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Die Erfindung betrifft einen für die Verwendung in einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs ausgebildeten Fahrwerksaktuator. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage eines Planetenwälzgetriebes, welches für die Verwendung in einem solchen Aktuator geeignet ist.
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Ein Fahrwerksaktuator, welcher ein Planetenwälzgetriebe umfasst, ist zum Beispiel aus der
DE 10 2013 213 328 A1 bekannt. Dieser Fahrwerksaktuator ist zur Verwendung in einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine vorgesehen.
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Ein Aktuator für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs ist zum Beispiel in der
DE 10 2015 219 198 A1 offenbart. Dieser Aktuator weist ein als Trapezgewinde ausgebildetes Bewegungsgewinde auf.
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Diverse Fahrwerksaktuatoren, welche in Vorrichtungen zur Niveauverstellung oder in aktiven Wankstabilisatoren verwendbar sind, sind zum Beispiel in den Dokumenten
DE 10 2014 2013 861 A1 und
DE 10 2016 125 226 A1 beschrieben. Diese Aktuatoren umfassen einen Gewindetrieb als Rotativ-Linear-Getriebe beziehungsweise ein Planetengetriebe als Rotativ-Rotativ-Getriebe.
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Die
DE 10 2014 203 862 A1 offenbart eine zur Niveauverstellung geeignete Aktuatoranordnung eines Kraftfahrzeugs, wobei jedem Rad des Fahrzeugs ein separater Aktuator zugeordnet ist. In diesem Dokument sind unter anderem Planetenwälzgetriebe als Stellgetriebe genannt.
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Ein Planetenwälzgetriebe ist im Detail beispielsweise in der
DE 10 2010 011 820 A2 beschrieben. Das Planetenwälzgetriebe, in dem genannten Dokument als Planetenwälzgewindetrieb bezeichnet, umfasst eine Gewindespindel und eine auf dieser angeordnete Mutter, sowie mehrere über den Umfang verteilte, zwischen der Gewindespindel und der Mutter angeordnete Planeten, welche am Innenumfang der Mutter sowie am Außenumfang der Gewindespindel abwälzen. Die Mutter weist zwei axial zueinander bewegliche Mutterteile auf, wobei ein Federelement einer Vorspanneinrichtung gegen das eine Mutterteil angefedert ist. Die Mutterteile sind herstellbar, indem Ringe von einem Rohr abgelängt werden und am Innenumfang mit einem Rollierwerkzeug rolliert werden.
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Ein weiterer Planetenwälzgewindetrieb ist in der
DE 10 2008 008 013 B3 offenbart. Auch in diesem Fall sind Vorspannmittel in der Mutter des Gewindetriebs angeordnet. Als Vorspannmittel kann insbesondere eine Tellerfeder vorgesehen sein.
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Ein in der
DE 10 2013 213 704 A1 beschriebener Planetenwälzgewindetrieb weist einen Distanzring auf, welcher zwischen zwei Mutterteilen angeordnet ist. Der Distanzring ist aus mehreren Ringsegmenten zusammengesetzt, was im Vergleich zu einem geschlossenen Distanzring montagetechnische Vorteile hat.
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Verschiedene Aktoren, welche jeweils einen Planetenwälzgewindetrieb umfassen, sind in den Dokumenten
DE 10 2015 2015 889 A1 und
DE 10 2015 202 827 B3 beschrieben. Die Aktoren sind in diesen Fällen zur Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeugs vorgesehen.
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Planetenwälzgetriebe können grundsätzlich entweder selbsthemmend oder nicht selbsthemmend ausgelegt werden. Ein selbsthemmendes Planetenwälzgetriebe ist prinzipiell zum Beispiel aus der
DE 10 2015 203 086 A1 bekannt.
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Die selbsthemmende Auslegung eines Getriebes ist gleichbedeutend damit, dass das Getriebe einen Wirkungsgrad von unter 50% hat. Bei der Auslegung eines selbsthemmenden Getriebes liegt ein grundlegender Zielkonflikt darin, dass einerseits der Wirkungsgrad des Getriebes unter allen denkbaren Betriebsbedingungen unter 50% liegen soll, um die Selbsthemmung zu gewährleisten, andererseits jedoch aus energetischen Gründen nicht zu niedrig sein soll.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den aufgezeigten Zielkonflikt bei einem für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs geeigneten Fahrwerksaktuator mit einem Planetenwälzgetriebe gegenüber bekannten Lösungen zu entschärfen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Fahrwerksaktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Montage eines Planetenwälzgetriebes gemäß Anspruch 9. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Montageverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung, das heißt den ein Planetenwälzgetriebe umfassenden Fahrwerksaktuator, und umgekehrt.
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Der Fahrwerksaktuator umfasst einen Elektromotor und ein durch den Elektromotor betätigbares Planetenwälzgetriebe. Bei dem Fahrwerksaktuator handelt es sich somit um einen elektromechanischen Aktuator. Der Fahrwerksaktuator ist insgesamt als selbsthemmender Aktuator ausgelegt. Dies bedeutet, dass ein Antrieb des Elektromotors durch Betätigung eines Elementes auf der Abtriebsseite des Aktuators ausgeschlossen ist.
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Das Planetenwälzgetriebe des Fahrwerksaktuators umfasst eine Gewindespindel, eine Anzahl die Gewindespindel kontaktierender Planeten, sowie eine Spindelmutter, in welcher zwei gegeneinander vorgespannte, die Planeten kontaktierende Mutterteile angeordnet sind. Zwischen den Mutterteilen ist ein Distanzring angeordnet.
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Gemäß einer ersten möglichen Bauform kontaktieren in jedem Betriebszustand des Planetenwälzgetriebes beide Mutterteile den Distanzring. Diese Bauform des Planetenwälzgetriebes ist in folgenden Schritten montierbar:
- - Eine Gewindespindel, eine Anzahl Planeten, eine Spindelmutter, welche zwei Mutterteile und Elemente zur Führung der Planeten umfasst, sowie ein Satz Distanzringe unterschiedlicher Dicke werden bereitgestellt,
- - die Gewindespindel, die Planeten, sowie Komponenten der Spindelmutter, welche zumindest die Mutterteile umfassen, werden vormontiert, so dass in diesem Zustand bereits die prinzipielle Funktionalität eines Planetenwälzgetriebes gegeben ist, wobei zwischen den beiden Mutterteilen ein Ringspalt gebildet ist,
- - auf die beiden Mutterteile wird durch eine Prüfvorrichtung eine definierte Kraft ausgeübt, welche im Sinne einer Verringerung des Abstandes zwischen den Mutterteilen wirkt,
- - der Abstand zwischen den beiden Mutterteilen, das heißt die Breite des genannten Ringspaltes, wird gemessen,
- - aus dem Satz an Distanzringen wird ein Distanzring ausgewählt, dessen Dicke um einen bestimmten Betrag, insbesondere einen Betrag zwischen 1 µm und 1000 µm, geringer als der gemessene Abstand zwischen den Mutterteilen ist,
- - das Planetenwälzgetriebe einschließlich des ausgewählten Distanzrings, welcher zwischen den Mutterteilen platziert wird, wird komplett montiert; hierbei wird eine solche Vorspannkraft auf die Mutterteile aufbracht, dass diese fest gegen den Distanzring gedrückt werden.
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Die ab dem letztgenannten Montageschritt auf die Mutterteile wirkende Vorspannkraft ist derart bemessen, dass der aus drei Teilen, nämlich den zwei Mutterteilen und dem Distanzring, gebildete Teileverbund während der gesamten Lebensdauer des Planetenwälzgetriebes nicht mehr gelöst oder gelockert wird. Die Vorspannung ist dabei derart eingestellt, dass das Planetenwälzgetriebe, unabhängig von zusätzlichen, betriebsbedingten Lasten, stets im selbsthemmenden Wirkungsgradbereich bleibt. Dies gilt auch dann, wenn im Laufe der Lebensdauer durch Glättung und Verschleiß die Vorspannung leicht verringert und damit der Wirkungsgrad leicht erhöht wird. Ein solcher Glättungsprozess ist nach einigen höher belasteten Zyklen abgeschlossen, so dass der Wirkungsgrad dann einen konstanten Wert annimmt.
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Das auf die beschriebene Weise hergestellte Planetenwälzgetriebe kann entweder ohne Federelemente oder mit mindestens einer Feder, welche die Mutterteile gegeneinander verspannt, gestaltet sein. In jedem Fall weist das fertig montierte Planetenwälzgetriebe kein Getriebespiel auf.
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Abweichend von den oben aufgeführten Montageschritten, welche eine Messung während der Montage einschließen, ist es auch möglich, zunächst die zu montierenden Teile zu vermessen, jedoch während der Montage keine weitere Messung durchzuführen. Dieses modifizierte, rationalisierte Montageverfahren führt in der Serienfertigung zu einem weiteren Korridor, was den Wirkungsgrad des Planetenwälzgetriebes betrifft.
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Die in jedem Montageverfahren während der Montage aufgebrachte und ab diesem Zeitpunkt aufgebrachte Vorspannungskraft hat Einfluss auf die Wälzkontakte innerhalb des Planetenwälzgetriebes. Die Wälzkontakte sind als Hertz'sche Kontakte zu betrachten. Je höher die Kraft auf diese Kontakte ist, umso größer ist die Druckellipse und damit der Anteil der Bohrreibung beim Betrieb des Planetenwälzgetriebes. Da Bohrreibung höhere Reibverluste als Rollreibung verursacht, sinkt der Wirkungsgrad mit zunehmender Vorspannung. Ein weiterer Effekt ist darin gegeben, dass bei geringerer Belastung noch nicht alle Kontaktstellen innerhalb des Planetenwälzgetriebes mechanisch belastet sind oder manche Kontakte noch gar nicht hergestellt sind. Dies bedeutet, dass die Zahl der im Betrieb wirksamen Kontaktstellen mit zunehmender, im vorliegenden Fall durch Vorspannung erzeugter Belastung steigt, womit der Wirkungsgrad sinkt.
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Gemäß einer alternativen Bauform, die im Folgenden erläutert wird, ist zwingend mindestens ein Federelement vorhanden, welches die Mutterteile gegeneinander verspannt. In dieser Bauform ist der Distanzring zumindest im neuwertigen, noch keinem Verschleiß ausgesetzten, mechanisch nicht durch äußere Kräfte belasteten Planetenwälzgetriebe mit Spiel in Axialrichtung zwischen den Mutterteilen angeordnet. Trotz dieses Spiels handelt es sich auch bei dieser Bauform des Planetenwälzgetriebes um ein spielfreies Getriebe. Ein Federelement oder eine Mehrzahl an Federelementen, allgemein als Vorspannmittel bezeichnet, sorgt für den selbsthemmenden Betrieb des Planetenwälzgetriebes. Die Vorspannmittel können in die Spindelmutter des Planetenwälzgetriebes integriert sein.
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Im neuen, noch nicht eingelaufenen Zustand des Planetenwälzgetriebes bleibt bei dieser Bauform das Spiel zwischen dem Distanzring und den Mutterteilen in jedem Belastungszustand erhalten. Erst durch das Einlaufen des Planetenwälzgetriebes wird ein Kontakt zwischen dem Distanzring und den Mutterteilen hergestellt. In diesem Zustand bleibt der Wirkungsgrad praktisch auf konstantem Niveau. Der Distanzring stellt ein Mittel dar, mit welchem der Bereich, in dem der Wirkungsgrad liegen kann, nach unten begrenzt wird. Dies gilt für reguläre Schmierungsbedingungen.
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In bevorzugter Ausgestaltung liegt der Wirkungsgrad des Planetenwälzgetriebes in typischen Betriebszuständen nicht unter 25%, insbesondere nicht unter 30%. Der Maximalwert des Wirkungsgrades liegt in bevorzugter Ausgestaltung nicht über 45%, insbesondere nicht über 40%. Generell handelt es sich beim Wirkungsgrad eines Planetenwälzgetriebes nicht um eine Konstante. Vielmehr ist eine Lastabhängigkeit des Wirkungsgrades gegeben. Aufgrund der Vorspannung des Planetenwälzgetriebes ist bei geringen Lasten ein kleiner Wirkungsgrad gegeben. Mit steigender Last steigt auch der Wirkungsgrad bis zu einem Maximalwert, bevor er bei weiter steigender Last allmählich wieder abfällt. Der genannte Bereich des Wirkungsgrades von 30% bis 45% bezieht sich auf den mittleren, im bestimmungsgemäßen Betrieb des Planetenwälzgetriebes hauptsächlich auftretenden Lastbereich.
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Je nach Anwendungsfall kann auch ein Wirkungsgrad von etwas über 50%, beispielsweise ein Wirkungsgrad von 55%, eingestellt werden. Zusammen mit weiteren Elementen einer Gesamtkonstruktion, in welche das Planetenwälzgetriebe eingebettet ist, beispielsweise mit Lagerungen, wie Wälz- oder Gleitlagern, und/oder mit einer weiteren Getriebestufe, ist auch in solchen Anwendungsfällen insgesamt eine selbsthemmende Auslegung erreichbar.
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Innerhalb des Fahrwerksaktuators kann dem Planetenwälzgetriebe beispielsweise ein Umschlingungsgetriebe, insbesondere ein Riemengetriebe, als weiteres Getriebe, nämlich Untersetzungsgetriebe, vorgeschaltet sein. In diesem Fall ist die Spindelmutter des Planetenwälzgetriebes mit einer Riemenscheibe oder - im Fall einer Kette als Zugmittel - mit einem Kettenrad drehfest verbunden. Die selbsthemmende Auslegung des Aktuators bezieht sich in einem solchen Fall auf die Kombination aus Planetenwälzgetriebe und vorgeschaltetem Untersetzungsgetriebe.
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Zur Erzeugung der Vorspannung und Sicherstellung der Spielfreiheit des Planetenwälzgetriebes kann im Gehäuse der Spindelmutter ein Federelement, beispielsweise in Form einer Tellerfeder oder eines Tellerfederpakets, angeordnet sein. Gemäß einer möglichen Ausgestaltung ist auf beiden Stirnseiten der Anordnung, welche die Mutterteile sowie den Distanzring umfasst, jeweils ein solches Federelement innerhalb der Spindelmutter angeordnet.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung sind zur Vorspannungserzeugung zwei Lager vorgesehen, welche die Mutterteile der Spindelmutter lagern. Ein gesondertes Gehäuse, welches die Mutterteile umgibt, kann in dieser Ausgestaltung entfallen. Als Lager sind Radial-Axial-Wälzlager geeignet. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Schrägwälzlager, insbesondere Schrägkugellager. Ebenso kann die Funktion von Schrägwälzlagern durch einzelne, gesonderte Radiallager und Axiallager, beispielsweise Rollen- oder Nadellager übernommen werden.
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Ein mögliches Betriebsverfahren, in welchem das per Federkraft vorgespannte Planetenwälzgetriebe in dem elektromechanischen Fahrwerksaktuator verwendet wird, umfasst folgende Merkmale:
- - Ein Planetenwälzgetriebe wird bereitgestellt, welches zwei gegeneinander vorgespannte, eine Anzahl Planeten kontaktierende Mutterteile aufweist, wobei zwischen den Mutterteilen ein Distanzring mit Spiel angeordnet ist,
- - Im Betrieb des Fahrwerksaktuators, welcher das Planetenwälzgetriebe umfasst, wird das Spiel zwischen dem Distanzring und den Mutterteilen herausgenommen.
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Das Herausnehmen des Spiels zwischen dem Distanzring und den Mutterteilen kann insbesondere, wie bereits erläutert, durch den Einlaufvorgang oder Verschleiß mindestens einer der Komponenten Gewindespindel, Planeten und Mutterteile erfolgen. Ebenso ist es möglich, dass durch hohe Lasten, welche eine elastische Deformation der Wälzkontakte innerhalb des Planetenwälzgetriebes bewirken, die Mutterteile an den Distanzring angedrückt werden. In diesem Fall schützt der Distanzring vor zu hoher Vorspannung.
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Der Vorteil der Erfindung liegt besonders darin, dass auf zuverlässig reproduzierbare, für die Serienfertigung gut geeignete Weise ein ein Planetenwälzgetriebe umfassender Fahrwerksaktuator bereitgestellt wird, dessen Wirkungsgrad unter 50%, das heißt im selbsthemmenden Bereich, liegt. Als entscheidender Parameter für die Einstellung des Wirkungsgrades wird die Vorspannung zwischen den beiden Mutterteilen genutzt. Hierbei wird der grundsätzliche Zusammenhang ausgenutzt, dass der Wirkungsgrad sinkt, wenn die Reibung an den Wälzkontakten im Planetenwälzgetriebe steigt. Der Distanzscheibe, das heißt dem Distanzring, kommt eine zentrale Rolle bei der Einstellung des Wirkungsgrades zu. Hierbei ist der Wirkungsgrad des Planetenwälzgetriebes umso geringer, je dünner der Distanzring ist.
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Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Planetenwälzgetriebes eines Fahrwerksaktuators in noch nicht fertig montiertem Zustand,
- 2 das Planetenwälzgetriebe nach 1 in einem späteren Stadium des Montageverfahrens,
- 3 und 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines zum Einbau in einen Fahrwerksaktuator vorgesehen Planetenwälzgetriebe in verschiedenen Betriebszuständen in Darstellungen analog 1 und 2,
- 5 das Planetenwälzgetriebe nach 3 einschließlich einer Wälzlagerung, mit welcher eine Spindelmutter des Planetenwälzgetriebes gelagert ist,
- 6 ein für die Verwendung in einem Fahrwerksaktuator vorgesehenes Planetenwälzgetriebe einschließlich einer Wälzlagerung, mit welcher zwei Mutterteile des Planetenwälzgetriebes gelagert sind,
- 7 in schematischer Darstellung eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs mit einem selbsthemmenden Fahrwerksaktuator, welcher ein Planetenwälzgetriebe umfasst.
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Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf sämtliche Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Planetenwälzgetriebe ist Teil eines Aktuators 19, welcher zur Verwendung als Fahrwerksaktuator eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist.
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Die Einbausituation des Fahrwerksaktuators 19 in einem nur andeutungsweise dargestellten Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, nämlich Personenkraftwagens, ist in 7 skizziert. Der Fahrwerksaktuator 19 ist Teil einer Hinterachslenkung des Kraftfahrzeugs. Mit Hilfe der Hinterachslenkung ist es möglich, bei niedrigen Geschwindigkeiten die Hinterräder, von welchen in 19 ein einzelnes Rad 29 erkennbar ist, gegensinnig zu den Vorderrädern einzuschlagen, und bei höheren Geschwindigkeiten die Vorderräder und die Hinterräder 29 gleichsinnig einzuschlagen.
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Der Fahrwerksaktuator 19 umfasst ein Gehäuse 20, in welches das Planetenwälzgetriebe 1 als Stellgetriebe eingebaut ist. An das Gehäuse 20 ist ein Elektromotor 21 angebaut, welcher dem Fahrwerksaktuator 19 zuzurechnen ist. Ebenso könnte der Elektromotor 21 in das Gehäuse 20 eingebaut sein. Zur Ansteuerung des Elektromotors 21 ist eine Ansteuereinheit 22 vorgesehen. Die Motorwelle des Elektromotors 21 ist parallel zur mit M bezeichneten Mittelachse des Planetenwälzgetriebes 1 angeordet und treibt ein als Untersetzungsgetriebe ausgelegtes Riemengetriebe 23 an. Eine Riemenscheibe 24 stellt ein ausgangsseitiges Element des Riemengetriebes 23 und zugleich ein eingangsseitiges Element des Planetenwälzgetriebes 1 dar.
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Das Gehäuse 20 des Planetenwälzgetriebes 1 ist über Verbindungselemente 26 mit dem Aufbau des Kraftfahrzeugs verbunden. Mittels des Planetenwälzgetriebes 1 sind Anbindungselemente 25 verschiebbar, die gelenkig mit Spurstangen 27 gekoppelt sind. Die Spurstangen 27 wiederum sind gelenkig an Radträger 28 des Kraftfahrzeugs angeschlossen.
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Das Planetenwälzgetriebe 1 umfasst eine Gewindespindel 2 und eine mehrteilige Spindelmutter 3. Die Mittelachse der Gewindespindel 2 ist mit der Mittelachse M des gesamten Planetenwälzgetriebes 1 identisch. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion des Planetenwälzgetriebes 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.
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Die Spindelmutter 3 umfasst zwei Mutterteile 4, 5, welche beschränkt in Axialrichtung gegeneinander verschiebbar sind und eine Mehrzahl an Planeten 6 kontaktieren. Jeder Planet 6 kontaktiert außer den Mutterteilen 4, 5 auch die Gewindespindel 2. Hierbei greift ein profilierter Mittelabschnitt 8 eines jeden Planeten in das in den 1 bis 4 nur andeutungsweise dargestellte, mit 7 bezeichnete Gewinde der Gewindespindel 2 ein. In den Ausführungsbeispielen ist das Gewinde 7 als eingängiges Gewinde gestaltet. Alternativ könnte es sich bei dem Gewinde der Gewindespindel 2 um ein mehrgängiges Gewinde handeln. Im Unterschied zum Gewinde 7 ist die Profilierung der Planeten 6, welche in das Gewinde 7 eingreift, als reines Rillenprofil, das heißt steigungslos, ausgeführt.
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An den Mittelabschnitt 8 eines jeden Planeten 6 schließen sich beidseitig Seitenabschnitte 9, 10 an, welche im Vergleich zum Mittelabschnitt 8 einen geringeren Durchmesser haben. Ebenso wie der Mittelabschnitt 8 sind auch die Seitenabschnitte 9, 10 mit einer steigungslosen Profilierung versehen, welche jedoch in allen Betriebszuständen von der Gewindespindel 2 beabstandet ist. Ein Käfig zur Führung der Planeten 6 ist nicht dargestellt. Der Käfig wird benötigt, um alle Planeten 6 auf Abstand in einem bestimmten Winkel zueinander zu halten. Andernfalls könnte es zu Verklemmungen innerhalb des Planetenwälzgetriebes 1 kommen.
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Die Profilierungen der Seitenabschnitte 9, 10 greifen in eine Innenprofilierung 11 des Mutterteils 4 beziehungsweise in eine Innenprofilierung 12 des Mutterteils 5 ein. Die Mutterteile 4, 5 sind drehfest miteinander gekoppelt. Bei einem Drehantrieb der Mutterteile 4, 5 fungiert die Gewindespindel 2 als linearverschiebliches Abtriebselement des Planetenwälzgetriebes 1, wobei sie in nicht dargestellter Weise verdrehgesichert ist.
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Zwischen den Mutterteilen 4, 5 befindet sich ein Distanzring 13, welcher in den Anordnungen nach 1 sowie 3 Spiel in Axialrichtung gegenüber den Mutterteilen 4, 5 hat. Lediglich in den 1 und 2 eingezeichnete Bezugsebenen BE1, BE2 markieren die den Distanzring 13 zugewandten Stirnseiten der Mutterteile 4, 5. Auch in der Anordnung nach 3 sind beide Bezugsebenen BE1, BE2 vom Distanzring 13 beabstandet. Beim Distanzring 13 handelt es sich um ein starres, praktisch nicht komprimierbares Metallteil.
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Die Anordnung nach 1 zeigt die Positionierung der Gewindespindel 2, der Planeten 6, sowie der Mutterteile 4, 5 und des Distanzrings 13 während der Montage, wobei bereits in diesem Zustand die prinzipielle Funktionsfähigkeit des Planetenwälzgetriebes 1 gegeben ist. Wie aus 1 hervorgeht, ist der Distanzring 13, dessen Innen- und Außendurchmesser auf den Innen- und Außendurchmesser der Mutterteile 4, 5 abgestimmt ist, mit Spiel zwischen diesen Teilen 4, 5 angeordnet. Dagegen ist bereits ein Kontakt zwischen den Mutterteilen 4, 5 und den Planeten 6 sowie zwischen den Planeten 6 und der Gewindespindel 2 gegeben. Der Wirkungsgrad ist in diesem Zustand noch nicht auf einen definierten Wert eingestellt.
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Zur Einstellung des Wirkungsgrades wird eine in Axialrichtung wirkende Kraft von außen in die Mutterteile 4, 5 eingeleitet. Bei Erreichen eines definierten Niveaus dieser Axialkraft wird der Abstand zwischen den Mutterteilen 4, 5, das heißt die Breite des zwischen den Mutterteilen befindlichen Ringraums, gemessen und der erfasste Messwert gespeichert. Bei diesem Vorgang befindet sich entweder noch kein Distanzring zwischen den Mutterteilen 4, 5 oder - wie in 1 skizziert - lediglich ein Distanzring 13, welcher derart dimensioniert ist, dass der Vorgang des Zusammenpressens der Mutterteile 4, 5, welcher durch die ansteigende Axialkraft bewerkstelligt wird, nicht durch den Distanzring 13 gestoppt wird.
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In jedem Fall wird ein Set an Distanzringen 13 bereitgehalten, welche nach Dicke sortiert sind. Die geeignete Dicke des Distanzrings 13 wird ermittelt, indem von dem gemessenen, gespeicherten Wert der Spaltbreite ein definierter Betrag von einigen µm abgezogen wird. Nach dem Einsetzen des passenden Distanzrings 13 in den Spaltraum werden die Mutterteile 4, 5 soweit aufeinander zu verlagert, bis der in 2 skizzierte Zustand erreicht ist, das heißt die Mutterteile 4, 5 am Distanzring anliegen. Auf diese Weise ist eine definierte Vorspannung und damit auch ein definierter Wirkungsgrad des Planetenwälzgetriebes 1 eingestellt, wobei die zwischen den Mutterteilen 4, 5 wirkende Vorspannkraft in 2 mit F bezeichnet ist. Die Vorspannkraft F ist derart bemessen, dass der Verbund zwischen dem Distanzring 13 und den Mutterteilen 4, 5 beim bestimmungsgemäßen Betrieb des Planetenwälzgetriebes 1 nicht gelockert wird. Die Positionierung des Mutterteils 4 relativ zum Mutterteil 5 ist durch eine in 2 nicht dargestellte Verschraubung fixiert.
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In 3 ist der Neuzustand einer weiteren Ausführungsform eines Planetenwälzgetriebes 1 illustriert, wobei in diesem Fall eine Vorspannung mit Hilfe von Federelementen 14, 15 realisiert ist. Die Federelemente 14, 15, bei welchen es sich um Tellerfedern handeln kann, sind auf beiden äußeren Stirnseiten der Mutterteile 4, 5 angeordnet und derart ausgelegt, dass die Planeten 6 spielfrei zwischen dem Gewinde 7 und dem Innenprofilierungen 11, 12 positioniert sind, wobei der Distanzring 13 in diesem Zustand noch ohne Funktion ist.
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Während der Einlaufphase des Planetenwälzgetriebes 1 nach 3 treten geringe geometrische Änderungen an den Oberflächen der Komponenten 2, 4, 5, 6 auf, wodurch sich der Abstand zwischen den Mutterteilen 4, 5 signifikant verringert. Die Verringerung des Abstands zwischen den Mutterteilen 4, 5 endet mit dem in 4 skizzierten Zustand. Der Übergang zu diesem Zustand kann auch durch elastische Deformation der Wälzkontakte zwischen den Planeten 6 einerseits und den Mutterteilen 4, 5 sowie der Gewindespindel 2 andererseits bewirkt werden, wobei in einem solchen Fall der Distanzring 13 als Schutz vor zu hoher Vorspannung dient. In jedem Fall liegen beide Mutterteile 4, 5 am Distanzring 13 an. Im Zustand nach 4 hat das Planetenwälzgetriebe 1 ebenso wie bereits im Zustand nach 3 einen Wirkungsgrad von weniger als 50%. Dadurch, dass sich die axiale Ausdehnung der Federelemente 14, 15 dem Verschleißzustand des Planetenwälzgetriebes 1 anpasst, wird einerseits ein Wirkungsgrad von mehr als 50%, was einen nicht selbsthemmenden Betrieb des Planetenwälzgetriebes 1 entsprechen würde, vermieden, wobei andererseits der Wirkungsgrad nicht durch eine unnötig hohe Vorspannung zu weit unter 50% abgesenkt wird. Ein Wirkungsgrad des Planetenwälzgetriebes 1 nach 3 von weniger als 30% ist in keinem Betriebszustand gegeben.
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Die Mutterteile 4, 5 des Planetenwälzgetriebe 1 nach 3 sind, wie in 5 skizziert ist, in einer Mutterhülse 16 aufgenommen, welche ebenfalls der Spindelmutter 3 zuzurechnen ist und auch als Gehäuse bezeichnet wird. Die durch die Federelemente 14, 15 erzeugten Vorspannkräfte werden vom Gehäuse 16 aufgenommen, so dass in diesem Fall außerhalb des Gehäuses 16 keine Vorspannkräfte aufzunehmen oder zu erzeugen sind.
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Weitere Komponenten des Planetenwälzgetriebes 1 sind zwei Wälzlager 17, 18, bei welchen es sich um ein- oder mehrreihige Lagerungen beliebiger Art handeln kann. Zusätzlich zu Radialkräften werden über die Wälzlager 17, 18 beim Betrieb des Planetenwälzgetriebes 1 auch Axialkräfte zwischen der Spindelmutter 3 und der Gewindespindel 2 übertragen. Auf die Vorspannung zwischen den Mutterteilen 4, 5 haben die Wälzlager 17, 18 des Planetenwälzgetriebes 1 nach 5 keinen Einfluss.
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In der Ausführungsform nach 6 entspricht der Aufbau des hier nicht im Detail dargestellten Planetenwälzgetriebes 1 im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel nach 1, wobei im Fall von 6 kein Gehäuse, welches die Mutterhälften 4, 5 umschließt und hierbei die Vorspannung zwischen den Mutterhälften 4, 5 aufrechterhält, vorhanden ist. Vielmehr ist gemäß 6 ist die Vorspannung zwischen den Mutterteilen 4, 5 durch die Wälzlager 17, 18, welche in diesem Fall zum Beispiel als Schrägwälzlager ausgeführt sind, bestimmt. Innerhalb der Spindelmutter 3 sind in diesem Fall keine Federelemente angeordnet. Die über die Wälzlager 17, 18 in die Spindelmutter 3 eingeleitete Vorspannungskraft sorgt dafür, dass die Mutterhälften 4, 5 stets an den Distanzring 13 angepresst bleiben.
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Ebenso wie in den bereits erläuterten Ausführungsbeispielen wird auch im Ausführungsbeispiel nach 6 der Wirkungsgrad des Planetenwälzgetriebes 1 in einem Bereich von unter 50%, jedoch mehr als 30%, gehalten wird. Dies gilt selbst bei verschleißbedingten Abmessungsänderungen der Komponenten 2, 4, 5, 6 des Planetenwälzgetriebes 1.
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In allen Ausführungsformen ist das Planetenwälzgetriebe 1 zum Einbau in den Aktuator 19 einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs, wie in 7 schematisch dargestellt, geeignet. Bei Energieausfall behält der gesamte Fahrwerksaktuator 19 einschließlich des Planetenwälzgetriebes 1 seine momentane Einstellung. Durch die spielfreie Auslegung des Planetenwälzgetriebes 1 gilt dies auch in Fällen, in denen das Planetenwälzgetriebe 1 Vibrationsbelastungen ausgesetzt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Planetenwälzgetriebe
- 2
- Gewindespindel
- 3
- Spindelmutter
- 4
- Mutterteil
- 5
- Mutterteil
- 6
- Planet
- 7
- Gewinde
- 8
- Mittelabschnitt
- 9
- Seitenabschnitt
- 10
- Seitenabschnitt
- 11
- Innenprofilierung
- 12
- Innenprofilierung
- 13
- Distanzring
- 14
- Federelement
- 15
- Federelement
- 16
- Mutterhülse, Gehäuse
- 17
- Wälzlager
- 18
- Wälzlager
- 19
- Fahrwerksaktuator
- 20
- Gehäuse
- 21
- Elektromotor
- 22
- Ansteuereinheit
- 23
- Riemengetriebe
- 24
- Riemenscheibe
- 25
- Anbindungselement
- 26
- Verbindungselement
- 27
- Spurstange
- 28
- Radträger
- 29
- Rad
- BE1,BE2
- Bezugsebene
- F
- Vorspannkraft
- M
- Mittelachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013213328 A1 [0002]
- DE 102015219198 A1 [0003]
- DE 1020142013861 A1 [0004]
- DE 102016125226 A1 [0004]
- DE 102014203862 A1 [0005]
- DE 102010011820 A2 [0006]
- DE 102008008013 B3 [0007]
- DE 102013213704 A1 [0008]
- DE 1020152015889 A1 [0009]
- DE 102015202827 B3 [0009]
- DE 102015203086 A1 [0010]
