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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Planetenradsatz, der beispielsweise bei verschiedenen Getriebeanordnungen verwendet wird, und Komponenten eines solchen Planetenradsatzes, die eine Kühlung eines Fluidstroms zu einer oder mehreren Komponenten der Getriebeanordnung ermöglichen.
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Verschiedenartige Getriebeanordnungen für verschiedene Arbeitsfahrzeuge können Zahnräder und zugehörige Komponenten, die dahingehend angeordnet sind, zur Wärmeableitung und Erleichterung des Eingriffs zusammenpassender Teile mit einem Fluid in Kontakt zu gelangen, umfassen. Die Kühlung ist für bestimmte wärmeerzeugende Komponenten (z. B. Bremsen, Kupplungspakete und dergleichen) besonders wichtig. Bestimmte Getriebekomponenten können so konfiguriert oder positioniert (z. B. mit anderen Komponenten verschachtelt) sein, dass es sich schwierig gestalten kann, diesen das Kühlfluid adäquat zuzuführen. Das enge Packaging eines oder mehrerer Planetenradsätze in dem Getriebe kann des Weiteren verhindern, dass Kühlfluid zu bestimmten Komponenten geleitet wird.
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In einigen Fällen sind bestimmte Getriebekomponenten dahingehend gegossen oder maschinell bearbeitet worden, Kühlmittelkanäle bereitzustellen, die dahingehend konstruiert sind, ein Zuführen von Fluid zu Komponenten in sonst weniger zugänglichen Bereichen in dem Getriebe zu gestatten. Beispielsweise kann ein Hohlrad radiale Durchgangsbohrungen, die sich von seinem Innendurchmesser zu seinem Außendurchmesser erstrecken, zur Leitung von Fluid zu einem Scheibenpaket, das mit dem Hohlrad durch Keilverzahnung verbunden ist, umfassen. Da Hohlräder Zähne entlang der Außen- oder der Innenringperipherie aufweisen, können radiale Durchgangsbohrungen dieser Art Auswirkungen auf die Zahnprofile haben, wodurch es zu Stellen mit erhöhter Spannung in den Eingriffsbereichen kommt, besonders wenn die Bohrungen nicht nahe dem Zahnfuß getaktet sind.
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Die vorliegende Erfindung stellt eine Hohlradkonfiguration bereit, die beispielsweise in einem Planetenradsatz einer Getriebeanordnung dahingehend verwendet werden kann, eine Kühlung eines Fluidstroms zu einer oder mehreren Komponenten des Getriebes zu ermöglichen.
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Bei einem Aspekt der Erfindung wird ein Hohlrad für einen Planetenradsatz bereitgestellt, das einen ringförmigen Zahnradkörper mit einer ersten ringförmigen Seite und einer zweiten ringförmigen Seite, die um eine Mittelachse konzentrisch sind, aufweist. Die erste ringförmige Seite definiert eine mit Zähnen versehene Peripherie. Ein axialer Strömungskanalbereich erstreckt sich axial durch den Zahnradkörper von der Ringnut ohne Überschneidung mit der ersten und der zweiten ringförmigen Seite. Ein radialer Strömungskanalbereich erstreckt sich radial in den Zahnradkörper von der zweiten ringförmigen Seite zu dem axialen Strömungskanalbereich.
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Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Planetenradsatz bereitgestellt, der eine Anordnung von Zahnrädern aufweist, die mindestens ein Hohlrad umfasst, das zum Relativdreheingriff mit einem Planetenträger oder Planetenrädern angeordnet ist. Das mindestens eine Hohlrad ist ein ringförmiger Zahnradkörper mit einer ersten ringförmigen Seite und einer zweiten ringförmigen Seite, die um eine Mittelachse konzentrisch sind. Die erste ringförmige Seite definiert eine mit Zähnen versehene Peripherie, die den Träger oder die Planetenräder in Eingriff nimmt. Der Zahnradkörper umfasst eine Ringnut in der ersten ringförmigen Seite in der Nähe zu einer ersten axialen Seite des Zahnradkörpers. Ein axialer Strömungskanalbereich erstreckt sich axial durch den Zahnradkörper von einer zweiten axialen Seite zur Ringnut ohne Überschneidung mit der ersten und der zweiten ringförmigen Seite. Ein radialer Strömungskanalbereich erstreckt sich radial in den Zahnradkörper von der zweiten ringförmigen Seite zu dem axialen Strömungskanalbereich.
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Bei noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Getriebeanordnung bereitgestellt, die ein Gehäuse, mindestens ein Scheibenpaket mit einem Satz Reibscheiben und einem Satz Scheibenplatten, die mit dem Satz Reibscheiben verschachtelt sind, wobei ein Satz am Gehäuse fest befestigt ist, und einen Planetenradsatz, der mindestens ein Hohlrad, das zum Relativdreheingriff mit einem Planetenträger oder Planetenrädern angeordnet ist, umfasst, umfasst. Das mindestens eine Hohlrad ist ein ringförmiger Zahnradkörper mit einer ersten ringförmigen Seite und einer zweiten ringförmigen Seite, die um eine Mittelachse konzentrisch sind. Die erste ringförmige Seite definiert eine mit Zähnen versehene Peripherie, die den Träger oder die Planetenräder in Eingriff nimmt. Der Zahnradkörper umfasst eine Ringnut in der ersten ringförmigen Seite in der Nähe zu einer ersten axialen Seite des Zahnradkörpers. Ein axialer Strömungskanalbereich erstreckt sich axial durch den Zahnradkörper von einer zweiten axialen Seite zur Ringnut ohne Überschneidung mit der ersten und der zweiten ringförmigen Seite. Ein radialer Strömungskanalbereich erstreckt sich radial in den Zahnradkörper von der zweiten ringförmigen Seite zu dem axialen Strömungskanalbereich.
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Zum besseren Verständnis der Aufgaben, Methoden und Struktur der Erfindung wird auf die folgende detaillierte Beschreibung und die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen gleiche Bezugszeichen zur Angabe gleicher Elemente über die verschiedenen Zeichnungen hinweg verwendet werden:
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1 ist eine isometrische Ansicht eines Arbeitsfahrzeugs, in dem Ausführungsformen einer Getriebeanordnung, die einen Planetengetriebezug enthält, enthalten sein können, wie gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt wird,
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2 und 3 sind eine isometrische bzw. eine teilweise auseinandergezogene Ansicht eines Planetengetriebes, das in dem in 1 gezeigten Arbeitsfahrzeug enthalten sein kann,
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4 und 5 sind eine isometrische bzw. eine teilweise auseinandergezogene Ansicht eines Planetenradsatzes, der in dem in 2 und 3 gezeigten Planetengetriebe enthalten ist und ein Kühlungshohlrad enthält, wie gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt wird,
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6 und 7 sind isometrische Ansichten des Kühlungshohlrads von 5, das von gegenüberliegenden axialen Seiten gezeigt wird,
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8 ist eine Querschnittsansicht des in 6 und 7 gezeigten beispielhaften Kühlungshohlrads entlang der Linie 8-8 von 6, und
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9 ist eine vergrößerte detaillierte Querschnittsansicht des Kühlungshohlrads entlang der Linie 9-9 von 8.
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Im Folgenden werden eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen des offenbarten Kühlungshohlrads gezeigt, das in den beiliegenden Figuren der Zeichnungen, die oben kurz beschrieben werden, gezeigt werden. Ein Fachmann kann verschiedene Modifikationen an den beispielhaften Ausführungsformen in Betracht ziehen.
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Im Folgenden werden Ausführungsformen eines Kühlungshohlrads beschrieben, die zur Verwendung bei einer Getriebeanordnung, die einen Planetengetriebezug (hier als ein „Planetengetriebe“ beschrieben) enthält, wie z. B. eines Planetengetriebes im Triebstrang eines Arbeitsfahrzeugs, gut geeignet sind. Das Kühlungshohlrad umfasst Kühlmittelströmungskanäle, die strategisch durch den Hohlradkörper geleitet werden, um eine Durchdringung der Zahnradzähne zu vermeiden. Während einer Drehung des Kühlungshohlrads mit einer hohen Drehzahl wird Öl oder ein anderes Kühlmittel durch die Wirkung von Zentrifugalkräften durch die Strömungskanäle geleitet und wird letztlich an einer gewünschten Auslassstelle aus dem Hohlrad ausgestoßen. Die gewünschte Auslassstelle kann beispielsweise die Außenumfangsfläche des Hohlrads sein, um das Kühlmittel in nahe gelegene Komponenten des Getriebes (die z. B. ringförmige Reibpakete umgeben), deren Versorgung mit aktivem Kühlmittelstrom ansonsten schwierig wäre, zu leiten. Dadurch kann das Kühlungshohlrad das Wärmeverhalten des Planetengetriebes verbessern, während die gründliche Verteilung von Schmierung bereitstellendem Kühlmittel zur Reduzierung von Abnutzung auf ein Minimum und Verlängerung der Betriebslebensdauer der Getriebekomponenten gefördert wird. Des Weiteren wird durch die dahingehende Positionierung der Strömungskanäle des Hohlrads, eine Durchdringung der Zahnradzähne zu vermeiden, das Auftreten von erhöhten örtlichen Spannungen in den Kraft übertragenden kämmenden Flächen der Zähne, die ansonsten die Zahnradzähne beeinträchtigen könnten, reduziert. Darüber hinaus wird dadurch auch die Notwendigkeit einer präzisen Positionierung (z. B. unter Verwendung einer Schablone oder einer anderen speziellen Vorrichtung) von radialen Durchgangsbohrungen an dem Zahnfuß (oder der Zahnkehle) zur Verhinderung einer unbeabsichtigten Durchdringung der kämmenden Zahnflächen beseitigt.
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Die Kühlmittelströmungskanäle des Kühlungshohlrads können einem beliebigen Pfad folgen und weisen eine Geometrie, Anordnung und Abmessungen auf, die zum Leiten von Kühlmittel von einer Stelle neben dem Hohlrad durch den Körper des Hohlrads und zu einer gewünschten Auslassstelle geeignet sind. Bei einer Ausführungsform und als nicht einschränkendes Beispiel kann jeder Kühlmittelströmungskanal Folgendes umfassen: (i) einen axialen Bereich, der sich axial in den Zahnradkörper von einer axialen Seitenfläche des Hohlrads erstreckt, und (ii) einen radialen Bereich, der sich radial in den Zahnradkörper von einer ringförmigen Seite des Hohlrads erstreckt, bei der es sich bei bestimmten Ausführungsformen um eine Außenumfangsseite oder -fläche handeln kann. Der radiale Strömungskanalbereich kann sich von einer nicht mit Zähnen versehenen Peripherie des Zahnradkörpers, wie z. B. einer mit einer Keilverzahnung versehenen Peripherie, in bzw. an einer zur Überschneidung des axialen Strömungskanalbereichs, während nicht die gesamte radiale Abmessung des Zahnradkörpers durchdrungen wird, geeigneten gesteuerten Tiefe und Stelle in den Zahnradkörper erstrecken. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass sich die Kühlmittelströmungskanäle nicht zur gegenüberliegenden ringförmigen Seite (z. B. einer Innenumfangsseite oder -fläche) des Hohlrads, die mit Zähnen versehen sein oder einen mit Zähnen versehenen peripheren Bereich zum Kämmeingriff mit Planetenrädern umfassen kann, erstrecken. Darüber hinaus kann das Kühlungshohlrad bei bestimmten Ausführungsformen ferner eine Ringnut oder ein anderes Kühlmittelauffangmerkmal umfassen, das den axialen Bereich der Kühlmittelströmungskanäle überschneidet und einen kleinen Kühlmittelbehälter, aus dem die Strömungskanäle Kühlmittel entnehmen können, bereitstellt. Dadurch kann solch ein Kühlmittelauffangmerkmal eine Druckbeaufschlagungsfunktion bereitstellen und die Leitung zusätzlichen Kühlmittelstroms in die axialen Strömungskanäle zur Verbesserung der Schmiermittelverteilungskapzitäten des Hohlrads unterstützen.
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Der Begriff „axial“, so wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf eine Richtung, die zu einer Drehachse, einer Symmetrieachse oder einer Mittellinie einer Komponente oder von Komponenten allgemein parallel ist. Beispielsweise kann sich die „axiale“ Richtung bei einem Zylinder mit einer Mittellinie und gegenüberliegenden kreisförmigen Enden auf die Richtung beziehen, die allgemein parallel zur Mittellinie zwischen den gegenüberliegenden Enden verläuft. In bestimmten Fällen kann der Begriff „axial“ mit Bezug auf Komponenten verwendet werden, die nicht zylinderförmig (oder anderweitig radial symmetrisch) sind. Beispielsweise kann die „axiale“ Richtung für ein rechteckiges Gehäuse, das eine sich drehende Welle enthält, als eine Richtung angesehen werden, die allgemein parallel zur Drehachse der Welle ist. Des Weiteren kann sich der Begriff „radial“, so wie er hier verwendet wird, auf eine Richtung oder eine Beziehung von Komponenten bezüglich einer Linie, die von einer geteilten Mittellinie, Achse oder einem ähnlichen Bezugspunkt senkrecht nach außen verläuft, beziehen. Beispielsweise können zwei konzentrische und sich axial überlagernde zylinderförmige Komponenten als über den Abschnitten der Komponenten, die sich axial überlagern, „radial“ ausgerichtet, jedoch über den Abschnitten der Komponenten, die sich nicht axial überlagern, nicht „radial“ ausgerichtet betrachtet werden. In bestimmten Fällen können Komponenten als „radial“ ausgerichtet angesehen werden, selbst wenn eine oder beide der Komponenten möglicherweise nicht zylinderförmig (oder anderweitig radial symmetrisch) ist. Des Weiteren können die Begriffe „axial“ und „radial“ (und jegliche Ableitungen) Richtungsbeziehungen umspannen, die nicht präzise auf die genaue axiale und radiale Dimension ausgerichtet sind (z. B. schräg dazu sind), vorausgesetzt, dass die Beziehung vornehmlich in der jeweiligen nominalen axialen oder radialen Richtung liegt.
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Darüber hinaus werden der Begriff „ringförmig“ (und Ableitungen) hier so verwendet, dass sie sich auf die radialen Seiten oder Flächen eines Rings, beispielsweise die nach außen und die nach innen weisende Seite oder Fläche eines ringförmigen Körpers, beziehen. Im Falle eines ringförmigen Körpers, der um eine zentrale Bezugsachse oder Mittellinie symmetrisch ist, können diese ringförmigen Seiten und Flächen Umfangsseiten oder -flächen davon entsprechen, die auch als die Innen- und die Außendurchmesserseite oder -fläche betrachtet werden können.
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Mit Bezug auf die Zeichnungen wird nun detailliert eine beispielhafte Ausführungsform der Offenbarung beschrieben. 1 ist eine isometrische Ansicht eines Frontradladers 10, der ein Planetengetriebe enthält, in dem Ausführungsformen des Kühlungshohlrads zweckdienlich enthalten sind. Wie in 1 gezeigt wird, wird ein Radlader 10 lediglich als kontextuelles Beispiel bereitgestellt. Es versteht sich, dass Ausführungsformen des Kühlungshohlrads, die hier beschrieben werden, nicht auf die Verwendung bei einem bestimmten Planetenradsatz, Planetengetriebe oder einer Art von Fahrzeug oder Plattform, darunter andere Arbeitsfahrzeuge, die in der Landwirtschaft, im Baugewerbe oder in der Forstwirtschaft verwendet werden, beschränkt sind. Ausführungsformen des Kühlungshohlrads können im Planetengetriebe eines Arbeitsfahrzeugs, wie z. B. des Radladers 10, vorteilhaft genutzt werden, da solche Getriebe relativ robuste Kühl- und Schmiersysteme erfordern können. Des Weiteren enthalten die Planetengetriebe von Arbeitsfahrzeugen gewöhnlich bestimmte Komponenten (z. B. Bremspakete), die um einen Planetenradsatz herum oder anderweitig in der Nähe zu diesem positioniert sind, die zur Erzeugung übermäßiger Wärme während des Betriebs des Getriebes neigen und deren Versorgung mit einem aktiven Kühlmittelstrom während des Betriebs des Planetengetriebes üblicherweise schwierig ist.
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2 und 3 zeigen ein beispielhaftes Planetengetriebe 12, dass in dem Radlader 10 enthalten sein kann. In diesem bestimmten Beispiel kann es sich bei dem Planetengetriebe 12 um ein 3-Gang-Lastschaltgetriebe handeln; die bestimmte Art, Konstruktion und Funktionalität des Planetengetriebes 12 sind jedoch weitgehend unbedeutend und werden hier lediglich kurz beschrieben. Allgemein umfasst das Planetengetriebe 12 ein Gehäuse 14, einen Antriebsmotor (nicht gezeigt), der durch das Gehäuse 14 gestützt wird, und eine erste Ausgangswelle 18. Obgleich in 2 und 3 verdeckt, kann das Planetengetriebe 12 des Weiteren eine zweite Ausgangswelle umfassen, die der Ausgangswelle 18 entsprechen kann, die sich jedoch von der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 14 erstreckt. Ein Getriebezug kann in dem Planetengetriebe 12 enthalten sein, der den Antriebsmotor mechanisch mit den Ausgangswellen 18 verbindet. Wie aus der teilweise auseinandergezogenen Ansicht von 3 ersichtlich ist, kann der Getriebezug ein Planetenradmodul oder einen Planetenradsatz 20 umfassen. Der Planetenradsatz 20 ist passend in einem Raum oder einer Kammer 22 aufgenommen und von einer Abdeckung 24 umgeben, die beispielsweise durch mehrere Bolzen 26 oder andere derartige Befestigungsmittel an dem Gehäuse 14 angebracht ist.
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Unter gleichzeitiger Bezugnahme auf 4 und 5 kann der Planetenradsatz 20 ein Eingangszahnrad 28 und ein Ausgangszahnrad 30, bei denen es sich um ein Stirnrad bzw. ein Schrägrad handeln kann, umfassen. Das Eingangszahnrad 28 nimmt die Ausgangswelle (nicht gezeigt) des Antriebsmotors in Eingriff, während das Ausgangszahnrad 30 zusätzliche Verzahnungen in dem Planetengetriebe 12, die den Planetenradsatz 20 mit den Ausgangswellen 18 verbinden, in Eingriff nimmt. Das Eingangszahnrad 28 des Planetenradsatzes 20 ist mit einer zentralen Welle 32, die sich in Längsrichtung durch den Planetenradsatz 20 erstreckt, fest verbunden. Wie aus 3 ersichtlich ist, kann ein Rollelement, z. B. ein Kugellager, 34 um das gegenüberliegende äußere Ende der zentralen Welle 32 herum angeordnet und in einem in der Abdeckung 24 vorgesehenen Ring aufgenommen sein.
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Die zentrale Welle 32 ist mit einem in dem Planetenradsatz 20 enthaltenen Sonnenrad (in 3–5 verdeckt) fest verbunden, das eine Reihe von Planetenrädern 36, die durch einen Planetenträger 38 gestützt werden, in Eingriff nimmt. Das Planetenrad 36 nimmt ferner ein Kühlungshohlrad 40 in Eingriff, das den Planetenträger 38 umschließt und das mit einem ersten Scheibenpaket 42 durch eine Keilverzahnung verbunden ist, das als ein erstes Gruppenbremspaket für das Getriebe dienen kann. Die Konstruktion des Scheibenpakets 42 kann zwischen Ausführungsformen variieren. Jedoch kann das Scheibenpaket 42 beispielsweise relativ dicke Unterlagenplatten, relativ dünne Trennplatten, die zwischen den Unterlagenplatten positioniert sind, Reibscheiben, die mit den Trennplatten verschachtelt sind, und Federn (nicht gezeigt), die die Trennplatten und die Reibscheiben in eine Nichtkontaktstellung vorspannen, umfassen. Wie im Folgenden umfassender beschrieben wird, kann das Kühlungshohlrad 40 eine mit einer Keilverzahnung versehene Außenumfangsfläche aufweisen, die Reibscheiben des Scheibenpakets 42 in einer drehfesten Beziehung in Eingriff nimmt, so dass sich das Kühlungshohlrad 40 und die Reibscheiben des Scheibenpakets 42 miteinander drehen, wenn der Planetenradsatz 20 angetrieben wird. Umgekehrt sind die Unterlagen- und Trennplatten bei einer gestapelten Konfiguration durch eine Reihe von Befestigungsmitteln verbunden und umfassen radiale Vorsprünge oder Erhebungen 44, die entsprechende in der Kammer 22 vorgesehene Vertiefungen (von denen zwei in 3 durch das Bezugszeichen „46“ gekennzeichnet sind) in Eingriff nehmen. Während des Betriebs des Planetengetriebes 12 kann ein nicht dargestellter Aktuator (z. B. hydraulisch betätigte ringförmige Kolben) selektiv eine Kraft zur axialen Zusammendrückung über das Scheibenpaket 42 hinweg ausüben, um die Drehung der Reibscheiben und somit die Drehung des Kühlungshohlrads 40 zu verlangsamen oder zu stoppen.
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Der Planetenradsatz 20 kann zahlreiche andere Komponenten umfassen, die zwischen Ausführungsformen variieren können und die hier nicht detailliert beschrieben werden. Es sei jedoch kurz angemerkt, dass derartige Komponenten einen zusätzlichen Träger und gestützte Planetenräder (die in 3 zusammen durch die Bezugszahl „48“ gekennzeichnet sind), ein zusätzliches Hohlrad (das in 3 durch die Bezugszahl „50“ gekennzeichnet ist), eine oder mehrere zusätzliche Scheibenpakete mit mehreren Erhebungen (von denen eins in 3–5 durch die Bezugszahl „52“ gekennzeichnet ist und sich das andere im Inneren des Planetenradsatzes 20 befindet), verschiedene Gehäuseelemente, Befestigungsmittel und Rollelemente(z. B. Kugel- und/oder Rollen-)Lager umfassen können. Darüber hinaus können weitere Ausführungsformen des Planetenradsatzes 20 und allgemeiner des Planetengetriebes 12, obgleich ein einziges Kühlungshohlrad 40 in dem dargestellten Beispiel gezeigt wird, zwei oder mehr Kühlungshohlräder und verschiedene andere Kühlmittelverteilungsmerkmale, wie z. B. wellenangetriebene Pumpen, Rohre und dergleichen umfassen.
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Das Scheibenpaket 42 kann eine beträchtliche Menge an Wärme erzeugen, wenn es zum Verlangsamen oder Stoppen der Drehung des Kühlungshohlrads 40 verwendet wird. Selbst wenn das Scheibenpaket 42 ausgerückt ist, kann durch die Reibung zwischen den Trennplatten und den sich schnell drehenden Reibscheiben des Scheibenpakets 52 übermäßige Wärme erzeugt werden. Es ist somit wünschenswert, solche übermäßige Wärme durch Inkontaktbringen des Scheibenpakets 42 mit einem aktiven Strom flüssigen Kühlmittels, wie z. B. eines geeigneten Öls, abzuleiten. Jedoch kann eine Zufuhr von Kühlmittelstrom zum Inneren des Scheibenpakets 42 oder anderen internen Komponenten aufgrund des relativ engen Packaging der Getriebekomponenten schwierig oder unmöglich sein. Aus diesem Grund ist das Kühlungshohlrad 40 mit einem oder mehreren Kühlmittelströmungskanälen und bestimmten anderen Merkmalen versehen, die den Strom von Öl oder einem anderen Kühlmittel aus einem Auffangbereich (z. B. axial) neben dem Kühlungshohlrad 40 durch den Körper des Kühlungshohlrads 40 und zu einem gewünschten Auslassbereich, wie z. B. der ringförmigen Außen- oder Umfangsfläche des Kühlungshohlrads 40, die durch eine Keilverzahnung mit dem Scheibenpakets 42 verbunden sein kann, fördern. Durch diese Konstruktion kann das Kühlungshohlrad 40 während der Drehung des Zahnrads 40 erzeugte Zentrifugalkräfte wirksam dahingehend nutzen, zur verbesserten Wärmeableitung durchgängig Kühlmittelstrom in das Innere des Scheibenpakets 42 zuzuführen. Darüber hinaus kann das Kühlmittel bei Ausführungsformen, bei denen es sich bei dem Kühlmittel um Öl oder eine andere Flüssigkeit mit Schmiereigenschaften handelt, ferner Schmierung für das Scheibenpaket 42 bereitstellen, um Wärme erzeugende Reibung zu reduzieren, eine Abnutzung der Komponente des Reibpakets 42 auf ein Minimum zu reduzieren und deren Betriebslebensdauer zu verlängern.
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Das Kühlungshohlrad 40 wird nun detailliert in Verbindung mit 6–9 beschrieben. Die folgende Beschreibung wird lediglich beispielhaft angeführt und sollte dahingehend aufgefasst werden, dass sie eine nützliche, jedoch nicht einschränkende Darstellung einer Art und Weise, in der das Kühlungshohlrad 40 implementiert werden kann, bereitstellt. Bei weiteren Ausführungsformen kann das Kühlungshohlrad 40 verschiedene andere Strukturmerkmale umfassen, vorausgesetzt, dass das Kühlungshohlrad 40 mindestens eine mit Zähnen versehene Peripherie (d.h., ringförmig angeordnete Zahnradzähne) und mindestens einen Kühlmittelströmungskanal, der einen von der mit Zähnen versehenen Peripherie versetzten Einlass (das bedeutet, dass er nicht die Zahnradzähne durchbricht), in den Kühlmittel eingesaugt wird, und einen Auslass, durch den Kühlmittel während der Drehung des Kühlungshohlrads 40 ausgetragen wird (z. B. in einer Richtung radial nach außen), umfasst. Des Weiteren können Ausführungsformen des Kühlungshohlrads 40, obgleich das Kühlungshohlrad 40 hier primär zur Verwendung zum Zuführen von Kühlmittel zu einem umgebenden Bremspaket, mit dem das Kühlungshohlrad 40 durch eine Keilverzahnung verbunden ist, (d.h., dem Bremspaket 42) beschrieben wird, dazu ausgeführt sein, Kühlmittelstrom zu verschiedenen anderen in einem Planetenradsatz oder -getriebe enthaltenen Komponenten zuzuführen, die in der Nähe zum Kühlungshohlrad 40 positioniert sind und die mit dem Kühlungshohlrad 40 physisch zusammenwirken können oder nicht physisch zusammenwirken können.
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Unter gemeinschaftlicher Bezugnahme auf 6–9 umfasst das Kühlungshohlrad 40 einen ringförmigen Zahnradkörper 60, durch den eine zentrale Öffnung 62 verläuft. Der ringförmige Zahnradkörper 60 umfasst eine erste ringförmige Seite oder Innenumfangsfläche 64, eine zweite ringförmige Seite oder Außenumfangsfläche 66, eine erste axiale Seitenfläche 68 und eine zweite axiale Seitenfläche 70. Die Innen- und die Außenumfangsfläche 64 und 66 sind um die Mittelachse oder Drehachse des Kühlungshohlrads 40 konzentrisch, wie in 8 durch den doppelköpfigen Pfeil 72 dargestellt wird. Die axialen Seitenflächen 68 und 70 befinden sich auf gegenüberliegenden Seiten des Zahnradkörpers 60 entlang der Drehachse 72.
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Das Kühlungshohlrad 40 umfasst mindestens eine mit Zähnen versehene periphere Fläche zum Kämmeingriff mit einem oder mehreren Zahnrädern. Bei bestimmten Ausführungsformen kann das Kühlungshohlrad 40 des Weiteren einen oder mehrere mit einer Keilverzahnung versehene Bereiche zum Eingriff mit anderen Komponenten entlang einer drehfesten Grenzfläche umfassen, wodurch im zusammengebauten Zustand des Planetenradsatzes 20 (3–5) eine Gleitbewegung gestattet werden kann oder nicht gestattet werden kann. Speziell bei der dargestellten Ausführungsform umfasst das Kühlungshohlrad 40 einen mit einer Keilverzahnung versehenen Umfangsbereich oder eine „mit einer Keilverzahnung versehene Peripherie“ 76, die um eine Außenumfangsfläche 66 herum zum drehfesten Eingriff mit der mit einer Keilverzahnung versehenen Grenzfläche des Scheibenpakets 42, wenn das Kühlungshohlrad 40 im Planetenradsatz 20 installiert ist, vorgesehen ist. Darüber hinaus umfasst das Kühlungshohlrad 40 ferner eine mit Zähnen versehene Peripherie 78, die um einen ersten Bereich der Innenumfangsfläche 64 herum zum Kämmeingriff mit den Planetenrädern 36 vorgesehen ist. Letztlich umfasst das Kühlungshohlrad 40 des Weiteren eine axial kompakte mit einer Keilverzahnung versehene Peripherie 80, die um einen zweiten Bereich der Innenumfangsfläche 64 herum neben der mit Zähnen versehenen Peripherie 78 vorgesehen ist. Bei der dargestellten Ausführungsform nimmt die mit einer Keilverzahnung versehene Peripherie 80 im zusammengebauten Zustand des Planetenradsatzes 20 einen passenden mit einer Keilverzahnung versehenen Bereich des Planetenträgers 48 in einer drehfesten Beziehung in Eingriff. Jedoch muss das Kühlungshohlrad 40 bei alternativen Ausführungsformen nicht die mit einer Keilverzahnung versehene Peripherie 80 oder irgendwelche anderen mit einer Keilverzahnung versehenen Bereiche umfassen.
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Wie in 8 und 9 kenntlich gemacht wird, sind eine Reihe von Kühlmittelströmungskanälen 82 durch den Zahnradkörper 60 des Kühlungshohlrads 40 ausgebildet. Bei der dargestellten Ausführungsform umfasst jeder Kühlmittelströmungskanal 82 einen axialen Strömungskanalbereich 84 und einen radialen Strömungskanalbereich 86, der den axialen Strömungskanalbereich 84 in einem vorbestimmten Winkel überschneidet. Jeder axiale Strömungskanalbereich 84 erstreckt sich axial in den ringförmigen Zahnradkörper 60 von der ringförmigen Fläche 68 und kann die gegenüberliegende Seitenfläche 70 durchdringen oder nicht durchdringen. Die Anzahl und Beabstandung der axialen Strömungskanalbereiche 84 variiert zwischen Ausführungsformen; jedoch kann das Kühlungshohlrad 40 bei einer Ausführungsform beispielhaft zehn derartige axiale Strömungskanalbereiche 84 mit einem im Wesentlichen konstanten Winkelabstand von 36° umfassen. Die axialen Strömungskanalbereiche 84 erstrecken sich ferner in den ringförmigen Zahnradkörper 60 von der Seitenfläche 68 ohne Durchbrechung der ersten und der zweiten ringförmigen Seite (das bedeutet, der Innen- 64 und der Außenumfangsfläche 66) des ringförmigen Zahnradkörpers 60.
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Die radialen Strömungskanalbereiche 86 erstrecken sich radial in den Zahnradkörper 60 von der Außenumfangsfläche 66 und speziell von der mit einer Keilverzahnung versehenen Außenperipherie 76. Die radialen Strömungskanalbereiche 86 erstrecken sich in einer Tiefe in den Zahnradkörper 60, die zum Überschneiden des zugehörigen axialen Strömungskanalbereichs 84 ausreichend ist, jedoch weist jeder eine Länge auf, die weniger als die radiale Dicke des Zahnradkörpers 60 beträgt. Die radialen Strömungskanalbereiche 86 enden somit vor einer Durchdringung der mit Zähnen versehenen Innenperipherie 78 und können bei bestimmten Ausführungsformen bei den axialen Strömungskanalbereichen 84 enden. Wie in 8 und 9 angegeben wird, können die radialen Strömungskanalbereiche 86 die axialen Strömungskanalbereiche 84 ungefähr auf halber Länge entlang der Drehachse 72 überschneiden. Darüber hinaus kann jeder radiale Strömungskanalbereich 86 seinen zugeordneten axialen Strömungskanalbereich 84 in einem im Wesentlichen rechten Winkel überschneiden. In diesem Fall kann jedem Kühlmittelströmungskanal 82 eine im Wesentlichen T-förmige Querschnittgeometrie entlang einer Querschnittsebene, die durch den Strömungskanal verläuft und die Drehachse 72 enthält, verliehen werden. Bei weiteren Ausführungsformen können die radialen Strömungskanalbereiche 86 axiale Strömungskanalbereiche 84 an verschiedenen Stellen, in verschiedenen Winkeln überschneiden und/oder können zwei oder mehr radiale Strömungskanalbereiche 86 jeden axialen Strömungskanalbereich 84 überschneiden. Weiterhin können sich die axialen 84 und die radialen 86 Strömungskanalbereiche jeweils entlang einem nominalen axialen oder radialen Pfad erstrecken, der bezüglich seiner wahren radialen oder axialen Richtung nicht präzise ausgerichtet ist. Beispielsweise kann sich der axiale Strömungskanalbereich parallel oder in einem schrägen Winkel zur Drehachse 72 erstrecken.
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Das Kühlungshohlrad 40 kann mindestens ein Kühlmittelauffang- oder -„aufgreif“-Merkmal umfassen, das mit den Kühlmittelströmungskanälen 82 in Strömungsverbindung steht. Das Kühlmittelauffangmerkmal oder die Kühlmittelauffangmerkmale können während der Drehung des Kühlungshohlrads 40 Kühlmittel ansammeln, um ein Kühlmittelvolumen bereitzustellen, aus dem die Kühlmittelströmungskanäle 82 eine gleichmäßige Kühlmittelzufuhr entnehmen können. Bei der in 6–9 gezeigten beispielhaften Ausführungsform umfasst das Kühlungshohlrad 40 eine innere Ringnut oder einen inneren Ring 88, der als solch ein Kühlmittelauffangmerkmal dient. Die Ringnut 88 ist in der Innenumfangsfläche 64 an einer Stelle axial neben der mit Zähnen versehenen Innenperipherie 78, axial neben der Seitenfläche 68 und im Wesentlichen gegenüber der Seitenfläche 70 des Kühlungshohlrads 40 ausgebildet. Die Ringnut 88 überschneidet und strömungskoppelt die axialen Strömungskanalbereiche 84 der Kühlmittelströmungskanäle 82. Im Hinblick darauf kann sich jeder axiale Strömungskanalbereich 84 von der Seitenfläche 70, axial in den ringförmigen Zahnradkörper 60 und zur Ringnut 88 erstrecken. Die axialen Strömungskanalbereiche 84 können bei der Ringnut 88 enden, um ein Durchbrechen der Seitenfläche 70 des ringförmigen Zahnradkörpers 60 zu vermeiden und dadurch eine durchgehende ringförmige Lippe 90 (in 9 gekennzeichnet) bereitzustellen, wodurch ein Halten von Kühlmittel in der Ringnut 88 während einer Drehung des Kühlungshohlrads 40 unterstützt wird. Bei anderen Ausführungsformen kann das Kühlungshohlrad 40 andere Ausnehmungen oder Vertiefungen umfassen, die in der Innenumfangsfläche 64 ausgebildet sind, mit den axialen Strömungskanalbereichen 84 der Kühlmittelströmungskanäle 82 in Strömungsverbindung stehen und als Kühlmittelauffangmerkmale während einer Drehung des Kühlungshohlrads 40 dienen.
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Die axialen 84 und radialen 86 Strömungskanalbereiche können jeweils nicht durchdringende oder „Sack“bohrungen sein, die während der Herstellung des Kühlungshohlrads 40 in den ringförmigen Zahnradkörper 60 gebohrt werden. Der ringförmige Zahnradkörper 60 selbst kann als ein Vorformling oder endformnah gegossen und dann zur Definition seiner detaillierteren geometrischen Merkmale einer Maschinenbearbeitung unterzogen werden. Wenn die Ringnut 88 im Kühlungshohlrad 40 enthalten ist, kann sie vor oder nach den axialen 84 und radialen 86 Strömungskanalbereichen durch Drehen oder einen anderen Materialentfernungsprozess ausgebildet werden. Bei anderen Ausführungsformen können das Kühlungshohlrad 40, die Kühlmittelströmungskanäle 82 und die Ringnut 88 (wenn vorhanden) unter Verwendung verschiedener anderer Herstellungsmethoden ausgebildet werden.
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Während des Betriebs des Planetengetriebes 12 (2 und 3) kommt das Kühlungshohlrad 40 mit Öl oder einem anderen flüssigen Kühlmittel an einer oder mehreren Flächen des ringförmigen Zahnradkörpers 60, darunter den Seitenflächen 68 und 70 und den die Ringnut 88 definierenden Flächen, in Kontakt. Während sich das Kühlungshohlrad 40 dreht, wird Kühlmittel durch Zentrifugalkräfte in die axialen Strömungskanalbereiche 84 an den zwischen den axialen Strömungskanalbereichen 84 und der Ringnut 88 ausgebildeten Verbindungsstellen oder Öffnungen gezogen. Solche Öffnungen dienen als Einlässe der Kühlmittelströmungskanäle 82 während einer Drehung des Kühlungshohlrads 40. Darüber hinaus kann Kühlmittel auch an den zwischen den axialen Strömungskanalbereichen 84 und der Seitenfläche 70 des ringförmigen Zahnradkörpers 60 ausgebildeten Verbindungsstellen oder Öffnungen in die axialen Strömungskanalbereiche 84 gezogen werden. Die an der Seitenfläche 70 ausgebildeten Öffnungen der axialen Strömungskanalbereiche 84 können gleichermaßen als Einlässe der Kühlmittelströmungskanäle 82 betrachtet werden. Von den axialen Strömungskanalbereichen 84 strömt das flüssige Kühlmittel in die radialen Strömungskanalbereiche 86 und wird letztlich durch die Öffnungen der radialen Strömungskanalbereiche 86, die in der Außenumfangsfläche 66 des ringförmigen Zahnradkörpers 60 ausgebildet sind, ausgetragen. Die Öffnungen der radialen Strömungskanalbereiche 86, die in der Außenumfangsfläche 66 ausgebildet sind, dienen somit als Auslässe der Kühlmittelströmungskanäle 82 während einer Drehung des Kühlungshohlrads 40. Wie aus 7–9 ersichtlich ist, überlagern die Auslässe der Kühlmittelströmungskanäle 82 radial die mit Zähnen versehene Innenperipherie 78 des Kühlungshohlrads 40 oder sind radial darauf ausgerichtet; das bedeutet, dass jeder Strömungskanalauslass auf die mit Zähnen versehene Innenperipherie 78 entlang einem Radius des Kühlungshohlrads 40 ausgerichtet ist. Vergleichsweise sind die Einlässe der Kühlmittelströmungskanäle 82 bezüglich der mit Zähnen versehenen Innenperipherie 78 räumlich versetzt oder davon entfernt positioniert.
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Durch ihre Positionierung und die durch die Drehung des Hohlrads erzeugten Zentrifugalkräfte tragen die Auslässe der Kühlmittelströmungskanäle 82 den Kühlmittelstrom in einer radial nach außen verlaufenden Richtung aus. Somit werden während der Drehung des Kühlungshohlrads 40 aktive Kühlmittelströme oder -strahlen dem Inneren des Scheibenpakets 42 zugeführt oder dort hinein gespritzt (3–5). Das mit dem Scheibenpaket 42 in Kontakt kommende Kühlmittel entfernt konduktiv übermäßige Wärme von dem Scheibenpaket 42, um die gewünschte Wärmeableitung bereitzustellen und das Gesamtwärmeverhalten des Planetengetriebes 12 zu verbessern (2 und 3). Darüber hinaus tragen die Kühlmittelströmungskanäle 82 ferner flüssiges Kühlmittel direkt in die mit einer Keilverzahnung versehene Grenzfläche zwischen dem Kühlungshohlrad 40 und dem Scheibenpaket 42 aus, da die Auslässe der Kühlmittelströmungskanäle 82 in dem dargestellten Beispiel in der mit einer Keilverzahnung versehenen Peripherie 76 positioniert und um diese herum verteilt sind. Dadurch kann wiederum bei Ausführungsformen, bei denen Öl oder eine andere Schmierflüssigkeit als Kühlmittel verwendet wird, die Erwärmung durch Reibung auf ein Minimum reduziert und eine Abnutzung von Komponenten reduziert werden.
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Es sind somit Ausführungsformen eines Kühlungshohlrads beschrieben worden, das vorteilhafterweise in einem Planetenradsatz oder einem größeren Planetengetriebe, das zur Verwendung in einem Arbeitsfahrzeug geeignet ist, verwendet wird. Das Kühlungshohlrad umfasst Kühlmittelströmungskanäle, die um die Drehachse des Kühlungshohlrads abgewinkelt verteilt oder positioniert sein können. Während einer Drehung des Kühlungshohlrads nehmen die Kühlmittelströmungskanäle Kühlmittel auf und leiten zur verbesserten Wärmeableitung und/oder Schmierung einen aktiven Kühlmittelstrom zu nahe gelegenen Komponenten eines Getriebes (die z. B. Reibpakete umgeben). Die Kühlmittelströmungskanäle werden in den ringförmigen Zahnradkörper gebohrt oder anderweitig in diesem strategisch ausgebildet, um eine Durchdringung der Zahnradzähne des Kühlungshohlrads zu vermeiden. Dies beseitigt eine Durchdringung der kämmenden Flächen des Hohlrads und reduziert im Vergleich zu anderen Hohlrädern mit radialen Durchgangsbohrungen die Komplexität der Herstellung. Ausführungsformen des Kühlungshohlrads können des Weiteren vorteilhafterweise eine innere Ringnut oder ein anderes Kühlmittelauffangmerkmal umfassen, die bzw. das das Leiten eines zusätzlichen Kühlmittelstroms in die Kühlmittelströmungskanäle zur weiteren Verbesserung der Schmiermittelverteilungskapazitäten des Hohlrads unterstützt.
