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Die Erfindung bezieht sich auf eine Getriebeeinrichtung mit einem zum Umlauf um eine Getriebeachse vorgesehenen Getriebeglied, einer Schmierstoffleitungseinrichtung zur Leitung von Schmierstoff zu einer Schmierstelle und einer Pumpeneinrichtung zur Förderung des Schmierstoffes in die Schmierstoffleitungseinrichtung.
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Aus
DE 69 923 553 T2 ist ein Elektromotor bekannt, an dessen Stirnseite eine Pumpeneinrichtung zur Förderung eines Kühlmediums durch durch einen Stator des Elektromotors verlaufende Kanäle angesetzt ist. Die Pumpeneinrichtung ist als Verdrängerpumpe ausgebildet und umfasst einen Planetenträger, Planetenräder, die an dem Planetenträger gelagert sind, sowie ein Hohlrad. Das Hohlrad ist in seinem Außenumfangsbereich elliptisch konturiert und begrenzt gemeinsam mit bewegbar geführten Schieberwänden zwei Förderräume der Pumpe.
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Aus
DE 10 2009 051 003 A1 ist ein Planetengetriebe bekannt, das einen Planetenträger aufweist, an welchen ein Fangring angesetzt ist. Über diesen Fangring kann Schmieröl aufgegriffen und zu den Lagerstellen der Planetenräder geführt werden.
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Aus
DE 10 2009 051 004 A1 ist ein Planetengetriebe bekannt, das einen Planetenträger umfasst, an welchem Schöpftaschen angebracht sind, die bei Durchlauf eines Ölsumpfes eine definierte Menge Schmieröl aufgreifen und zu Schmierstellen transportieren, die vertikal oberhalb des Ölsumpfes liegen.
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Aus
DE 10 2011 003 250 A1 und
DE 10 2011 082 856 A1 sind eine Getriebeanordnung und ein Planetengetriebe bekannt, in welchen unmittelbar an einem Zahnrad desselben eine Mitnehmerstruktur ausgebildet ist, durch welche bei Durchlauf durch einen Ölsumpf Schmieröl aufgegriffen und zu oben liegenden Schmierstellen verbracht wird.
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In
DE 10 2014 220 309 A1 ist eine Getriebeeinrichtung mit einem zum Umlauf um eine Getriebeachse vorgesehenen Getriebeglied und einer Schmierstoffleitungseinrichtung zur Leitung von Schmierstoff zu einer Schmierstelle der Getriebeeinrichtung offenbart. Die Getriebeeinrichtung weist eine Pumpeneinrichtung zur Förderung des Schmierstoffes in die Schmierstoffleitungseinrichtung auf und umfasst ein Verdrängerelement in Form eines Kolbens und eine dieses Verdrängerelement zumindest abschnittsweise beherbergende Aufnahmekammer. Der Kolben definiert innerhalb der Aufnahmekammer eine volumenveränderliche Förderkammer. Das Getriebeelement ist ein Planetenträger, der in einem exzentrischen Nabenbereich an einem Planetenträger ausgebildet ist und eine Kurvenfläche bildet. Ein Kolben, den man als Kurvenfolger betrachten kann, läuft an der Kurvenfläche an. Der dadurch bei Rotation des Planetenträgers entstehende Hub verlagert den Kolben in der Aufnahmekammer und fördert Schmierstoff. Durch eine derartige Einrichtung ist es möglich, bei einer Getriebeeinrichtung, insbesondere einem Planetengetriebe, Schmierstoff zuverlässig über kompakt dimensionierte Kanäle unter Druck zu den jeweiligen Schmierstellen zu führen. Durch den Aufbau der Pumpeneinrichtung kann dabei die je Umlauf des Getriebeglieds zu fördernde Schmierstoffmenge abgestimmt werden. Die Förderleistung wird über einen großen Drehzahlbereich im Wesentlichen drehzahlproportional und zudem drehrichtungsunabhängig beibehalten.
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In
DE 1 757 482 U ist eine weitere Schmiervorrichtung der Gattung offenbart, die für die Schmierung einer Ritzelwellenanordnung in einem Hinterachsgetriebe eingesetzt wird. Ein Exzenter wird durch ein Tellerrad des Hinterachsgetriebes angetrieben und treibt seinerseits einen Kolben einer Pumpeneinrichtung an. Die Pumpeneinrichtung ist im Bereich einer Schmierstoffsammelzone angeordnet. Ein laufbuchsenartiger Einsatz sitzt in einem Achsgehäuse. Der aus dem Einsatz herausragende Abschnitt des Kolbens läuft radial an der profilierten Umfangsfläche des Exzenters an.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen zu schaffen, durch welche es auf kostengünstig realisierbarem Wege möglich wird, bei einem Getriebe, insbesondere einem Umlaufrädergetriebe, Schmieröl in den Bereich von Lager- oder Schmierstellen zu verbringen, die sich an einer von einem Schmierstoffsammelbereich entfernten oder von diesem getrennten Stelle befinden.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Getriebeeinrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
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Die Pumpeneinrichtung ist derart ausgebildet, dass diese ein Rückflusssperrventil umfasst. Dieses Rückflusssperrventil ist so aufgebaut, dass dieses eine Ventilkugel und eine Federeinrichtung umfasst, welche die Ventilkugel in eine Sperrstellung drängt. Die Ventilkugel kann durch eine als Kugellagerkugel gefertigte Kugel realisiert sein. Das Verdrängerelement kann durch ein zunächst als Zylinderrolle oder Nadel gefertigtes Zylinderelement gebildet sein.
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Das Rückflusssperrventil ist als vorgefertigte Baugruppe bereitgestellt, die ein kleines Buchsengehäuse umfasst, in welchem Kugel, Feder und ein Federstützring aufgenommen sind. Dieses kleine Buchsengehäuse bildet weiterhin den Ventilsitz für die Ventilkugel. Dieses Buchsenelement hält das Rückflusssperrventil zu einer Unterbaugruppe zusammen und sitzt mit leichter Presspassung in einer Radialbohrung eines im Folgenden auch als Pumpengehäuse bzw. Zapfenelement bezeichneten Einsatzes, der als solches eine Axialbohrung aufweist, welche die Aufnahmekammer bildet.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Getriebeeinrichtung derart ausgebildet, dass die Kurvenfläche bezüglich der Getriebeachse radial profiliert ist. Über diese radiale Profilierung kann dann der Kurvenfolger in radialer Richtung alternierend verlagert werden. Alternativ hierzu ist es jedoch auch möglich, die Getriebeeinrichtung derart auszubilden, dass die Kurvenfläche bezüglich der Getriebeachse axial profiliert ist. Die hierbei realisierbare alternierende Verlagerung des Kurvenfolgers in Richtung der Getriebeachse ermöglicht eine besonders kompakte Integration der Pumpeneinrichtung in die Getriebeeinrichtung. Weiterhin sind auch Bauformen möglich, bei welchen sowohl eine axiale, als auch eine radiale Profilierung der Kurvenfläche vorgesehen ist und der Kurvenfolger ggf. über eine Umlenkmechanik mit dem Verdrängerelement gekoppelt ist.
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Das Verdrängerelement ist vorzugsweise als zylindrisches Kolbenelement aus einem Stahlwerkstoff ausgeführt. Die Außenumfangsfläche des Kolbenelementes kann so geschliffen sein, dass dieses in präziser Bewegungspassung in der Aufnahmekammer läuft, ohne dass es einer zusätzlichen Dichtung bedarf. Die Passung kann so dimensioniert sein, dass sich ein hinreichender Schmierfilm in dem Bewegungsspalt zwischen dem Verdrängerelement und dem die Aufnahmekammer bildenden Bauteil ergibt und sich damit ggf. auch ein definierter Leckstrom einstellt. Es ist möglich, unmittelbar im Bereich der Pumpeneinrichtung Mittel zur Begrenzung des durch die Pumpeneinrichtung aufgebauten Maximaldruckes vorzusehen. Hierzu kann ein Bypass mit Überdruckventil vorgesehen sein oder die Koppelung des Kurvenfolgers und des Verdrängerelementes erfolgt über eine Federeinrichtung, die dann, wenn der Gegendruck einen Grenzwert erreicht, ein Durchfedern des Kurvenfolgers ohne oder mit lediglich geringem Hub des Verdrängerelementes gestattet.
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Die Pumpeneinrichtung ist vorzugsweise so aufgebaut, dass die Rückstellung des Verdrängerelements und des Kurvenfolgers über eine Federmechanik bewerkstelligt wird. Diese Federmechanik kann insbesondere durch eine Zylinderfeder realisiert sein, die in der Aufnahmekammer aufgenommen ist und das Verdrängerelement in eine Richtung drängt, in welcher sich das Volumen der Förderkammer vergrößert. Alternativ zu dieser Federeinrichtung kann die Rückstellung auch durch anderweitige Konzepte, insbesondere auf magnetischem Wege, erfolgen.
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Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Getriebeeinrichtung derart aufgebaut, dass jenes die Kurvenfläche bereitstellende Getriebeglied als Planetenträger fungiert. Die Kurvenfläche bildet ein sanftes Kurvenprofil, das ggf. nur einen Hub je Umlauf veranlasst. Bei hinreichend langsam laufenden Systemen dieser Art können auch zwei oder mehrere Hübe je Umlauf durch die Profilierung veranlasst werden. Der Hub kann sehr gering ausgelegt sein und z. B. nur etwa 50% des Durchmessers des Verdrängerelements betragen.
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Die Pumpeneinrichtung ist vorzugsweise im Bereich einer Schmierstoffsammelzone angeordnet und der statische Druck dieser Schmierstoffsammelzone bewirkt oder unterstützt einen hinreichenden Zufluss von Schmierstoff in den Eingangsbereich der Pumpeneinrichtung.
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Die Pumpeneinrichtung kann als kleines Einschraubmodul aufgebaut sein, das ggf. von außen zugänglich ist. Die Pumpeneinrichtung kann dabei durch einen zapfenartigen Einsatz gebildet sein, der in ein Getriebegehäuse eingesetzt ist derart, dass ein aus dem Einsatz herausragender Abschnitt des Verdrängerelements an der radial profilierten Umfangsfläche des Planetenträgers anläuft. Das Verdrängerelement fungiert dann unmittelbar auch als Kurvenfolger.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
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1 eine Detaildarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaues eines Abschnitts einer erfindungsgemäßen Getriebeeinrichtung mit einer Pumpeneinrichtung;
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2 eine Schemadarstellung zur weiteren Veranschaulichung des Aufbaues der Pumpeneinrichtung bei einer erfindungsgemäßen Getriebeeinrichtung.
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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Die Darstellung nach 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Getriebeeinrichtung G. Diese umfasst ein hier als Planetenträger C fungierendes und zum Umlauf um eine Getriebeachse X vorgesehenes Getriebeglied 1, eine Schmierstoffleitungseinrichtung 2 zur Leitung von Schmierstoff zu einer Schmierstelle L der Getriebeeinrichtung G, und eine Pumpeneinrichtung P zur Förderung des Schmierstoffes in die Schmierstoffleitungseinrichtung 2.
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Die Pumpeneinrichtung P umfasst ein Verdrängerelement 3 und eine dieses zumindest abschnittsweise beherbergende Aufnahmekammer 4. Das Verdrängerelement 3 definiert innerhalb der Aufnahmekammer 4 eine Förderkammer 4a.
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Der Planetenträger C bildet eine Kurvenfläche C1, an welcher ein Kurvenfolger 3a anläuft. Der Kurvenfolger 3a wird hier unmittelbar durch einen Endabschnitt des Verdrängerelements 3 gebildet. Der Kurvenfolger 3a zwingt bei Umlauf des Planetenträgers C das Verdrängerelement 3 zur Vollführung einer oszillierenden Axialbewegung in der Aufnahmekammer 4. Im Zusammenspiel mit einer Ventileinrichtung 6 erfolgt hierbei eine Verlagerung und Förderung von Schmierstoff aus der Förderkammer 4a in die Schmierstoffleitungseinrichtung 2.
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Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Kurvenfläche C1 bezüglich der Getriebeachse X radial profiliert. Es sind jedoch auch abweichende Bauformen möglich, bei welchen die Oszillation des Verdrängerelements 3 durch eine beispielsweise axial profilierte Kurvenfläche C1 herbeigeführt wird.
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Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Verdrängerelement 3 als zylindrisches Kolbenelement ausgeführt und in der Art einer Wälzlager-Zylinderrolle aus einem Stahlwerkstoff gefertigt. Die Außenumfangsfläche des Verdrängerelements 3 ist geschliffen und gehärtet.
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Die Pumpeneinrichtung P umfasst eine Rückstellmechanik, welche den Kurvenfolger 3a, also den Endabschnitt des Verdrängerelements, gegen die Kurvenfläche C1 drängt. Die Rückstellmechanik ist bei diesem Ausführungsbeispiel durch eine Federeinrichtung 5 gebildet, die direkt in der Förderkammer 4a sitzt und das Verdrängerelement 3 in eine Richtung mit sich vergrößerndem Volumen der Förderkammer 4a belastet.
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Die Pumpeneinrichtung P umfasst ein Rückflusssperrventil 6, das eine Ventilkugel 7 und eine Federeinrichtung 8 aufweist, wobei die Federeinrichtung 8 die Ventilkugel 7 in eine den Rückfluss aus der Leitungseinrichtung 2 sperrende Sperrstellung drängt. Der Ventilsitz der Ventilkugel 7 wird durch einen kegelringförmigen Wandungsabschnitt eines kleinen Buchsenelements 9 gebildet. Dieses Buchsenelement 9 hält das Rückflusssperrventil 6 zu einer Unterbaugruppe zusammen und sitzt mit leichter Presspassung in einer Radialbohrung eines Zapfenelements 10, das als solches eine Axialbohrung aufweist, welche die Aufnahmekammer 4 bildet.
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Die Pumpeneinrichtung P ist im Bereich einer Schmierstoffsammelzone angeordnet. Die Pumpeneinrichtung P kann so aufgebaut sein, dass diese auch als Ölablassschraube verwendet werden kann, so dass nach Herausschrauben der Pumpeneinrichtung P oder eines Teils derselben eine Ablassöffnung freigegeben wird, durch welche Öl aus der Getriebeeinrichtung G z. B. im Rahmen eines Wartungsvorganges abgelassen werden kann. Die Pumpeneinrichtung P ist hier durch einen zapfenartigen Einsatz 10 gebildet, der in ein Getriebegehäuse C1 eingesetzt ist derart, dass ein aus dem Einsatz 10 herausragender Abschnitt 3a des Verdrängerelements 3 an der radial profilierten Umfangsfläche C1 des Planetenträgers C anläuft.
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Der Einsatz 10 kann aus einem Lagerwerkstoff, insbesondere Bronzematerial, gefertigt werden. Er kann auch aus einem anderweitigen mechanisch hinreichend belastbaren Material insbesondere Grauguss gefertigt sein, das in Kombination mit dem Material und den Oberflächenqualitäten des Verdrängerelements 3 hinreichende Laufeigenschaften bietet. Die Führungslänge des Verdrängerelements 3 ist so abgestimmt, dass das aufgrund der am Kurvenfolgerabschnitt 3a angreifenden Querkräfte generierte Kippmoment von dem Einsatz 10 ohne signifikante Pressung an den Gleitflächen des Verdrängerelements 3 abgeleitet werden kann. Der Einsatz 10 kann einstückig mit einem Schraubenabschnitt 11 gefertigt werden. Alternativ hierzu kann der Schraubenabschnitt 11 durch eine Schraube 11a gebildet werden, die separat von dem Einsatz gefertigt ist und den Einsatz 10 im Getriebegehäuse G1 abstützt. Die Schraube 11a kann auch mit dem Einsatz 10 verbunden werden, z. B. über eine Umfangsbördelung eines Umfangsabschnitts des Einsatzes 10 oder der Schraube 11a.
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Der Zufluss des Schmierstoffes zu der Förderkammer 4a erfolgt über einen Zuleitungsabschnitt 12. Dieser ist hier durch eine Radialbohrung des Einsatzes 10 realisiert. Die Position des Zuleitungsabschnitts 12 ist derart abgestimmt, dass dieser nach einer kurzen Wegstrecke des Verdrängerelements 3, die kürzer ist als der maximale Hub „h” des Verdrängerelements 3, verschlossen wird. Nach Abschluss der Radialbohrung setzt dann der Ölstrom über die Ventileinrichtung 6 ein. Der Zufluss des Schmierstoffes zu der Förderkammer 4a erfolgt unter Wirkung des statischen Druckes des Ölsumpfes, sowie durch Saugwirkung der Pumpeneinrichtung. Daher kann auch durch einen relativ kleinen Querschnitt des Zuleitungsabschnitts 12, sowie eines ggf. vorgelagerten Fluidwegabschnitts der geforderte Zustrom von Schmierstoff sichergestellt werden. Es ist auch möglich, im Bereich des Zuleitungsabschnitts ein Einwegeventil (Rückstromsperrventil) vorzusehen. Dann kann auf die oben beschriebene besondere Positionierung der Radialbohrung verzichtet werden.
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Das Hubprofil der Kurvenfläche C1 ist vorzugsweise so gestaltet, dass sich ein sanftes Anheben und Absenken des Verdrängerelements 3 ergibt. Die Profilierung kann insbesondere zumindest annähernd als Sinus-Profil realisiert sein. Anstelle eines Gleitkontaktes zwischen dem Kurvenfolgerabschnitt 3a mit der Kurvenfläche C1 können hier auch Rollmechaniken vorgesehen sein. Im Falle der unmittelbaren Nutzung der Stirnfläche des Verdrängerelements 3 als von der Kurvenfläche C1 kontaktierte Fläche kann diese Stirnfläche als leicht ballige Fläche gestaltet sein, so dass sich das Verdrängerelement 3 in der dieses führenden Bohrung 4 drehen kann und dennoch eine im wesentlichen zentrische tendenziell punktuelle Krafteinleitung erfolgt. Es ist jedoch auch möglich, die Pumpeneinrichtung P konstruktiv so auszulegen, dass sich zwischen der Anlauffläche des Kurvenfolgers 3a und der Kurvenfläche C1 ein Linienkontakt ergibt. Hierzu ist dann vorzugsweise das Verdrängerelement 3 gegen Drehung innerhalb des Einsatzes 10 gesichert.
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Die Darstellung nach 2 veranschaulicht stark vereinfacht den Aufbau einer erfindungsgemäßen Getriebeeinrichtung G, bei welcher die Betätigung der Pumpeneinrichtung P über ein Umfangsprofil eines Planetenträgers C erfolgt, das insgesamt drei Fördernasen CN bildet. Diese Fördernasen CN bilden die vorangehend bereits in Verbindung mit 1 beschriebene Kurvenfläche C1. Diese Kurvenfläche C1 kontaktiert die Stirnfläche des Verdrängerelements 3 und zwingt dieses zur Vollführung von insgesamt drei Hüben je Umlauf des Planetenträgers C. Die Pumpeneinrichtung P saugt das im Sumpfbereich 13 zulaufende Schmieröl an und fördert dieses über das in den Pumpenmantel integrierte Sperrventil 6 in die Schmierstoffleitungseinrichtung 2. Über diese Schmierstoffleitungseinrichtung 2 gelangt das Schmieröl an definierte Schmierstellen. Die Schmierstoffleitungseinrichtung 12 kann als verzweigtes Leitungssystem ausgeführt sein und auch Grenzen zwischen zueinander relativ bewegbaren Komponenten der Getriebeeinrichtung G überqueren. Insbesondere kann die Schmierstoffleitungseinrichtung eine Schmierölführung zu Austrittsmündungen bewirken, an welchen eine Abstrahlung des Schmieröls in Form eine Strahls erfolgt, der dann auf Wandungen auftrifft und sich dort auffächert und auf Schmierstellen, insbesondere die Verzahnung von Planetenrädern, auftrifft.
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Die Pumpeneinrichtung P kann als Einschraubmodul realisiert sein, das in der Art einer Ölablassschraube aus dem Gehäuse G1 der Getriebeeinrichtung G heraus schraubbar ist und dann eine Öl-Ablassöffnung freigibt. Die Umfangsprofilierung mit mehreren radial ausbauchenden Fördernasen CN kann abweichend von der vorliegenden Darstellung auch so gewählt werden, dass sich die Hub- und Rücklaufphase des Verdrängerelements 3 auf größere Umfangswinkel W, z. B. bei zwei Nasen CN auf 180° und bei drei Nasen CN auf 120° erstreckt.
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Das Verdrängerelement 3 kann derart in die Pumpeneinrichtung P eingebunden sein, dass es in dieser verliersicher gehalten ist. Hierzu kann das Verdrängerelement 3 dann insbesondere gestuft ausgebildet und von der Seite der Schraube 11 aus (vgl. 1) in den Zapfen 10 eingesetzt sein.
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Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Getriebeeinrichtung ist wie folgt: Die das Kurvenprofil C1 bildende Scheibenstruktur ist fest mit dem Planetenträger C oder einem anderen rotierenden Teil des Getriebes G verbunden. Die Scheibenstruktur weist über den Umfang einen ungleichmäßigen Abstand ihrer Außenfläche zur Rotationsachse auf, wie beispielsweise eine Nockenscheibe oder ein Polygon. Die Scheibenstruktur zwingt das als Kolben fungierende Verdrängerelement 3 dazu, eine translatorische Bewegung im Pumpengehäuse 10 auszuführen. Der Kolben 3 drängt das Öl durch das Kugelventil 6 in den Kanal 2. Nachdem der Kolben 3 den Totpunkt erreicht hat, wird er durch die Rückstellfeder 5 zurückgedrängt. Aufgrund des Kugelventils 6 ist der Rückfluss des Öls verhindert. Somit steigt das Öl immer weiter im Kanal 2 nach oben. Vom oberen Ende des Kanals 2 kann das Öl z. B. durch die Schwerkraft an die gewünschten Stellen im Getriebe geleitet werden. Die Funktion ist bei Vorwärts- und Rückwärtsfahrt gegeben. Mittels einfacher Komponenten kann auf Grundlage des erfindungsgemäßen Konzeptes eine Pumpe mit geringen Kosten realisiert werden. Durch den hohen Integrationsgrad entsteht ein großer Kostenvorteil. Die Beölung funktioniert bereits bei geringen Drehzahlen, da anders als bei herkömmlichen Bauweisen nicht die kinetische Energie des Öls genutzt wird. Der Ölvolumenstrom kann durch den Kolbendurchmesser sowie den gewählten Hubweg gesteuert werden. Die Pumpe kann vorteilhaft durch Komponenten aufgebaut werden, die aus dem Fertigungsprozess von Wälzlagern entlehnt werden. Der Kolben 3 z. B. kann eine Nadel oder Nadelrolle sein. Die Federn 5 und 8 sind gewickelter Draht oder Band bzw. Normteile. Das Ventil 6 umfasst eine gezogene Hülse. Die Kugel 7 ist eine Wälzlagerkugel. Die Nockenscheibe ist eine Wange eines ggf. als Blechbauteil gefertigten Planetenträgers C oder ein an den Planetenträger C angesetzter Ring. Die Erfindung schafft damit eine Getriebevorrichtung G mit einer Vorrichtung zur Aktuierung eines Verdrängerelements 3 oder zunächst eines Nockenfolgers 3a, die eine Steuerscheibe C in Form einer Exzenter-, Nocken- oder Kurvenscheibe aufweist, wobei die Steuerscheibe C eine Trägerwange eines Planetenträgers eines aus dem Planetenträger und an dem Planetenträger gelagerten Planetenrädern gebildeten Planetentriebs ist. Der Nockenfolger 3a ist bei dieser Getriebeeinrichtung G der Kolben einer Schmierölpumpe.
