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HINTERGRUND DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schmiersystem für ein Planetengetriebe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Ein Planetengetriebe umfasst ein Sonnenrad, ein Hohlrad und eine gewisse Anzahl von Planetenrädern, die von einem Planetenträger getragen werden. Das Planetengetriebe kann in einem hybriden Antriebsstrang in einem Fahrzeug verwendet werden. Das Sonnenrad ist drehfest auf einer Eingangswelle angeordnet, und der Planetenträger ist drehfest auf einer Ausgangswelle angeordnet, die koaxial zu der Eingangswelle angeordnet ist. Die Bauteile des Planetengetriebes werden gewöhnlich von einem Schmiersystem geschmiert und gekühlt, das ein Schmiermittel über einen Schmierkanal in einer der Wellen zu einem Schmierdurchgang in dem Planetenträger zuführt. Das Schmiermittel wird in den Schmierdurchgang anhand der Zentrifugalkraft des sich drehenden Planetenträgers radial nach außen gedrängt. Der Schmierdurchgang in dem Planetenträger gibt das Schmiermittel an die Planetenräderlager ab. In gewissen Betriebszuständen ist die Drehzahl des Planetenträgers sehr niedrig. In solchen Fällen ist die Zentrifugalkraft nicht stark genug, um das Schmiermittel ganz bis zu den Planetenradlagern radial nach außen zu drängen.
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Die
JP 2010149764 zeigt eine Lastschaltgetriebevorrichtung eines hybriden Fahrzeugs, die in der Lage ist, unter Verwendung der Drehung eines Sonnenrads Öl in Richtung auf ein Planetenzahnrad zuzuführen. Die Lastschaltgetriebevorrichtung kann einen Kanal mechanischer Leistung, die von einer Verbrennungskraftmaschine ausgegeben wird, auf eine Antriebswelle übertragen, indem sie die mechanische Leistung durch einen Planetengetriebemechanismus aufteilt. Ein Hohlrad dreht sich durch Verzahnung mit der Antriebswelle, und ein Planetenträger weist eine Sonnenradwelle auf, die mit einer Motorabtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist und das Sonnenrad und einen Rotor eines Elektromotors verbindet. Die Sonnenradwelle ist mit einem Ölausflussloch gebildet, das bewirken kann, dass das Öl, das in einem Innenraum vorhanden ist, in einen zahnradseitigen Raum ausfließt, wenn sich die Sonnenradwelle dreht, indem der Innenraum der Sonnenradwelle mit dem zahnradseitigen Raum, dem ein Planetenrad zugewandt ist, das von dem Planetenträger getragen wird, in Verbindung gebracht wird.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen notwendigen Schmiermittelfluss zu den Planetenradlagern eines Planetengetriebes im Wesentlichen in allen Betriebszuständen sicherzustellen.
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Diese Aufgabe wird mit der Anordnung der in der Einleitung erwähnten Art erreicht, die durch die Merkmale gekennzeichnet ist, die in dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegeben werden. Das Planetenrad umfasst ein Sonnenrad, das mit einer Eingangswelle verbunden ist, und einen Planetenträger, der mit einer Ausgangswelle verbunden ist. Das Planetengetriebe stellt zwei Betriebszustände bereit. In einem ersten Betriebszustand ist die Eingangswelle an dem Planetenträger gesperrt. In diesem Fall drehen sich das Sonnenrad und der Planetenträger mit der gleichen Drehzahl. In einem zweiten Betriebszustand wird die Drehbewegung der Eingangswelle über das Sonnenrad, die Planetenräder und den Planetenträger auf die Ausgangswelle übertragen. In diesem Fall dreht sich der Planetenträger gewöhnlich mit einer niedrigeren Drehzahl als das Sonnenrad. Das Schmiermittel wird durch die Zentrifugalkraft durch den Schmierdurchgang bis zu den Planetenradlagern radial nach außen gedrängt. Die Größe der Zentrifugalkraft hängt mit der Drehzahl des Sonnenrads zusammen. Da die Drehzahl des Sonnenrads meistens höher oder gleich der Drehzahl des Planetenträgers ist, ist es günstig, einen ersten Teil des primären Schmierdurchgangs in dem Sonnenrad anzuordnen. Die relativ hohe Geschwindigkeit des Sonnenrads im Wesentlichen in allen Betriebszuständen stellt einen benötigten Schmierfluss durch den Schmierdurchgang ganz bis zu den Planetenradlagern radial nach außen sicher.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Eingangsöffnung des ersten Teils des primären Schmierdurchgangs an einer inneren Peripherie des Sonnenrads angeordnet sein, und die Ausgangsöffnung kann in einer Seitenfläche des Sonnenrads angeordnet sein. Bevorzugt ist die Ausgangsöffnung in der Seitenfläche in der Nähe einer äußeren Peripherie des Sonnenrads angeordnet. In diesem Fall erzielt der erste Kanal des Schmierdurchgangs eine optimale Erweiterung in einer radialen Richtung in dem Sonnenrad.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der erste Teil des primären Schmierdurchgangs eine Zone, die eine Schmierführungsfläche aufweist, die einen Winkel von mindestens 45 Grad mit Bezug auf die Drehachse des Sonnenrads bildet. Bevorzugt bildet die Schmierführungsfläche einen Winkel im Bereich von 50 bis 70 Grad mit Bezug auf die Drehachse des Sonnenrads. Das Vorliegen einer derartigen radial nach außen gerichteten Führungsfläche führt zu einer hohen Geschwindigkeit des Schmiermittelflusses radial nach außen, was ferner sicherstellt, dass das Schmiermittel die Planetenradlager erreicht. Diese Zone kann die Ausgangsöffnung in dem Sonnenrad umfassen. In diesem Fall weist der Schmiermittelfluss eine hohe Geschwindigkeit radial nach außen auf, wenn er den ersten Teil des primären Schmierdurchgangs und das Sonnenrad verlässt.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der primäre Schmierdurchgang einen zweiten Teil, in dem das Schmiermittel von dem ersten Teil zu einem dritten Teil des primären Schmierdurchgangs, der in dem Planetenträger angeordnet ist, geleitet wird. Die Planetenradlager tragen die Planetenräder in einer radial nach außen gehenden Position des Sonnenrads. Somit muss der primäre Schmierdurchgang einen letzten dritten Teil in dem Planetenträger, der das Schmiermittel zu den Lagern leitet, und einen zweiten mittleren Teil, der den Schmiermittelfluss von dem ersten Teil in dem Sonnenrad zu dem dritten Teil in dem Planetenträger leitet, aufweisen. Der zweite Teil des primären Schmierdurchgangs kann in einer radialen Ebene gebildet sein, die sich durch das Sonnenrad und den Planetenträger hindurch erstreckt. Bevorzugt kann der zweite Teil des primären Schmierdurchgangs eine derartige Bauform sein, dass er den Schmiermittelfluss in dem zweiten Teil des primären Schmierdurchgangs von dem ersten Teil in dem Sonnenrad zu dem dritten Teil des primären Schmierdurchgangs in dem Planetenträger radial nach außen leitet. In diesem Fall trifft der Schmierfluss nicht auf die Oberflächen in dem zweiten Teil des primären Schmierdurchgangs.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der dritte Teil des primären Schmierdurchgangs eine ringförmige Nut, die mit einer Öffnung versehen ist, über die er Schmiermittel von dem zweiten Teil des primären Schmierdurchgangs erhält. Eine derartige ringförmige Nut erstreckt sich um die Drehachse der Wellen herum. Die Öffnung der Nut kann in einer Ebene angeordnet sein, die einen Winkel zur Drehachse der Wellen bildet. Der Winkel kann in dem Bereich von 1 bis 5° liegen. Eine derartige Neigung der Öffnung der Nut erleichtert die Aufnahme des Schmiermittelflusses in der Nut. Die Öffnung der Nut in dem dritten Teil des primären Schmierdurchgangs kann in einer gemeinsamen radialen Ebene mit der Ausgangsöffnung des ersten Teils des primären Schmierdurchgangs angeordnet sein. In diesem Fall wird ein radial nach außen gerichteter Schmiermittelfluss in dem zweiten Teil der primären Schmierung von der Ausgangsöffnung in dem Sonnenrad zu der Nut in dem Planetenträger bereitgestellt.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der dritte Teil des primären Schmierdurchgangs Kanäle, die Schmiermittel von der Nut zu dem jeweiligen Planetenrad und den Planetenradlagern leiten. Der dritte Teil des primären Schmierdurchgangs kann eine gewisse Anzahl von Kanälen umfassen, die Eingangsöffnungen in regelmäßigen Abständen entlang der ringförmigen Nut aufweisen. Das Schmiermittel, das in der Nut aufgenommen wird, fließt entlang der ringförmigen Nut, bis es eine derartige Eingangsöffnung erreicht. Der Planetenträger kann eine Nabe für jedes Planetenrad umfassen, wobei der dritte Teil des primären Schmierdurchgangs einen Kanal, der Schmiermittel zu einem Innenraum der Nabe leitet, und einen Kanal, der Schmiermittel von dem Innenraum der Nabe zu dem Planetenradlager leitet, umfasst.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Schmiersystem einen sekundären Schmierdurchgang, der Schmiermittel zu einem Eingriffsbereich zwischen dem Sonnenrad und den Planetenrädern leitet. Der sekundäre Schmierdurchgang kann sich durch das Sonnenrad hindurch zwischen einer Eingangsöffnung, die in einer inneren Peripherie des Sonnenrads angeordnet ist, und einer Ausgangsöffnung, die an einer äußeren Peripherie des Sonnenrads in einem Eingriffsbereich mit den Planetenrädern angeordnet ist, erstrecken. Der primäre Schmierdurchgang und der sekundäre Schmierdurchgang können mindestens teilweise eine parallele Erweiterung in dem Sonnenrad aufweisen.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können der primäre Schmierdurchgang und der sekundäre Schmierdurchgang von einem gemeinsamen radialen Kanal in einer der Wellen Schmiermittel aufnehmen. In diesem Fall reduziert sich die Anzahl der radialen Ölkanäle in der Welle. Die Welle mit dem radialen Ölkanal kann die Eingangswelle oder die Ausgangswelle sein. Das Schmiersystem kann ein scheibenförmiges Element umfassen, das im Innern des Sonnenrads angeordnet ist, wo es den primären Schmierdurchgang von dem sekundären Schmierdurchgang trennt. Ein derartiges scheibenförmiges Element kann eine relativ einfache Bauform aufweisen. Das scheibenförmige Element kann einen inneren Randabschnitt umfassen, der in einer äußeren radialen Position einer Ausgangsöffnung des radialen Kanals in der Welle und in einer axialen Position, in der es den Schmiermittelfluss aus dem radialen Kanal nach vorbestimmten Eigenschaften auf die jeweiligen Schmierdurchgänge verteilt, angeordnet ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend anhand eines Beispiels mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung beschrieben.
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1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Planetengetriebes, das ein Schmiersystem gemäß der Erfindung umfasst.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
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1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Planetengetriebes. Das Planetengetriebe umfasst ein Sonnenrad 1, das drehfest auf einer ersten drehbaren Welle 2 angeordnet ist, und einen Planetenradträger 3, der drehfest auf einer Ausgangswelle 4 angeordnet ist. Die Eingangswelle 2 und die Ausgangswelle 4 sind koaxial angeordnet. Die Eingangswelle 2 und die Ausgangswelle 4 sind Teile eines Antriebsstrangs D eines Fahrzeugs. Die Eingangswelle 2, das Sonnenrad 1, die Ausgangswelle 4 und der Planetenträger 3 sind um eine gemeinsame Drehachse 5 herum drehbar angeordnet. Ein Teil der Ausgangswelle 4 ist drehbar im Innen der Eingangswelle 2 anhand eines teilweise gezeigten Lagers 6 angeordnet. Der Planetenträger 3 umfasst die Naben 8, welche die jeweiligen Planetenräder 3 tragen. Die Planetenräder 7 sind drehbar an der Nabe 8 anhand von Planetenradlagern 9 angeordnet. Das Planetenrad 7 umfasst Zähne, die mit den Zähnen des radial nach innen angeordneten Sonnenrads 1 und mit den Zähnen eines radial nach außen angeordneten Hohlrads 10 in Eingriff stehen.
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Der Planetenträger 3 umfasst einen Sperrabschnitt 3a. Der Sperrabschnitt 3a soll von einem nicht gezeigten Sperrelement in Eingriff gebracht werden. Das Sperrelement ist drehfest auf der Eingangswelle 2 angeordnet. Das Sperrelement ist in einer axialen Richtung mit Bezug auf die Eingangswelle 2 zwischen einem ersten Betriebszustand und einem zweiten Betriebszustand bewegbar angeordnet. In dem ersten Betriebszustand steht das Sperrelement in Eingriff mit dem Sperrabschnitt 3a des Planetenradträgers 3. Die Drehbewegung der Eingangswelle 2 wird anhand des Planetenträgers 3 auf die Ausgangswelle 4 übertragen. In diesem Betriebszustand drehen sich die sekundäre Welle 4 und der Planetenträger 3 mit der gleichen Drehzahl wie die Eingangswelle 2 und das Sonnenrad 1. In dem zweiten Betriebszustand steht das Sperrelement außer Eingriff mit dem Sperrabschnitt 3a des Planetenradträgers 3. Die Drehbewegung der Eingangswelle 2 wird auf die Ausgangswelle 4 über das Sonnenrad 1, die Planetenräder 7, das Hohlrad 10 und den Planetenträger 3 übertragen. In diesem Betriebszustand erreichen die sekundäre Welle 4 und der Planetenträger 3 gewöhnlich eine niedrigere Drehzahl als die Eingangswelle 2 und das Sonnenrad 1.
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Das Planetengetriebe ist mit einem Schmiersystem versehen. Das Schmiersystem umfasst einen länglichen axialen Schmierkanal 11a, der in einem zentralen Abschnitt der Ausgangswelle 4 angeordnet ist. Das Schmiersystem umfasst mindestens einen radialen Schmierkanal 11b, der Schmiermittel von dem axialen Schmierkanal 11 radial nach außen und aus der Ausgangswelle 4 heraus über eine Ausgangsöffnung 11c leitet. Die Ausgangsöffnung 11c ist in einer radial nach innen gehenden Position von dem Sonnenrad 1 angeordnet. Ein ringförmiges scheibenförmiges Element 14 ist in dem Sonnenrad 1 angeordnet. Das scheibenförmige Element 14 umfasst einen äußeren Randabschnitt 14a, der fest mit dem Sonnenrad 1 verbunden ist, und einen freien inneren Randabschnitt 14b, der in einer radial nach außen gehenden Position von der Ausgangsöffnung 11c des radialen Schmierkanals 11b in der Ausgangswelle 4 angeordnet ist. Die ringförmige Scheibe 14 bildet eine Trennwand zwischen einem primären Schmierdurchgang 12 und einem sekundären Schmierdurchgang 13 in dem Sonnenrad 1. Die axiale Position des inneren Randabschnitts 14b des scheibenförmigen Elements 14 definiert die Proportionen des Schmiermittelflusses, der von dem radialen Schmierkanal 11b zu dem primären Schmierdurchgang 12 und dem sekundären Schmierdurchgang 13 geleitet werden soll. Somit wird ein vorbestimmter Teil des Schmiermittelflusses, der den radialen Kanal 11b verlässt, in eine Eingangsöffnung 12a des primären Schmierdurchgangs 12 geleitet, und ein restlicher Teil des Schmiermittelflusses wird in eine Eingangsöffnung 13a des sekundären Schmierdurchgangs 13 geleitet.
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Der primäre Schmierdurchgang 12 umfasst einen ersten Teil, der einen Innenraum 12b umfasst, der in dem Sonnenrad 1 gebildet ist. Der Innenraum 12b weist eine Erweiterung zwischen der Eingangsöffnung 12a, die an einer inneren Peripherie des Sonnenrads 1 angeordnet ist, und eine Ausgangsöffnung 12c, die in einer Seitenfläche des Sonnenrads 1 angeordnet ist, auf. Die Ausgangsöffnung 12c ist in der Nähe einer äußeren Peripherie des Sonnenrads 1 angeordnet. Somit weist der Innenraum 12b eine radiale Erweiterung auf, die im Wesentlichen der radialen Erweiterung des Sonnenrads 1 entspricht. Die Drehbewegung des Sonnenrads 1 erzeugt eine Zentrifugalkraft, die das Schmiermittel in dem Innenraum 12b radial nach außen drängt.
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Der Innenraum 12b umfasst eine Zone mit einer Schmierführungsfläche 12b 1, die einen Winkel von mindestens 45 Grad mit Bezug auf die Drehachsen 5 des Sonnenrads 1 bildet. Die Schmierführungsfläche 12b 1 erstreckt sich bis zu der Ausgangsöffnung 12c. Der Schmierfluss gewinnt eine Geschwindigkeit in einer axialen Richtung entlang der Führungsfläche 12b 1, die sicherstellt, dass der Schmiermittelfluss das Sonnenrad 1 verlässt. Ferner gewinnt der Schmierfluss eine relativ hohe Geschwindigkeit in einer radialen Richtung entlang der nach außen schräg liegenden Führungsfläche 12b 1, was sicherstellt, dass der Schmierfluss das Sonnenrad 1 in einer radialen Richtung mit einer hohen Geschwindigkeit verlässt. Der Schmiermittelfluss, der die Ausgangsöffnung 12c verlässt, fließt im Wesentlichen in einem zweiten Teil des primären Schmierdurchgangs 12 radial nach außen. Der zweite Teil des Schmierdurchgangs 12 umfasst einen zweiten ringförmigen Kanal 12d, der in einem axialen Raum zwischen dem Sonnenrad 1 und dem Planetenträger 3 gebildet ist.
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Der primäre Schmierdurchgang 12 umfasst einen dritten Teil in dem Planetenradträger 3. Der dritte Teil des primären Schmierdurchgangs 12 umfasst eine ringförmige Nut 12e, die sich um die Drehachse 5 herum erstreckt. Eine Eingangsöffnung 12e 1 der ringförmigen Nut 12e ist in einer gemeinsamen radialen Ebene mit der Ausgangsöffnung 12c des Sonnenrads 1 angeordnet. Somit wird das Schmiermittel, das die Ausgangsöffnung 12c des Sonnenrads 1 in einer radial nach außen gehenden Richtung verlässt, in der ringförmigen Nut 12e über die Eingangsöffnung 12e 1 aufgenommen. Ferner bildet die Öffnung 12e 1 der ringförmigen Nut 12e einen Winkel im Bereich von 1 bis 5 mit Bezug auf die Drehachse 5. Der dritte Teil des primären Schmierdurchgangs 12 umfasst eine gewisse Anzahl von dritten Kanälen 12f, die das Schmiermittel von der ringförmigen Nut 12e aufnehmen. Die dritten Kanäle 12f weisen Eingangsöffnungen auf, die in regelmäßigen Abständen in der ringförmigen Nut 12e angeordnet sind. Die dritten Kanäle 12f leiten den Schmierfluss bis zu den jeweiligen Naben 8 radial nach außen. Jede Nabe 8 umfasst einen vierten Kanal 12g, der das Schmiermittel zu einem leeren Innenraum 8a der Nabe 8 leitet. Jede Nabe 8 umfasst mindestens einen fünften Kanal 12h, der die Schmierung von dem Innenraum 8a zu den Planetenradlagern 9 leitet. Die Planetenräder 7 drehen sich reibungslos auf der Nabe 8 anhand der Planetenradlager 9. Der Schmiermittelfluss, der von dem primären Schmierdurchgang 12 verteilt wird, stellt eine effektive Kühlung und Schmierung für das Planetenradlager 9 bereit.
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Der sekundäre Schmierdurchgang 13 umfasst einen Schmierkanal 13b, der Schmiermittel über die Eingangsöffnung 13a aus dem radialen Kanal 11b in der Ausgangswelle 4 aufnimmt. Auch in diesem Fall erzeugt die Drehbewegung des Sonnenrads 1 eine Zentrifugalkraft, die das Schmiermittel in dem sekundären Schmierdurchgang 13 radial nach außen drängt. Das radial nach außen gedrängte Schmiermittel wird in einer Vielzahl von Ausgangskanälen 13c aufgenommen. Jeder Ausgangskanal 13c umfasst eine Ausgangsöffnung in einem Peripherieabschnitt des Sonnenrads 1. Der Peripherieabschnitt des Sonnenrads ist ein Eingriffsbereich mit dem Planetenrad 7. Der sekundäre Schmierdurchgang stellt eine effektive Zuführung von Schmierung für den Eingriffsbereich zwischen dem Sonnenrad 1 und den Planetenrädern 7 bereit.
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Somit umfasst der primäre Schmierdurchgang 12 einen ersten Teil in Form eines Innenraums 12b, der im Innern des Sonnenrads 1 angeordnet ist. Das Schmiermittel in dem Innenraum 12b wird durch die Zentrifugalkraft, die durch die Drehbewegung des Sonnenrads 1 erzeugt wird, radial nach außen gedrängt. Es ist günstig, einen ersten Teil des primären Schmierdurchgangs 12 in dem Sonnenrad 1 statt in dem Planetenträger 3 bereitzustellen, da das Sonnenrad 1 gewöhnlich eine höhere Drehzahl aufweist, wenn sich der Planetenträger 3 in dem zweiten Betriebszustand befindet. Folglich wird das Schmiermittel in dem ersten Kanal 12b gewöhnlich durch eine größere Zentrifugalkraft als in einem entsprechenden Kanal in dem Planetenträger 3, wenn sich das Planetengetriebe in dem ersten Betriebszustand befindet, radial nach außen gedrängt. Die radial nach außen schräg liegende Führungsfläche 12b 1 in dem Innenraum 12b des primären Schmierdurchgangs 12 stellt eine Geschwindigkeit des Schmiermittelflusses in einer axialen Richtung bereit, der sicherstellt, dass der Schmiermittelfluss das Sonnenrad 1 verlässt. Ferner stellt die radial nach außen schräg liegende Führungsfläche 12b 1 in dem Innenraum 12b des primären Schmierdurchgangs 12 eine hohe Geschwindigkeit des Schmiermittelflusses in einer radial nach außen gehenden Richtung bereit. Folglich weist der Schmierfluss, der den Innenraum 12b verlässt, radial nach außen eine hohe Geschwindigkeit auf. Die radial nach außen gehende hohe Geschwindigkeit des Schmierflusses 2 stellt sicher, dass die Planetenradlager 9 eine notwendige Kühlung und Schmierung im Wesentlichen in alle Betriebszuständen erreichen. Die leicht geneigte Öffnung 12e 1 der ringförmigen Nut 12e in dem Planetenträger 3 ermöglicht die Aufnahme des Schmiermittelflusses in der ringförmigen Nut 12e.
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Die Erfindung ist keineswegs auf die Ausführungsform eingeschränkt, auf die sich die Zeichnung bezieht, sondern kann im Umfang der Ansprüche frei variiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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