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Die Erfindung betrifft ein Planetenreibradgetriebe für eine Fluidenergiemaschine. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben eines Planetenreibradgetriebes für eine Fluidenergiemaschine. Die Erfindung betrifft überdies eine Fluidenergiemaschine.
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Stand der Technik
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Steigende Kraftstoffpreise und Gesetzesvorhaben zur Limitierung des CO2-Ausstoßes haben zur Folge, dass Automobil- und Verbrennungsmotorenhersteller verstärkt an effizienten Antrieben arbeiten.
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Der Wirkungsgrad des Antriebsstrangs kann durch die Nutzung der Abgasrestwärme deutlich verbessert werden. Dies bewirkt ca. 2,5 bis 5 % Kraftstoffersparnis. Dabei nutzt ein Abgasrestwärmerückgewinnungssystem die Abgasrestwärme des Verbrennungsmotors, um durch einen thermodynamischen Dampfkraftprozess mechanische Energie zu erzeugen.
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Zentrale Komponente des Dampfkraftprozesses ist eine Expansionsmaschine, welche ein dampfförmiges, überhitztes Arbeitsmedium unter Abgabe von Arbeit an eine Expanderwelle entspannt. Als Expansionsmaschinen werden Strömungsmaschinen wie z.B. Turbomaschinen oder Verdrängermaschinen, wie z.B. Kolbenmaschinen oder Schraubenmaschinen, eingesetzt. Eine Wellenarbeit der Expansionsmaschine wird entweder über ein Getriebe an eine Kurbelwelle des Kraftfahrzeugs abgegeben oder treibt eine E-Maschine an, welche die elektrische Energie in ein Bordnetz einspeist.
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Die
DE 10 2013 021 251 A1 offenbart eine Fluidenergiemaschine zur Wandlung von Energie aus einem unter Druck stehenden Fluid in mechanische Energie, wobei die Fluidmaschine einen Hochdruckanschluss zur Zuführung des Fluids und einen Niederdruckanschluss zum Austritt des Fluids aufweist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft ein Planetenreibradgetriebe für eine Fluidenergiemaschine aufweisend ein mit einem Laufrad der Fluidenergiemaschine fest verbundenes Sonnenrad, eine Mehrzahl von durch das Sonnenrad angetriebenen Planetenrädern, einem Planetenradträger zur Aufnahme der Mehrzahl von Planetenrädern und ein die Planetenräder umgebendes Hohlrad, wobei das Sonnenrad einen Druckkamm zur Abstützung einer im Betrieb der Fluidenergiemaschine durch das Laufrad auf das Sonnenrad angewendeten Axialkraft aufweist, und wobei zwischen einer Innenseite jeweiliger Ringelemente des Druckkamms und benachbart angeordneten Stirnseiten der Mehrzahl von Planetenrädern zumindest abschnittsweise ein Spalt zum Zuführen von Schmiermittel zum Druckkamm ausgebildet ist.
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Die vorliegende Erfindung schafft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben eines Planetenreibradgetriebes. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines mit einem Laufrad der Fluidenergiemaschine fest verbundenen Sonnenrads, einer Mehrzahl von durch das Sonnenrad angetriebenen Planetenrädern, eines Planetenradträgers zur Aufnahme der Mehrzahl von Planetenrädern und eines die Planetenräder umgebenden Hohlrads.
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Das Verfahren umfasst des Weiteren ein Abstützen einer im Betrieb der Fluidenergiemaschine durch das Laufrad auf das Sonnenrad angewendeten Axialkraft mittels eines Druckkamms des Sonnenrads.
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Das Verfahren umfasst überdies ein Zuführen von Schmiermittel zum Druckkamm mittels eines zwischen einer Innenseite jeweiliger Ringelemente des Druckkamms und benachbart angeordneten Stirnseiten der Mehrzahl von Planetenrädern zumindest abschnittsweise ausgebildeten Spalts.
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Die vorliegende Erfindung schafft darüber hinaus eine Fluidenergiemaschine zur Wandlung von Energie aus einem unter Druck stehenden Fluid in mechanische Energie, mit einem mittels einem Fluid beaufschlagbaren Laufrad, und einem mit dem Laufrad verbundenen Planetenreibradgetriebe.
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Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, durch Vorsehen des zumindest abschnittsweise zwischen der Innenseite jeweiliger Ringelemente des Druckkamms und benachbart angeordneter Stirnseiten der Mehrzahl von Planetenrädern ausgebildeten Spalts zum Zuführen von Schmiermittel zum Druckkamm einen höheren Getriebewirkungsgrad durch Reduzierung einer Reibleistung des Planetenreibradgetriebes vorzusehen. Dies wird in vorteilhafter Weise durch Bereitstellen einer hydrodynamischen Schmierung in Form eines zwischen der Innenseite jeweiliger Ringelemente des Druckkamms und benachbart angeordneter Stirnseiten der Mehrzahl von Planetenrädern angeordneten Schmierfilms ermöglicht. Die verbauten Komponenten, d.h. die erfindungsgemäß angepassten Planetenräder sowie der entsprechend ausgebildete Druckkamm, weisen eine einfache Fertigung und somit geringe Fertigungskosten auf.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Innenseite jeweiliger Ringelemente des Druckkamms und/oder die benachbart angeordneten Stirnseiten der Mehrzahl von Planetenrädern im Wesentlichen konusförmig ausgebildet ist. Somit kann in vorteilhafter Weise der Spalt zum Zuführen von Schmiermittel zum Druckkamm erzeugt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein zwischen der Innenseite jeweiliger Ringelemente des Druckkamms und der benachbart angeordneten Stirnseiten der Mehrzahl von Planetenrädern ausgebildeter Konuswinkel in einem Bereich von 0,1° bis 5°, vorzugsweise von 0,5° bis 3°, liegt. Damit kann in vorteilhafter Weise eine effiziente hydrodynamische Schmierung des Druckkamms bewirkt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Innenseite jeweiliger Ringelemente des Druckkamms und die benachbart angeordneten Stirnseiten der Mehrzahl von Planetenrädern Punkt- oder Linienkontakt bilden. Somit kann durch Reduzierung der Reibung des Planetenreibradgetriebes der Wirkungsgrad erhöht und ein Verschleiß der jeweiligen Komponenten reduziert werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Linienkontakt in einer Ebene liegt, in welcher jeweilige Achsen des Sonnenrads und der Mehrzahl von Planetenrädern angeordnet sind. Somit besteht ein geringstmöglicher Kontakt zwischen dem Sonnenrad und der Mehrzahl von Planetenrädern in Axialrichtung.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Spalt zur Zuführung von Schmiermittel im Wesentlichen in Umfangsrichtung konvergierend ausgebildet ist. Somit kann bei Anspritzen der Planetenräder mit Schmiermittel das Schmiermittel effizient in den Spalt transportiert werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im Betrieb der Fluidenergiemaschine zwischen der Innenseite jeweiliger Ringelemente des Druckkamms und der benachbart angeordneten Stirnseiten der Mehrzahl von Planetenrädern ein Schmierfilm ausgebildet ist. Somit kann in vorteilhafter Weise eine Reibung zwischen dem Sonnenrad und den Planetenrädern in Axialrichtung des Planetenreibradgetriebes reduziert werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Schmiermittelversorgung des Druckkamms, insbesondere des zwischen der Innenseite jeweiliger Ringelemente des Druckkamms und der benachbart angeordneten Stirnseiten der Mehrzahl von Planetenrädern ausgebildeten Spalts über an Laufflächen der Mehrzahl von Planetenrädern angespritzten Schmiermittel erfolgt. Somit kann eine zusätzliche bzw. weitere Schmiermittelversorgung entfallen und eine ausreichende Schmiermittelversorgung des Spalts durch das Anspritzen der Planetenräder durch den Schmiermittel gewährleistet werden.
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Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.
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Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.
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Figurenliste
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Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung.
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Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
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Es zeigen:
- 1a eine schematische Darstellung eines Planetenreibradgetriebes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 1b eine Querschnittsansicht einer Fluidenergiemaschine mit dem erfindungsgemäßen Planetenreibradgetriebe gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung von Komponenten des Planetenreibradgetriebes gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 3 eine schematische Darstellung eines Druckkamms des Planetenreibradgetriebes gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 4 eine vergrößerte Detailansicht eines Spalts zwischen Druckkamm und einem Planetenrad des Planetenreibradgetriebes gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 5 eine schematische Darstellung eines Linienkontakts zwischen Druckkamm und Planetenrad des Planetenreibradgetriebes gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
- 6 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben des Planetenreibradgetriebes gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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In den Figuren der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile oder Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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1a zeigt eine schematische Darstellung eines Planetenreibradgetriebes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Das Planetenreibradgetriebe 10 für die (in 1a nicht gezeigte) Fluidenergiemaschine weist ein mit einem (in 1a nicht gezeigten) Laufrad der Fluidenergiemaschine fest verbundenes Sonnenrad 14, eine Mehrzahl von durch das Sonnenrad 14 angetriebenen Planetenrädern 16, 17, 18, einen Planetenradträger 19 zur Aufnahme der Mehrzahl von Planetenrädern 16, 17, 18 und ein die Planetenräder 16, 17, 18 umgebenes Hohlrad 25 auf.
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1b zeigt eine Querschnittsansicht einer Fluidenergiemaschine mit dem erfindungsgemäßen Planetenreibradgetriebe gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Das Sonnenrad 14 weist einen Druckkamm 20 auf. Der Druckkamm 20 dient einer Abstützung einer im Betrieb der Fluidenergiemaschine 1 durch das Laufrad 12 auf das Sonnenrad 14 angewendeten Axialkraft. Zwischen einer Innenseite 21a, 22a jeweiliger Ringelemente 21, 22 des Druckkamms 20 und benachbart angeordneten Stirnseiten 16a, 16b der Mehrzahl von Planetenrädern 16, 17, 18 ist zumindest abschnittsweise ein (in 1b nicht gezeigter) Spalt zum Zuführen von Schmiermittel zum Druckkamm 20 ausgebildet.
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2 zeigt eine schematische Darstellung von Komponenten des Planetenreibradgetriebes gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Das Sonnenrad 14 bildet mit dem Planetenrad 16 in Radialrichtung des Planetenreibradgetriebes flächigen Reibkontakt. Des Weiteren bilden jeweilige Stirnseiten des Planetenrads 16 mit dem Druckkamm 20 in Axialrichtung des Planetenreibradgetriebes Reibkontakt. Dieser Reibkontakt wird im Wesentlichen durch die durch das Laufrad der Fluidenergiemaschine auf das Sonnenrad 14 angewendete Axialkraft F bewirkt.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Druckkamms des Planetenreibradgetriebes gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Die Innenseite 21a des Ringelements 21 des Druckkamms 20 und die benachbart angeordnete Stirnseiten 16a der Mehrzahl von Planetenrädern, von welchen in 3 nur das Planetenrad 16 dargestellt ist, sind vorzugsweise im Wesentlichen konusförmig ausgebildet. Alternativ können die Innenseiten 21a jeweiliger Ringelemente 21 des Druckkamms 20 oder die benachbart angeordneten Stirnseiten 16a der Mehrzahl von Planetenrädern 16 im Wesentlichen konusförmig ausgebildet sein oder eine andere geeignete Form aufweisen, welche eine reduzierte Reibung zwischen den Innenseiten 21a jeweiliger Ringelemente 21 des Druckkamms 20 und den benachbart angeordneten Stirnseiten 16a der Mehrzahl von Planetenrädern 16 ermöglicht.
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Ein zwischen der Innenseite 21a jeweiliger Ringelemente 21 des Druckkamms 20 und der benachbart angeordneten Stirnseiten 16a der Mehrzahl von Planetenrädern 16 ausgebildeter Konuswinkel α liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,1° bis 5°, vorzugsweise von 0,5° bis 3°. Der Spalt 24 zur Zuführung von Schmiermittel M ist im Wesentlichen in Umfangsrichtung konvergierend ausgebildet.
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4 zeigt eine vergrößerte Detailansicht eines Spalts zwischen Druckkamm und einem Planetenrad des Planetenreibradgetriebes gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Im Betrieb der Fluidenergiemaschine ist zwischen der Innenseite 21a jeweiliger Ringelemente 21 des Druckkamms 20 und der benachbart angeordneten Stirnseiten 16a der Mehrzahl von Planetenrädern 16 ein Schmierfilm ausgebildet.
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Eine Schmiermittelversorgung des Druckkamms 20, insbesondere des zwischen der Innenseite 21a jeweiliger Ringelemente 21 des Druckkamms 20 und einer benachbart angeordneten Stirnseite 16a des Planetenrads 16 ausgebildeten Spalts 24 erfolgt über an Laufflächen der Mehrzahl von Planetenrädern 16 angespritzten Schmiermittel M. Im Inneren des Spalts 24 weist der Druckkamm 20 eine Ausnehmung bzw. Aussparung auf. Diese bewirkt in vorteilhafter Weise eine effiziente Zuführung von Schmiermittel in weitere Bereiche des Druckkamms 20.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines Linienkontakts zwischen Druckkamm und Planetenrad des Planetenreibradgetriebes gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Die (in 5 nicht gezeigte) Innenseite jeweiliger Ringelemente des Druckkamms und die benachbart angeordneten Stirnseiten der Mehrzahl von Planetenrädern bilden vorzugsweise Linienkontakt 26. Alternativ können diese beispielsweise Punktkontakt bilden. Der Linienkontakt 26 liegt in einer Ebene A, in welcher jeweilige Achsen 14, 28 des Sonnenrads 14 und des Planetenrads 16 bzw. der Mehrzahl von Planetenrädern angeordnet sind.
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6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben des Planetenreibradgetriebes gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen S1 eines mit einem Laufrad der Fluidenergiemaschine fest verbundenen Sonnenrads, einer Mehrzahl von durch das Sonnenrad angetriebenen Planetenrädern, eines Planetenradträgers zur Aufnahme der Mehrzahl von Planetenrädern und eines die Planetenräder umgebenden Hohlrads.
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Das Verfahren umfasst des Weiteren ein Abstützen S2 einer im Betrieb der Fluidenergiemaschine durch das Laufrad auf das Sonnenrad angewendeten Axialkraft mittels eines Druckkamms des Sonnenrads.
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Das Verfahren umfasst überdies ein Zuführen S3 von Schmiermittel zum Druckkamm mittels eines zwischen einer Innenseite jeweiliger Ringelemente des Druckkamms und benachbart angeordneten Stirnseiten der Mehrzahl von Planetenrädern zumindest abschnittsweise ausgebildeten Spalts.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
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Beispielsweise kann eine Form, Abmessung und/oder Beschaffenheit der Komponenten des Planetenreibradgetriebes abgeändert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013021251 A1 [0005]
