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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Getriebetechnik und insbesondere ein Planetengetriebe nach Anspruch 1 und eine bevorzugte Verwendung dieses Getriebes für ein Lenksystem nach Anspruch 11.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Aus dem Stand der Technik sind hydraulische Lenkgetriebe für Nutzfahrzeuge bekannt. Deren Komponenten arbeiten Prinzip bedingt mit und im Hydrauliköl und werden dadurch auch geschmiert. Die heutige Segmentwellenverzahnung innerhalb des Hydraulikkolbens befindet sich dabei vollständig im Ölbad. Dies gilt gleichermaßen für Planetengetriebe, die eine entsprechend aufwendige und zuverlässige Gehäuseabdichtung aufweisen müssen. Dies insbesondere auch deshalb, um negative Umwelteinflüsse bei potentiellen Leckagen zu vermeiden. Zudem sind aufwendige Pump- und Filtersysteme bei schnell laufenden Zahnrädern erforderlich.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Planetengetriebe mit einer verbesserten Schmierung bereitzustellen, das die vorstehenden Nachteile überwindet und das einfach aufgebaut und zuverlässig betreibbar ist.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche, die in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Vorteile der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
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Ein wesentlicher Punkt der vorliegenden Erfindung besteht dabei darin, dass eine Rückfettung innerhalb des Systems, bevorzugt in Kombination mit der Auswahl eines speziell darauf abgestimmten Fettes sichergestellt wird. Die Rückfettung wird durch seitliche Begrenzungen des Hohlrades und/oder Teilen der Planetenräder gewährleistet. Die Begrenzungen werden durch Gehäusewände gebildet und bilden einen Ringkanal, in dem die Zahnräder teilweise rotieren. Das Fett selbst wird innerhalb des Ringkanals durch Fliehkräfte nach außen an das Hohlrad abgeschleudert, während das seitliche Abwandern des Fettes durch die Gehäusewände verhindert wird. Insofern verbleibt das Fett weitestgehend auf der Hohlradverzahnung und wird durch die Drehung des Steges immer wieder aufs Neue dort verteilt. Aufgrund der Eigenrotation der Planeten werden diese selbst und zugleich auch das Sonnenrad mit Fett benetzt. Da tendenziell die Fliehkräfte der rotierenden Zahnräder das Fett radial nach außen drängen, ist ein stetiger Kreislauf zu erkennen. Damit sind lediglich geringe Aufwendungen für die Gehäuseabdichtungen erforderlich, insbesondere zwischen Planetengetriebe und Zahnriemen. Durch die Fettschmierung muss das Planetengetriebe auch über keinen Ölkreislauf mehr verfügen.
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Als Fettreservoir dienen die Spalte zwischen Gehäuse, Hohlrad und Planetenrädern.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist aber wenigstens eine der seitlichen Gehäusewangen, das Hohlrad, wenigstens eines der Planetenräder und/oder das Sonnenrad wenigstens ein jeweiliges (zusätzliches) Fettreservoir auf. Damit ist selbst bei hoher Betriebsdauer und -belastung eine zuverlässige Schmierung des Getriebes gewährleistet, ohne dass notwendigerweise ein Wartungseingriff erfolgen muss. Je nach geforderter Belastbarkeit des Getriebes wie z.B. Drehzahl und -moment kann das wenigstens eine Fettreservoir in einem oder mehreren der stehenden (Gehäuse) oder laufenden Bauteile (Hohlrad, Planeten- und Sonnenrad) angeordnet sein. Wo dies geschieht, hängt dabei von der Schmierleistung ab, die unter den spezifischen Einsatzbedingungen innerhalb des Getriebes gefordert ist.
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Grundsätzlich kann das wenigstens eine Fettreservoir von einer Gehäuseaußenseite her befüllbar oder nachfüllbar, es kann aber auch gegen die Gehäuseaußenseite abgeschlossen sein. Im letzteren Fall kann das Fettreservoir nach Größe und Lage so ausgebildet sein, dass ein selbstschmierendes System entsteht, welches bestenfalls keine weitere Wartung erfordert. In einer besonders einfachen Ausführungsform ist das wenigstens eine Fettreservoir in Form einer Ausnehmung der wenigstens einen Gehäusewange, in dem Hohlrad, in wenigstens einem Planetenrad und/oder in dem Sonnenrad ausgeführt.
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Eine solche Ausnehmung ist bevorzugt taschenartig ausgeführt, und erstreckt sich in Umfangsrichtung wenigstens einer Gehäusewange, des Hohlrades, wenigstens eines Planetenrades und/oder des Sonnenrades. Damit ist eine besonders lange Auswurfstrecke des Schmierfettes an die Laufflächen der zu schmierenden Bauteile gewährleistet, was zu einer besonders effizienten Schmierung führt.
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Es ist zudem bevorzugt, dass das wenigstens eine Fettreservoir so angeordnet ist, das es mit einem Eingriffsbereich zwischen Planetenrädern und Hohlrad kommuniziert oder kommunizieren kann. Dadurch ist eine besonders zuverlässige Schmierung der längsten Laufflächen des Getriebes sichergestellt, die am meisten Schmierfett benötigen.
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Die Schmierung des Eingriffsbereichs zwischen Planetenrädern und Hohlrad lässt sich noch weiter verbessern, wenn wenigstens eines der Planetenräder wenigstens eine Durchtrittsöffnung aufweist, die wenigstens einseitig mit einem Fettreservoir kommuniziert oder kommunizieren kann.
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Die Durchtrittsöffnung kann einerseits beide Seitenflächen des Planetenrads miteinander verbinden, wobei diese einseitig oder beidseitig mit einem Fettreservoir kommuniziert oder kommunizieren kann, wenn das Planetenrad daran vorbeiläuft. Im einseitigen Fall steht dabei im Vordergrund, dass auch die gegenüberliegende Seite des Planetenrades zuverlässig mit Schmierfett versorgt wird, wenn diese z.B. kein entsprechendes Reservoir aufweist. Im beidseitigen Fall steht dagegen im Vordergrund, dass sich beide über die Durchtrittsöffnung kommunizierenden Fettreservoire gegenseitig befüllen und damit ausgleichen können, sollte eines davon eine geringere Menge Schmierfett aufweisen.
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Andererseits kann aber auch vorgesehen sein, dass die Durchtrittsöffnung eine Seitenfläche des Planetenrads mit dessen Lauffläche verbindet, wobei diese lediglich einseitig, d.h. auf der Seitenfläche des Planetenrades mit dem Fettreservoir kommuniziert, wenn das Rad daran vorbeiläuft. Dies stellt eine besonders effiziente Schmierung der Lauffläche dar, da das Schmierfett direkt zu dieser geleitet wird.
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Eine besonders einfach zu realisierende und flexible Schmierung wird dadurch erzielt, wenn die wenigstens eine Durchtrittsöffnung in dem wenigstens einen Planetenrad im Wesentlichen parallel zu dessen Drehachse ausgerichtet ist. Dies ermöglicht sowohl die in Umfangsrichtung sektorenweise Anordnung von gegenüberliegenden Fettreservoiren z.B. in den Gehäusewangen wie auch gleichzeitig deren in Umfangsrichtung sektorenweisen Versatz, so dass sowohl ein Ausgleich der Reservoire wie auch eine Schmierung der jeweils gegenüberliegenden Seite eines Planetenrades über dessen Durchtrittsöffnung möglich ist.
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In bevorzugter Weise ist die Auswahl des bevorzugten Schmierfettes auf den Einsatzbereich und damit die spezifische Auslegung des erfindungsgemäßen Planetengetriebes abgestimmt. Eine besonders effiziente Schmierung ist demnach dann gewährleistet, wenn das Schmierfett einen ungefähr 90-prozentigen Anteil synthetischen Grundöls auf PAO(Poly-Alpha-Olefin)-Basis aufweist. Alternativ oder zusätzlich ist ein Schmierfett auch dann optimal gewählt, wenn es eine Viskosität analog ISO-VG-320 und/oder eine Konsistenz analog NLG1 bis NLG2 aufweist.
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Aufgrund seiner effizienten und einfachen Schmierung soll das erfindungsgemäße Planetengetriebe bevorzugt für ein Lenksystem, insbesondere in einem Kraftfahrzeug verwendet werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele deutlich. Gleiche oder gleichwirkende Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Es zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßes Planetengetriebe mit darin sichtbaren Bauteilen;
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2 einen Längsschnitt durch das Planetengetriebe der 1, und
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3 eine Draufsicht auf eine Gehäusewange des Planetengetriebes der 1.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Planetengetriebe P mit darin sichtbaren Bauteilen. Dieses Planetengetriebe P mit Fettschmierung umfasst ein Hohlrad 10 und ein sich zentrisch darin erstreckendes Sonnenrad 20, wobei das Hohlrad 10 und das Sonnenrad 20 um eine zentrale Achse 21 gegeneinander verdrehbar gelagert sind, und mit Planetenrädern 30 ... 30’’, die einerseits mit dem Sonnenrad 20 und andererseits mit dem Hohlrad 10 in Eingriff stehen, und deren Drehachsen 31 ... 31’’ zur gemeinsamen Bewegung über einen Steg 40 miteinander verbunden sind. Das System aus Hohlrad 10, Sonnenrad 20 und Planetenrädern 30 ... 30’’ bewegt sich entlang einer Gehäusewange 50, welche dieser zugewandte Oberflächen der Planetenräder 30 ... 30’’ wenigstens teilweise abdecken, so dass ein seitliches Abwandern des Schmierfettes blockiert ist, und sich dieses im Wesentlichen über die ineinander greifenden Laufflächen des Hohlrades 11, der Planetenräder 32 ... 32’’ und des Sonnenrades 21 verteilt. Auf diese Weise ist eine einfache und zuverlässige Fettschmierung des Planetengetriebes P erreicht, die keine aufwendige Abdichtung erfordert.
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Die 2 zeigt einen Längsschnitt durch das Planetengetriebe P der 1, bei dem die Drehrichtung der einzelnen Bauteile mit D bezeichnet ist. In den links- und rechtsseitigen Gehäusewange 50 bzw. 50’ sind Fettreservoire 60 .. 60’’ bzw. 61 ... 61’’ ausgebildet, welche taschenartig ausgeformt sind und eine selbsttätige Schmierung des Getriebes P erlauben. Die Reservoire 60 .. 60’’ bzw. 61 ... 61’’ sind dabei seitlich angrenzend dem Zahneingriff zwischen Planetenrädern 30 ... 30’’ und Hohlrad 10 angeordnet, um einen besonders effizienten Schmierfetteintrag an deren Laufflächen 11 und 32 ... 32’’ sicherzustellen. Ein solches Getriebe ist daher stets zuverlässig geschmiert und zudem völlig wartungsfrei betreibbar, womit es sich insbesondere auch für Lenksysteme eignet.
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Ein Ausgleich potentiell unterschiedlicher Befüllung der gegenüberliegenden Reservoire 60/61, 60’/61’ und 60’’/61’’ kommt dabei über den Kanal zustande, der in axialer Richtung durch die ineinander greifende Verzahnung des Hohlrades 10 mit den Planetenrädern 30 ... 30’’ gebildet wird, wenn diese an den Reservoiren 60/61, 60’/61’ und 60’’/61’’ vorbeilaufen. Damit ist eine stets gleichmäßige und zuverlässige Schmierung von deren Laufflächen 11, 32 ... 32’’ von beiden Seiten her gewährleistet.
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Die Planetenräder 30 ... 30’’ weisen zudem Durchtrittsöffnungen 33 ... 33’’ auf, welche die gegenüberliegenden Reservoire 60/61, 60’/61’ und 60’’/61’’ miteinander verbinden bzw. beim Durchlauf der jeweiligen Planetenräder 30 ... 30’’ miteinander verbinden können. Diese können auch durch die ineinandergreifenden Zähne von Planetenrädern 30 ... 30’’ und Hohlrad 10 gebildet werden. Die Durchtrittsöffnungen 33 ... 33’’ bilden dabei einen Kanal, in dem sich das darin eintretende Schmierfett unter Einwirkung der Zentrifugalkraft der Planetenräder 30 ... 30’’ verteilt, so dass die gegenüberliegenden Reservoire 60/61, 60’/61’ und 60’’/61’’ stets gleichmäßig befüllt sind. Die Durchtrittöffnungen 33 ... 33’’ müssen dabei nicht axial verlaufen, sondern können auch eine seitliche Oberfläche eines Planetenrades 30 ... 30’’ mit dessen Lauffläche 32 .... 23’’ verbinden, um eine besonders effiziente Schmierung genau dort sicherzustellen, wo sie gefordert ist.
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Ein besonders geeignetes Schmierfett weist einen Anteil von circa 90% eines synthetischen Grundöls auf Poly-Alpha-Olefin(PAO)-Basis mit einer Viskosität analog ISO-VG-320 (DIN 51519) auf. Hinzu kann ein 10% Ester-Zusatz zur Verbesserung der Fließeigenschaften und zur Erhöhung der Gehäusedichtung kommen. Das Verdickersystem kann aus circa 5% Lithiumseife der Konsistenzklasse NLG1 bis 2 (DIN 51818) bestehen, wobei Zusätze einer Extreme Pressure(EP)/Anti Wear(AW)-Legierung als Fressschutz, Antioxidant, Korrosionsschutz und/oder zur Kupferpassivierung treten können.
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Die 3 zeigt schließlich eine Draufsicht auf eine Gehäusewange 50’ des Planetengetriebes P der 1. Dabei ist die Lage und Ausbildung der einzelnen Fettreservoire 61 ... 61’’ aus dieser Sicht verdeutlicht. Die Reservoire 61 ... 61’’ dieser Wange 50’ sind jeweils um 90° versetzt über den gesamten Umfang des Gehäuses hinweg angeordnet. Ihre langgestreckte Form sorgt dabei für einen ausreichenden Schmierfetteintrag über eine lange Strecke der Lauffläche 11 des Hohlrads 10 hinweg. Auch dies erhöht die stets zuverlässige und ausreichende Schmierung des Planetengetriebes P, die insbesondere bei hohen Drehzahlen erforderlich ist.
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Abschließend sei angemerkt, dass der Begriff „umfassen“ weitere Elemente oder Verfahrensschritte nicht ausschließt, ebenso wie der Begriff „ein“ und „eine“ mehrere Elemente und Schritte nicht ausschließt.
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Die verwendeten Bezugszeichen dienen lediglich der besseren Verständlichkeit und sollen keinesfalls als einschränkend betrachtet werden, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die Ansprüche wiedergegeben wird.
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Bezugszeichenliste
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- D
- Drehrichtung
- P
- Planetengetriebe
- 10
- Hohlrad
- 20
- Sonnenrad
- 21
- Zentrale Achse
- 30 ... 30’’
- Planetenräder
- 31 ... 31’’
- Drehachsen
- 32 ... 32’’’
- Laufflächen
- 33 ... 33’’
- Durchtrittsöffnungen/Zahnlücken
- 40
- Steg
- 50, 50’
- Gehäusewange
- 60 .. 60’’
- Fettreservoir
- 61 ... 61’’
- Fettreservoir
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ISO-VG-320 [0015]
- ISO-VG-320 [0025]
- DIN 51519 [0025]
- DIN 51818 [0025]
