20150337949A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) mit gegeneinander beweglichen Elementen (2, 3, 4, 5, 6, 8, 16), von denen wenigstens ein erstes Element (3) an wenigstens einer Lagerstelle drehbar oder schwenkbar auf einem zweiten Element (6) gelagert ist, wobei das zweite Element (6) mit radialem Abstand zu einer Zentralachse (17) der Vorrichtung (1) an einem um die Zentralachse (17) der Vorrichtung (1) rotierbaren dritten Element (4) gelagert ist, und wobei die Lagerstelle wenigstens ein viertes Element (8) aufweist, welches in wenigstens einer Gleitkontaktzone zumindest zeitweise im Gleitkontakt mit einem der Elemente steht, wobei in der Gleitkontaktzone mindestens ein Oberflächenabschnitt an zumindest einem der Elemente der Vorrichtung wenigstens eine Schicht aus einer Nickel-Phosphat Legierung aufweist, wobei in der Schicht Partikel (17) zumindest eines Festkörperschmierstoffs verteilt sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit gegeneinander beweglichen Elementen, vorzugsweise einen Planetentrieb, von denen wenigstens ein erstes Element an wenigstens einer Lagerstelle drehbar oder schwenkbar auf einem zweiten Element gelagert ist, wobei das zweite Element mit radialem Abstand zu einer Zentralachse der Vorrichtung an einem um die Zentralachse der Vorrichtung rotierbaren dritten Element gelagert ist, und wobei die Lagerstelle wenigstens ein viertes Element aufweist, welches in wenigstens einer Gleitkontaktzone zumindest zeitweise im Gleitkontakt mit einem der Elemente steht.
Hintergrund der Erfindung
Derartige Vorrichtungen sind Exzentertriebe, beispielsweise Planetentriebe.
In Planetentrieben ist in der jeweiligen Lagerstelle jeweils ein Planetenrad mittels zumindest eines Wälzlagers auf einem Planetenbolzen drehbar gelagert. Die Planetenbolzen sind mit radialem Abstand zu einer Zentralachse des Planetentriebs an einem Planetenträger fest. Rotiert der Planetenträger um die Zentralachse, laufen der Planetenbolzen und das jeweilige Planetenrad mit dem Wälzlager auf einer kreisförmigen Umlaufbahn um die Zentralachse um. Der Radius der Umlaufbahn entspricht dem radialen Abstand der Bolzenachse des Planetenbolzens zur Zentralachse.
In den Lagerstellen der Planetenräder sind Gleitlager oder Wälzlager als Radiallager und zumeist Gleitlager als Axiallager vorgesehen.
Charakteristisch für derartige Anordnung ist, dass die Wälzlager während des Betriebs der jeweiligen Vorrichtung nicht nur durch die üblichen Lagerlasten belastet sind, sondern auch dem Einfluss von Fliehkräften ausgesetzt sind. Die Fliehkräfte ergeben sich aus der Masse des auf dem Bolzen oder Zapfen gelagerten Elements und eventuell mit diesem verbundenen weiteren Elementen sowie aus den Massen der Elemente des Wälzlagers. Die Höhe dieser Fliehkräfte ist von dem Radius der Umlaufbahn und von der Drehzahl des Planetenträgers abhängig.
Planetentriebe sind in der Technik weit verbreitet. Besonderes Augenmerk ist mit dieser Erfindung auf Planetentriebe in Fahrzeuggetrieben gerichtet. Die Anforderungen an die Lagerstellen der Planetenräder sind aufgrund steigender Drehzahlen, denen Planetenträger moderner Getriebe ausgesetzt sind, sehr hoch.
In Planetentrieben von modernen Automatikgetrieben sind die radialen Abstände der Planeten zur Zentralachse relativ groß bzw. die Drehzahlen hoch. Die aus diesen beiden Einflussfaktoren resultierenden Werte der Beschleunigungen, denen die mittels der Wälzlager abgestützten Elemente und die Elemente der Wälzlager ausgesetzt sind, können durchaus das 5000 – fache der Erdbeschleunigung erreichen. Diese hohen Beschleunigung verursachen hohe Kräfte in den Lagerstellen, die aus den Massen der Planetenräder und der Rollen des Wälzlagers resultierende Fliehkräfte sind. Diese Kräfte können sich mit den aus den üblichen Leistungseinträgen ergebenden Lagerlasten im Wälzlager summieren.
Hochbelastete Elemente sind in Wälzlagern insbesondere die Wälzkörper und die Käfige, in denen die Wälzkörper geführt sind. Besonders hoch beansprucht sind die leiterartig ausgebildeten Käfige, da deren Seitenränder und Querstege verglichen zu den Hauptabmessungen Durchmesser und Breite relativ geringe Querschnitte aufweisen und sich deshalb unter hohen Lasten und Fliehkräften elastisch verformen. Langsam voranschreitende Ermüdungsprozesse aufgrund der ständigen Biege-Wechselbelastung führen zu Materialermüdungen und schließlich zu Rissen, durch die der Käfig vorzeitig ausfällt. Relativ scharfe Kanten in den Ecken der Taschen sind potentielle Kerben mit entsprechender nachteiliger Kerbwirkung bei mechanischen Wechselbelastungen. Der Wälzlagerfachmann bemüht sich deshalb ständig, die Käfiggeometrie zu optimieren und sucht nach weiteren Maßnahmen, die Festigkeit der Käfige zu verbessern. So ist aus DE10 2010 009 391 A1 bekannt, dass die Ermüdungsfestigkeit der Käfige von Planetenlagerungen durch Bestrahlen mit Partikeln, durch sogenanntes „Shot Peening“, verbessert werden kann. Derartige präventive Maßnahmen sind jedoch nicht immer ausreichend.
Die Wälzkörper der Planetenlagerungen sind Rollen. Rollen sind im Umriss außenzylindrische Elemente, deren Mantelflächen und Stirnseiten auch konkav oder konvex ballig sein können. Die Rollen werden im Zusammenhang mit Planetenlagerungen auch Nadeln genannt. Nadeln sind Rollen, die ein Verhältnis ihrer axialen Länge zu ihrem Nenndurchmesser aufweisen, das größer oder gleich dem Zahlenwert 3 ist. Zylinder- und Tonnenrollen sind Rollen, bei denen dieses Verhältnis kleiner als der Zahlenwert 3 ist. Der Umriss von Käfigen ist hohlzylindrisch und deren Struktur ist leiterartig durchbrochen mit in Umfangsrichtung verlaufenden Seitenrändern, welche axial durch Querstege miteinander verbunden sind. Die Querstege liegen sich in Umfangsrichtung an den Taschen der Käfige gegenüber. In den Taschen sind die Rollen aufgenommen.
Bei Rotation des Planetenrades rotiert das jeweilige Wälzlager mit. Die Rollen passieren nacheinander die Lastzone und schleppen dabei mittels des Käfigs die außerhalb der Lastzone rollenden Wälzkörper mit. Die Rollen, die nicht die Lastzone des Wälzlagers durchlaufen, bleiben aufgrund von Schlupf und aufgrund ihrer Massenträgheit gegenüber denen, die die Lastzone durchlaufen zurück und stützen sich dabei in Umfangsrichtung in den Taschen an den Querstegen ab. Die Wälzkörper in der Lastzone schleppen infolge dessen den Käfig und über den Käfig die anderen Wälzkörper bis diese in die Lastzone laufen. Die Massenträgheit der Wälzkörper und zusätzlich der Einfluss der anfangs beschriebenen Fliehkräfte belasten insbesondere die Querstege des Käfigs, an denen sich die Rollen abstützen und die Seitenränder des Käfigs, von denen die Querstege balkenartig abgehen. Da die Wälzkörper nacheinander die Lastzone durchlaufen, wird der Käfig bei Rotation ständig wechselnd auf Zug und Druck belastet und verformt sich dabei. Darüber hinaus verformt sich der Käfig in Richtung der Fliehkräfte.
Der Kontakt zwischen Wälzkörpern und dem jeweiligen Käfig ist ein Gleitkontakt in Gleitkontaktzonen an den aufeinander treffenden Oberflächenabschnitten der Wälzkörper und Käfigs. Darüber hinaus werden die Käfige bei hohen Beschleunigungen aufgrund ihres Eigengewichts und daraus resultierender Fliehkräfte verformt, was auch zu Gleitkontakt zwischen den Rollen und den Käfigen führen kann.
Die Käfige eines Planetentriebs werden, ein ausreichendes Taschenspiel des jeweiligen Wälzkörpers in seiner Tasche des Käfigs vorausgesetzt, bei Rotation des Planetenträgers durch Fliehkräften nach außen gegen die Außenlaufbahn oder gegen Abschnitte seitlich der Außenlaufbahn gedrückt und dort abgestützt. Rotiert gleichzeitig das Wälzlager, läuft der jeweilige Käfig relativ zum Planetenrad um den Planetenbolzen um und wird außen an dem Planetenrad geführt, wodurch Oberflächenabschnitte des Käfigs gegenüber Oberflächenabschnitten des Planetenrades in Gleitkontaktzonen gleitend aneinander ablaufen.
Im idealen Wälzkontakt sind die Rotationsachsen der Rollen parallel zur Rotationsachse des Planetenbolzens ausgerichtet. Unregelmäßigkeiten in der Lagerstelle, wie Verformungen des Bolzens bzw. des Käfigs, Fliehkräfte und Spiele können zu Schrägstellungen der Rollen derart führen, dass deren Rotationsachsen nicht mehr parallel zur Rotationsachse des Bolzens ausgerichtet ist. Die Folgen sind Schubkräfte in axialer Richtung, die zum sogenannten Schrauben der Rollen führen. Dabei können die Rollen axial an am Käfig anlaufen, der dadurch seinerseits axial gegen die Umgebung gedrückt wird. Die Umgebung ist in Planetentrieben durch Oberflächenabschnitte von Planetenträgern oder üblicherweise durch Gleitscheiben gebildet. Rotation der Käfige um den Planetenbolzen ergibt Relativbewegungen dieser gegenüber den Planetenträgern oder Gleitscheiben, netenträgern oder Gleitscheiben, so dass stirnseitige Oberflächenabschnitte der Käfige mit der Umgebung in Gleitkontaktzonen im Gleitkontakt stehen.
Gleitkontaktzonen bergen Potenzial für vorzeitigen Verschleiß, weil oftmals nicht genug Schmierstoff in die Gleitkontaktzonen geführt werden kann, weil die Oberfläche der Reibpartner in der Gleitkontaktzone rau ist und/oder weil der Schmierfilm abreißt. Darüber hinaus verursachen die dabei entstehenden Reibkräfte Energieverluste. Aus US 5,482,385 A ist Wälzlager bekannt, dessen Käfig an Oberflächenabschnitten für potentiellen Gleitkontakt mit den Rollen und der Umgebung mit einer Beschichtung versehen ist. Die Verschleißschutzund Gleitschicht ist aus Nickel und Phosphor zusammengesetzt, und weist Bestandteile des Festschmierstoffs PTFE auf.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung gattungsgemäßen Art zu schaffen, deren im Reibkontakt stehende Elemente verbesserte Verschleißund Gleiteigenschaften aufweisen.
Die Aufgabe ist nach dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung betrifft insbesondere einen Planetentrieb mit gegeneinander beweglichen Elementen, von denen wenigstens ein als Planetenrad ausgebildetes erstes Element an wenigstens einer Lagerstelle drehbar oder schwenkbar auf einem als Planetenbolzen ausgebildeten zweiten Element gelagert ist, wobei der Planetenbolzen mit radialem Abstand zu einer Zentralachse des Planetentriebs an einem um die Zentralachse des Planetentriebes rotierbaren Planetenträger gelagert ist, und wobei die Lagerstelle wenigstens ein als Käfig, Anlaufscheibe oder Planetenträger ausgebildetes viertes Element aufweist, welches in wenigstens einer Gleitkontaktzone zumindest zeitweise im Gleitkontakt mit einem der Elemente steht, wobei in der Gleitkontaktzone mindestens ein Oberflächenabschnitt an zumindest einem der Elemente der Vorrichtung wenigstens eine Schicht aus einer Nickel-Phosphor Legierung aufweist, wobei in der Schicht Partikel zumindest eines Festkörperschmierstoffs verteilt sind,
Ein Verhältnis V einer Oberflächenrauheit R_a der metallisch rauen Oberfläche des Oberflächenabschnitts, vorzugsweise vor dem Beschichten mit der Schicht, zu einer senkrecht zur Oberfläche gemessenen Schichtdicke S der Beschichtung weist nach dem Beschichten des Oberflächenabschnitts mit der Schicht Werte mindestens von 0,0008–3 auf.
Tabelle 1 zeigt die Zuordnung dieses Verhältnis zu verschiedenen typischen Oberflächenabschnitten für Gleitkontakt an einem oder mehreren im Gleitkontakt stehenden Element(en) der Vorrichtung.
Tabelle 1
Die Rauheit bezeichnet die Unebenheit der Oberflächenhöhe eines Elements und ist beispielsweise nach DIN 4760 definiert. Die Rauheit einer technischen Oberfläche wird mit Oberflächenangaben wie R_a angegeben.
Die mittlere Rauheit R_a gibt den mittleren Abstand in μm eines Messpunktes auf der Oberfläche zu einer Mittellinie M an (6). Die Mittellinie M schneidet innerhalb einer festgelegten Bezugsstrecke B an den Kontaktflächen an der Zick-Zacklinie Z nach 6 das wirkliche Rauheitsprofil so, dass die Summe der Profilabweichungen bezogen auf die Mittellinie minimal wird. Das wirkliche Rauheitsprofil ist durch die Abstände zwischen den tiefsten Punkten in den Rauheitstiefen und den höchsten Punkten der Rauheitsspitzen senkrecht zur Oberfläche charakterisiert. Die mittlere Rauheit entspricht also dem arithmetischen Mittel der Abweichung von der Mittellinie in die Tiefe und in die Höhe und ist damit der arithmetische Mittelwert aller Profilwerte des Rauheitsprofils.
Eine glatte fehlerfreie Oberfläche des metallischen Werkstoffs ist Voraussetzung für einen fehlerfreien homogenen Überzug. Hohe Rauheiten können dazu führen, das unlösliche Rückstände aus den Vorbehandlungslösungen, Schleif-, Polier- oder Strahlmitteln in großen Rauheitstälern verbleiben und diese gegen eine Verbindungsschicht „verstopfen“. Nachteilig ist jedoch, dass Verringerungen der Rauheitswerte üblicherweise höhere Herstellkosten verursachen.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das wenigstens eine Element, das eine Gleitbeschichtung mit der erfindungsgemäßen Charakteristik aufweist, ein Käfig ist. Der Käfig ist aus Stahlblech und aus einem Blechstreifen oder Blechrohr kalt geformt, aus dem die Taschen ausgestanzt und die Halterungen für die Wälzkörper durch Umformen ausgebildet sind.
Tabelle 2 zeigt die Rauheiten der typischen Oberflächenabschnitte eines Käfigs für Gleitkontakt vor dem Beschichten, die an den nach außen gewandten Fläche (Mantel) der Seitenränder und Querstege, an Kontaktflächen zwischen dem Käfig und den Rollen oder an den Stirnseiten des Käfigs ausgebildet sind. Die mit den Rauheiten beschriebenen Oberflächen ergeben sich aus den in Tabelle aufgeführten Bearbeitungsschritten bzw. Bearbeitungszuständen. In Tabelle 2 sind nur Beispiele von möglicher Bearbeitungen angeführt. Die Aufzählung ist nicht vollständig. So steht beispielsweise der Begriff Granulatstrahlen für alle denkbaren Oberflächenverfahren, bei denen granulatförmige Strahlmittel der in der Form von Kugeln oder Körnern aus verschiedenen möglichen Materialien mit hohen Geschwindigkeiten auf die zu behandelnden Oberflächen gestrahlt werden.
Weitere mit der Gleitschicht beschichtete Elemente oder Oberflächenabschnitte der Elemente sind Zahnräder (Planetenräder), Planetenträger und vorzugsweise die Anlaufscheiben, die axial zwischen einem Käfig eines Wälzlagers und dem Planetenträger und/oder zwischen einem Planetenrad und dem Planetenträger angeordnet sind. Es ist auch vorgesehen, dass beide in der Vorrichtung aneinander gleitende Oberflächenabschnitte mit der gleichen oder sich von den Zusammensetzungen unterscheidenden Schichten versehen sind.
Tabelle 2
Eine dicke Schicht auf der Oberfläche verspricht üblicherweise beste Verschleißeigenschaften. Dickere Schichten können sich jedoch hinsichtlich ihrer Festigkeitseigenschaften auch nachteilig verhalten. Darüber hinaus ist die Herstellung dickerer Schichten üblicherweise mit höheren Kosten verbunden, da die Abscheidezeiten wichtiges Kriterium bei der Beschichtung sind.
Die Erfindung wurde im Rahmen von Versuchen und Berechnungen gemacht, mit denen, abweichend von früheren eher zufälliger Auswahl von Maßnahmen zur Verbesserung des Verschleißschutzes und der Gleiteigenschaften, deren Ergebnisse zu den oben genannten Verhältnis von Rauheiten Ra und Schichtdicken S führten, und vorzugsweise Werte aufweisen in Grenzen von:
Derartige Werte sind beispielsweise den Oberflächenabschnitten eines Käfigs oder einer Anlaufscheibe, jeweils aus Stahl, zugeordnet, die nach dem Formen und/oder dem Stanzen gehärtet und nach dem Härten durch Kugelstrahlen (Shot Peening) verfestigt sind.
Die vorteilhaften Auswirkungen der Erfindung sind optimale Verhältnisse von Gebrauchseigenschaften der Oberfläche und deren Herstellkosten.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schicht aus chemisch Nickel gebildet ist. Der Begriff "Chemisch Nickel“ steht für eine stromlos (autokatalytisch – chemisch reduktiver Ablauf bei Temperaturen zwischen 70°C und 93°C) abgeschiedene Beschichtung, deren vorteilhafte Eigenschaften allen voran die gleichmäßige Schichtdickenverteilung, hohe Härte sowie Verschleißfestigkeit sind. Autokatalytisch abgeschiedene Nickelschichten wachsen bei der Beschichtung im Vergleich zur galvanischen Abscheidung gleichmäßiger, überall dort, wo das Bauteil benetzt wird und der zum Wachsen der Schicht notwendige Elektrolytaustausch stattfindet.
Der chemisch reduktive Ablauf findet unter Anwendung von Temperaturen zwischen 70° und 93°C sowie in pH-Bereichen von 4,2 bis 6,5 statt.
Die Abscheidung beinhaltet in Masseteilen:

Nickel 65–98% vorzugsweise von 85–90%

Phosphor 1–15 % vorzugsweise von 8–10%

PTFE 1–20% vorzugsweise von 2–5%
PTFE ist Polytetrafluorethylen und ist ein unverzweigtes, linear aufgebautes, teilkristallines Polymer aus Fluor und Kohlenstoff. Häufig wird dieser Kunststoff oft auch mit dem Handelsnamen „Teflon“ der Firma DuPont bezeichnet. Dieser Werkstoff weist hervorragende Gleiteigenschaften auf, die auch bei Trockenlauf gewährleistet sind. Für Elemente des Exzentertriebs konnten mit einer Chemisch Nickel-Schicht mit Phosphor und Festkörperanteilen aus PTFE im Vergleich zu anderen Beschichtungen weit geringere Reibwerte im Gleitkontakt nachgewiesen werden, wodurch die Reibwiderstände und dadurch die Betriebstemperaturen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung reduziert werden konnten.
Weitere mit Ausgestaltungen der Erfindung vorgesehene Einlagerungen sind:
zusätzlich Hartstoffe, wie Siliciumcarbid 0,1–20%, oder Borcarbid 0,1–20%, oder Diamant 0,1–20% mit abgeschieden werden. Derartige Schichten sind besonders verschleißfest.
Die Korrosionsbeständigkeit dieser Schichten sind sehr gut. Sie sind beständig gegen Laugen und schwache Säuren, Seewasser, Schmierstoffe, Kraftstoffe und Lösungsmittel. Die Beständigkeit gegen Schmierstoffe ist besonders vorteilhaft für den Einsatz als Gleitbeschichtungen gemäß Erfindung, denn üblicherweise laufen die Exzentertriebe ölgeschmiert. Ein weiterer Vorteil dieser Beschichtungen liegt darin, dass diese im thermisch nachbehandelten Zustand hohe Festigkeiten an der Oberfläche aufweisen. Die Härtewerte an der Oberfläche nach Tempern bei 190°C bei einer Haltezeit von etwa 4 Stunden liegen in einem Bereich von 500 bis 600 HV 0,1. Mit einer Wärmebehandlung durch Tempern unter 200° C wird außerdem die Verbindung zwischen der metallischen Oberfläche des Elements am Oberflächenabschnitt und der Schicht stabilisiert, d.h. die Haltefähigkeit der Schicht auf der metallischen Oberfläche verbessert.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor:

– dass die Schicht zumindest auf einem Oberflächenabschnitt eines der Elemente eine Zusammensetzung in Bereichen mindestens von 65 bis 90% Masseteilen Nickel, 1 bis 15% Phosphor und 1 bis 20% Partikeln aus Festkörperschmierstoff aufweist.
– dass die Schicht zumindest auf einem Oberflächenabschnitt eines der Elemente eine Zusammensetzung in Bereichen höchstens von 85 bis 90% Masseteilen Nickel, 8 bis 10% Phosphor und 2 bis 5% Partikeln aus Festkörperschmierstoff aufweist.
– dass die Schicht eine Oberflächenhärte von 500 bis 550 HV 0,1 aufweist.

Tabelle 3 zeigt eine Übersicht der Eigenschaften vorzugsweise für die Ausgestaltungen der Erfindung angewendeter Schichten und die wichtigsten Prozessgrößen/Parameter für deren Herstellung.
Tabelle 3
Die Angaben zur Härte HV beziehen sich auf ein bekanntes Verfahren zur Messung der Vickers-Härte, welches auch zur Härteprüfung dünnwandiger oder oberflächengehärteter Werkstücke und Randzonen eingesetzt wird und in der Norm nach DIN EN ISO 6507-1:2005 bis -4:2005 geregelt ist.
MTO steht für den Begriff „Metal – turn over“ steht für die Umwandlung der Elektrolyte nach einem gewissen Durchsatz an Ergänzungschemikalien, nach dem die Elektrolyte neu angesetzt und die Anlagen gereinigt werden müssen.
Um Phosphorgehalte über 10 % zu erreichen, werden vorzugsweise weniger als 12 µm/h Abscheidegeschwindigkeit vorgesehen.
Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung ist nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
1 zeigt eine als Planetentrieb 1a ausgebildete Vorrichtung 1 mit gegeneinander beweglichen Elementen 2, 3, 4 und 5 in einer Seitenansicht und nicht maßstäblich. Das Element 2 ist ein Sonnenrad 2a, die Elemente 3 (erste Elemente 3) sind Planetenräder 3a, die mit dem Sonnenrad 2a im Zahneingriff stehen. Das Element 5 ist ein Hohlrad 5a, mit dem die Planetenräder 3a im Zahneingriff stehen. Das Element 4 (drittes Element 4) ist ein Planetenträger 4a.
2 zeigt ein Detail der Vorrichtung in einem Schnitt entlang der Linie II-II nach 1. An dem Planetenträger 4a ist pro Planetenrad 3a ein weiteres Element 6 (zweites Element 6), das als Planetenbolzen 6a ausgebildet ist, befestigt. Jedes Planetenrad 3a ist mittels eines Wälzlagers 7 um die Rotationsachse 7a drehbar auf dem Planetenbolzen 6a (auf dem zweiten Element 6) gelagert. Jedes der Planetenräder 3a steht im Zahneingriff mit dem Hohlrad 5a und mit dem Sonnenrad 2a. Die Rotationsachse 7a ist mit einem Radius R zur Zentralachse 17 des Planetentriebs 1a beabstandet.
Das Wälzlager 7 weist die Elemente 8 und 9, eine Innenlaufbahn 10 sowie eine Außenlaufbahn 11 auf. Das Element 8 (viertes Element 8) ist ein Käfig 8a und die Elemente 9 sind Rollen 9a. Jeweils ein als Anlaufscheibe 16 ausgeführtes weiteres viertes Element 8 ist axial zwischen jedem der Planetenräder 3a und einem Abschnitt des Planetenträgers 4a ist auf dem Planetenbolzen 6a angeordnet. Die Elemente 2, 3, 4, 5, 6, 8 und 16 sind wahlweise alle oder nur eines oder einige davon an wenigstens einem Oberflächenabschnitt mit der erfindungsgemäßen Schicht in dem angegebenen Verhältnis V beschichtet.
3 zeigt ein Beispiel eines Planetenlagers 12 in einer Gesamtansicht. Das Planetenlager 12 ist durch einen Käfig 8a und Rollen 9a gebildet. Die Rollen 9a sind gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt in Taschen 13 des Käfig 8a aufgenommen. Der Käfig 8a ist aus Seitenrändern 14 gebildet, die quer (axial) durch Querstege 15 miteinander verbunden sind.
4 zeigt den Käfig 8a hälftig in einem Längsschnitt entlang der Rotationsachse 7a. Der Käfig 8a weist darin ein sogenanntes M-Profil auf, dass durch die radial ausgerichteten Rechteckprofile der Seitenränder 14 und durch die Kröpfung des im Längsschnitt abgebildeten einen Quersteges 15 charakterisiert ist. Die Seitenränder 14 weisen jeweils stirnseitig eine axial nach außen gerichtete stirnseitige Oberfläche 14a und umfangsseitig außen eine außenzylindrische Oberfläche 14b auf. An den Querstegen 15 sind zwei radial nach außen gerichtete Oberflächenabschnitte 15a ausgebildet, die in einer gemeinsamen zylindrischen Krümmungsfläche mit den außenzylindrischen Oberflächen 14b liegen und die jeweils in eine der außenzylindrischen Oberflächen 14b übergehen. Die Querstege 15 weisen außerdem noch sogenannte Halterungen auf, an denen der jeweiligen Rolle 9a in der Tasche 13 zugewandte Oberflächenabschnitte 15b und 15c ausgebildet sind. Die Erfindung ist auch für Wälzlager vorgesehen die mehr als eine Reihe Rollen und damit auch mehr als eine Reihe Taschen in einem Käfig oder in mehr als einem nebeneinander angeordneten Käfigen aufweisen.
5 zeigt eine alternative Ausgestaltung einer Planetenlagerung mit einem Käfig 8a’ (viertes Element), in dem Rollen 9a’ verteilt aufgenommen sind. Der Käfig 8a’ weist Seitenränder 14’ auf, die axial durch Querstege 15’ miteinander verbunden sind. Der Käfig 8a’ ist hälftig in einem Längsschnitt entlang der Rotationsachse 7a dargestellt und weist in der Darstellung ein Profil auf, das durch den quadratischen Querschnitt der Seitenränder 14’ und durch die balkenartig ausgebildeten Querstege 15’ charakterisiert ist. Die Seitenränder 14’ weisen jeweils eine stirnseitig axial nach außen gerichtete kreisringförmig ausgebildete stirnseitige Oberfläche 14a’ und umfangsseitig außen eine außenzylindrische Oberfläche 14b’ auf. An den Querstegen 15’ sind zwei radial nach außen gerichtete Oberflächenabschnitte 15a’ ausgebildet, die gemeinsamen mit den außenzylindrischen Oberflächen 14b’ in einer Krümmungsfläche liegen und die jeweils in eine der außenzylindrischen Oberflächen 14b’ übergehen. Die Querstege 15 weisen außerdem noch sogenannte Halterungen auf, an denen der jeweiligen Rolle 9a’ in der Tasche 13’ zugewandte Oberflächenabschnitte 15b’ und 15c’ ausgebildet sind.
Die Käfig 8a, 8a’ sind entweder vollständig oder an den Oberflächenabschnitten 14a, 14a’, 15a, 15a’, 15b, 15b’ und 15c oder 13c’ entweder ganz oder teilweise mit der erfindungsgemäßen Schicht in dem vorgesehenen Verhältnis V beschichtet.
6 zeigt einen senkrechten Schnitt durch die Oberfläche eines mit der erfindungsgemäßen Schicht der Schichtdicke S beschichteten Oberflächenabschnitts entweder an einem Käfig, einer Anlaufscheibe oder einem Planetenträger entlang der festgelegten Bezugsstrecke B, in der Partikel 18 aus PTFE verteilt sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010009391 A1 [0008]
US 5482385 A [0014]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 4760 [0020]
DIN EN ISO 6507-1:2005 bis -4:2005 [0038]

Claims

Vorrichtung (1) mit gegeneinander beweglichen Elementen (2, 3, 4, 5, 6, 8, 16), von denen wenigstens ein erstes Element (3) an wenigstens einer Lagerstelle drehbar oder schwenkbar auf einem zweiten Element (6) gelagert ist, wobei das zweite Element (6) mit radialem Abstand zu einer Zentralachse (17) der Vorrichtung (1) an einem um die Zentralachse (17) der Vorrichtung (1) rotierbaren dritten Element (4) gelagert ist, und wobei die Lagerstelle wenigstens ein viertes Element (8) aufweist, welches in wenigstens einer Gleitkontaktzone zumindest zeitweise im Gleitkontakt mit einem der Elemente steht, wobei in der Gleitkontaktzone mindestens ein Oberflächenabschnitt an zumindest einem der Elemente der Vorrichtung wenigstens eine Schicht aus einer Nickel-Phosphat Legierung aufweist, wobei in der Schicht Partikel (17) zumindest eines Festkörperschmierstoffs verteilt sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis (V) einer Oberflächenrauheit (R_a) der metallisch rauhen Oberfläche des Oberflächenabschnitts zu der Schichtdicke (S) der Schicht Werte mindestens von 0,0008–3 aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht auf einer metallischen rauhen Oberfläche des Oberflächenabschnitts haftet, wobei das Verhältnis V Werte höchstens von 0,005 bis 1,2 aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens ein Wälzlager (7) in der Lagerstelle aufweist, mit dem das erste Element (3) auf dem zweiten Element (6) gelagert ist, wobei das Wälzlager (7) wenigstens eine Reihe umfangsseitig um das zweite Element (6) angeordneter Rollen (9a) und wenigstens das vierte Element (8) mit dem Oberflächenabschnitt aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das vierte Elementen (8) mindestens ein Käfig (8a) ist, in welchem die Rollen (9a) geführt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) wenigstens eine Anlaufscheibe (16) an der Lagerstelle aufweist, an der das erste Element (3) und/oder das vierte Element (8) axial anlaufen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens eine Anlaufscheibe (16) an der Lagerstelle aufweist, an der zumindest das erste Element (3) axial anläuft, wobei die Anlaufscheibe (16) das vierte Element (8) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element (3) ein auf dem zweiten Element (6) drehbar gelagertes Planetenrad (3a) ist, wobei das zweite Element (6) ein Planetenbolzen (6a) ist, welcher an dem als Planetenträger (4a) ausgebildeten dritten Element (4) gehalten ist, wobei der Planetenträger (4a) um die Zentralachse (17) rotierbar angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht auf dem mindestens einen Oberflächenabschnitt eines der Elemente (2, 3, 4, 5, 6, 8, 16) eine von einer metallischen Oberfläche des Oberflächenabschnitts ausgehende Schichtdicke (S) von 0,5–100 μm aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Festkörperschmierstoff PTFE ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht zumindest auf einem Oberflächenabschnitt eines der Elemente (2, 3, 4, 5, 6, 8, 16) eine Zusammensetzung in Bereichen mindestens von 65 bis 90% Masseteilen Nickel, 1 bis 15% Phosphor und 1 bis 20% Partikeln (18) aus Festkörperschmierstoff aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht zumindest auf einem Oberflächenabschnitt eines der Elemente (2, 3, 4, 5, 6, 8, 16) eine Zusammensetzung in Bereichen höchstens von 85 bis 90% Masseteilen Nickel, 8 bis 10% Phosphor und 2 bis 5% Partikeln (18) aus Festkörperschmierstoff aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht eine Oberflächenhärte von 500 bis 550 HV aufweist.