DE3411830A1

DE3411830A1 - Verfahren und vorrichtung zum schmieren einer transmission

Info

Publication number: DE3411830A1
Application number: DE3411830A
Authority: DE
Inventors: James Clement Wellsville N.Y. Hambric
Original assignee: McGraw Edison Co
Current assignee: Dresser Industries Inc
Priority date: 1983-03-31
Filing date: 1984-03-30
Publication date: 1984-10-04
Also published as: JPS59183191A; IT8420306A0; BR8401450A; IT1173527B; FR2543654A1; FR2543654B1; US4567784A

Description

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RAU & SCHNECK

PATENTANWÄLTE

DIPL.-ING. DR. MANFRED RAU DIPL.-PHYS. DR. HERBERT SCHNECK ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT

VNK Io6984 Nürnberg, 29.o3.1984

S/St

McGraw-Edison Company, 17ol Golf Road Rolling Meadows,

ILL 60008/USA

Verfahren und Vorrichtung zum Schmieren einer Transmission

Die Erfindung betrifft ein Schmiersystem im allgemeinen und
insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schmieren einer freischwingenden Hohlwelle in einem Reduktionsgetriebe oder einer Planetentransmission, für Planetenlager oder Getriebezüge.

Bei jedem rotierenden System, welches der Schmierung bedarf, ist es wesentlich, daß Öl oder Schmierflüssigkeit an dem kleinstmöglichen inneren Radius eintritt. Dies ist deshalb erforderlich, weil die Zentrifugalkraft jedwede Flüssigkeit, welche in das Zentrum des drehenden Systems gegeben wird, in die äußeren
Abschnitte des Systems fließen läßt. Die US-PS 1 184 6o9 beschreibt insoweit die grundlegende Technik.

Bei einer Differentialplanetentransmission sind die Planetenräder (welche in Verbundbauweise erstellt sind) in oder an
einer drehenden Trägeranordnung befestigt, welche ihrerseits durch einen Satz von Lagern getragen wird. Im Inneren der

D-8500 NÜRNBERG 91 POSTFACH 91 04 80 LANGE ZEILE 30 TELEFON 09 11 / 3 71 47 TELEX 04 / 23965 POSTSCHECK NBG. 1843 52-857

Trägereinrichtung treibt ein Sonnenrad die Planetenräder. Mit Ausnahme einer Öffnung für die Sonnenräder sind die Enden der Trägereinrichtung üblicherweise geschlossen, um eine konstruktive Stütze für die Planetenräder zu bilden und die Lager für die Trägereinrichtung aufzunehmen. Dementsprechend kann Schmierflüssigkeit in die rotierende Anordnung nicht von den Enden des Trägers in den Sonnenradeingriffsbereich gelangen (vgl. US-PS 3 23o 796, 3 o65 822; JP-PS 56-3586o; DD-PS 146 und GB-PS 259 222). Die Schmierflüssigkeit kann nicht wirksam von einer externen Quelle außerhalb des Durchmessers der Drehanordnung eingespritzt werden, da dem die Wirkung der Zentrifugalkraft entgegensteht. Die Zentrifugalkraft begrenzt den Eindringgrad der direkt auf das drehende System gesprühten Schmierflüssigkeit. Versucht man, eine Benetzung dadurch herbeizuführen, daß das Öl von einem außenliegenden Durchmesserbereich eingesprüht wird, müßte der Öldruck bzw. der Druck der .Schmierflüssigkeit sehr hoch sein, um den Zentrifugalkrafteffekten entgegenzuwirken. Hochdruckschmiersysteme sind teuer, und zwar nicht ausschließlich aus dem Gesichtspunkt der Anschaffungskosten, sondern auch im Hinblick auf die Wartung und die Betriebskosten. Darüber hinaus würde Schmierflüssigkeit, welche von einem Ende der Trägereinrichtung oder durch eine Öffnung in der Trägereinrichtung zwischen den Planetenrädern eingespritzt würde, stoßweise eintreten, da die Trägereinrichtung selbst rotiert. Dementsprechend ist es schwierig, ein wirksames, kostengünstiges und effizientes Schmiersystem für eine Planetentransmission zu konstruieren.

Es wurden verschiedene Versuche gemacht, Schmierflüssigkeit in das Innere einer drehenden, mit Zahnrädern versehenen Welle aus einer Quelle an der Peripherie der Welle zuzuführen (z.B. US-PS 1 299 156 und 2 926 755). Es kommen hier jedoch Schwierigkeiten hinzu, wenn die Transmissionswelle als dünnwandige

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Hohlwelle ausgebildet ist, welche direkt von einer Dampfturbine angetrieben wird, welche mit optimalen Geschwindigkeitsverhältnissen und mit dem höchstmöglichen Wirkungsgrad (d.h. 2oooo U/min) arbeitet. Darüber hinaus muß man die Schmierflüssigkeit, wenn die Transmission von einer Welle angetrieben wird, die nicht durch Gleitlager getragen wird, nicht nur irgendwo in die Welle zwischen den Enden der Welle eintreten lassen, sondern die Schmierflüssigkeit muß in das Innere der Welle ohne direkte mechanische oder Flüssigkeitsverbindung gebracht werden (siehe z.B. US-PS 1 299 156 und 2 926 755). Dementsprechend wird eine neue und vorteilhafte praktische Lösung für eine alternative Konstruktion benötigt.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schmieren einer Hohlwelle vorgesehen, deren eines Ende mit einem Reduktionsgetriebe dieses antreibend zusammenwirkt, und deren anderes Ende mit einer Kraftmaschine gekoppelt werden kann, welche mit hoher Geschwindigkeit rotiert. Insbesondere ist eine Quelle für Schmierflüssigkeit unter Druck vorgesehen, welche über feste Düsen, welche im Abstand von der Außenfläche der Welle angeordnet sind, Schmierflüssigkeit in Ausnehmungen abgibt, welche in der Welle angeordnet sind, wenn diese Ausnehmungen mit den Düsen fluchten. Die Innenseite der Welle um die Peripherie der Ausnehmungen ist abgedichtet, so daß in

die Welle eintretende Flüssigkeit (welche auf die Innenseite

der Welle durch Zentrifugalkraft aufgebracht wird) daran gehindert wird, aus den Ausnehmungen auszutreten, wenn die Ausnehmungen nicht mit den Düsen fluchten. Die sich an der Innenseite der Welle ansammelnde Flüssigkeit wird zu demjenigen Ende der Welle geleitet, welches mit dem Reduktionsgetriebe in Eingriff steht. An diesem Ende sind Öffnungen vorgesehen, welche das Innere der Welle mit der Basis der Zahnradzähne an diesem Ende der Welle verbinden, wobei durch die Zentrifugalkraft die Flüssigkeit in die in Eingriff stehenden Zähne der

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Welle und das Reduktionsgetriebe eingebracht wird. Auf diese Weise wird den in Eingriff stehenden Zahnrädern kontinuierlich Flüssigkeit zugeführt, obwohl die Schmierflüssigkeit nur periodisch intermittierend in das Innere der Welle abgegeben wird.

Bei einer Ausführungsform ist eine Mehrzahl von Ausnehmungen in den Wänden der Welle vorgesehen, welche periodisch mit entsprechenden Düsen fluchten, welche Schmierflüssigkeit in das Innere der Welle einspritzen. Im Inneren der Welle ist ein Hindernis vorgesehen, um die Flüssigkeit, welche radial in die Welle eintritt, zu verteilen und in Richtung auf die Enden der Welle zu leiten. Darüber hinaus sind winkelmäßig im Abstand voneinander angeordnete Kanäle zwischen den abgedämmten Öffnung an der Innenseite der Welle vorgesehen, um den sich an der Innenseite der Welle ausbildenden Ölfilm gleichmäßig zu verteilen. Weiterhin sind Kanäle vorgesehen, um einen Teil des Öles im Inneren der Welle auf die Kupplung zwischen der Kraftmaschine und der Welle hinzuleiten.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist eine freischwingende Hohlwelle mit einer entfernbaren Einlage versehen, welchedie Öffnungen an der Innenseite der Welle abdämmt, durch welche Schmierflüssigkeit in die Welle eintritt, wobei diese Einlage

die eintretende Flüssigkeit axial in Richtung auf die Enden

der Welle verteilt.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der Zeichnung. Dabei zeigen

Fig. 1 eine perspektivische, teilweise aufgebrochene Ansicht einer epizyclischen Differentialtransmission mit einem erfindungsgemäßen Schmiersystem,

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Fig. 2 und 2A einen vergrößerten Querschnitt der Hohlwelle und der zugehörigen Teile längs der Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 einen vergrößerten Querschnitt in Rückansicht der Hohlwelle und der zugehörigen Teile längs der Linie 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 einen vergrößerten Querschnitt, gesehen von der Seite, des Schmierölverteilers, welcher in die in Fig. 2 dargestellte Hohlwelle paßt, und

Fig. 5 eine vergrößerte Seitenansicht der in Fig. 4 dargestellten Einlage, welche um 45° gedreht ist, um die konstruktiven Details besser erkennbar zu machen.

Fig. 1 stellt eine moderne epizyclische Transmission Io dar, welche von einer Abtriebswelle einer Hochgeschwindigkeitsdampfturbine angetrieben wird und mit dieser verbunden ist. Verschiedene Verhältnisse von Planetenrädern werden verwendet, um den Abtriebsgeschwindigkeitsanforderungen gerecht zu werden. Da eine Turbine vorzugsweise im Bereich einer Geschwindigkeit betrieben wird, welche dem optimalen Geschwindigkeitsverhältnisentspricht, wird die Abtriebsgeschwindigkeit der Transmission so ausgelegt, daß sie der von der Last geforderten Geschwindigkeit entspricht. Im Falle einer Dampfmaschine, welche mit

2oooo U/min arbeitet, treibt eine Prototypdifferentialtransmission Io die Abtriebswelle 12 in einem Geschwindigkeitsbereich von 5oo bis 12oo U/min oder mit noch niedrigeren Geschwindigkeiten.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird auch die Umgebung der eigentlichen erfindungsgemäßen Konstruktion und die wesentlichen Bauteile der Transmission Io nachstehend beschrieben. Die Transmission Io ist innerhalb eines im wesentlichen zylin-

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derförmigen, horizontal geteilten, zweiteiligen Gehäuses 14a und 14b untergebracht. Das innere (turbinenendseitige) Gehäuseteil 14a weist eine im wesentlichen kegelstumpfförmige Form auf. Das äußere Ende des inneren Gehäuseteils 14a ist über Flansche mit dem äußeren (lastseitigen) Gehäuseteil 14b verbunden. Eine ähnliche Flanschverbindung ist am inneren Ende vorgesehen, um die Transmission Io an einer Kraftmaschine oder Dampfmaschine zu befestigen, welche die Transmission antreibt. Das äußere Gehäuseteil 14b trägt ein Abtriebswellenlager-Stützteil 2o, welches die Abtriebswelle 12 trägt. Das innere Gehäuseteil 14a ist mit zwei Befestigungsschuhen 22 versehen (wovon der rechte Schuh in Fig. 1 verdeckt ist) ebenso wie mit einem axialen Führungsschuh 24. Eine Lagerung mit einer Führung längs der Mittellinie mit einem festen Ausgangsende stellt eine gleichmäßige thermische Expansion des Getriebegehäuses weg von der Richtung der angetriebenen Vorrichtung sicher. Hierdurch wird bewerkstelligt, daß die angetriebene Einrichtung nicht unvorhersehbaren möglichen Beschädigungen unterworfen wird.

Nachstehend werden nun die in den Transmissionsgehäuseteilen 14a und 14b untergebrachten Komponenten beschrieben. Das innere Gehäuseteil 14a weist eine einstückig damit verbundene, nach innen vorstehende Lippe 26 auf, welche dazu verwendet wird,

die Bauteile der Transmission Io zu montieren. Eine Reihe

von Bolzen 27 wird verwendet, um ein scheibenartiges Trageteil 28 mit der Lippe 26 an dem inneren Gehäuseteil 14a zu verbinden. Der Mittelpunkt des Trägers 28 ist mit einer Öffnung versehen, in welcher eine freischwingende Hohlwelle 3o angeordnet ist. Die ^i:Freischwing-Eigenschaften" der Hohlwelle 3o werden später beschrieben. Die Hohlwelle 3o ist an einem Ende mit einem Keil versehen (und zwar am inneren Ende), um die Hohlwelle an eine Kraftmaschine anzukuppeln.

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Das entgegengesetzte oder abtriebsseitige Ende der Hohlwelle 3o bildet ein Sonnenrad 32. Das äußere oder hintere Ende des Trägers 28 bildet eine Kugellageranordnung 34. Hiermit verbunden ist eine Planetenträgeranordnung oder ein Träger 36. Der Träger 36 wird später noch im einzelnen beschrieben.

Das vordere oder innere Ende des Trägers 28 trägt eine Ölverteilungsanordnung 38. Bei dieser besonderen Ausführungsform umfaßt die (^verteilungsanordnung 38 eine Basiskappe 4o, eine obere Kappe 42 und einen Öldüsenhalter 44. Die obere Kappe 42 ist mit einer Schmierflüssigkeitsquelle bzw. einem Ölvorrat 46 verbunden, welche unter Druck stehen. Die Basiskappe 4o und die obere Kappe 42 sind über Bolzen 41 miteinander verbunden und bilden eine Reihe von inneren Durchlässen aus, welche Öl an den Öldüsenhalter 44 und an eine Mehrzahl von Öffnungen 48 im festen Träger 28 durchlassen. Der Träger 28 ist mit einer Mehrzahl von Ölabgabedüsen 49 versehen (welche in Fig. der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind), welche wiederum Öl intermittierend an das Innere der revolvierenden Zahnräder, welche an dem Träger 36 befestigt sind, abgeben. Öl, welches sich längs der Innenwände der Planetenräder 5o ansammelt, wird dann durch Öffnungen 51 geleitet, um die Lager an den beiden Enden der Planetenräder zu schmieren.

An der Außenseite des Trägers 28 trägt der Träger 36 drehbar drei doppelte Verbundplanetenräder 5o (von welchen in Fig. 1 'eines verdeckt ist). Jedes Ende jedes Planetenrades 5o wird von "einer Walzenlageranordnung getragen, welche innerhalb des Trägers 36 angeordnet ist. Alle Walzenlager sind so ausgelegt, daß sie hohe Oberflächenspannungen aufnehmen können. Eine Konstruktion aus doppeltvakuumgeschmolzenem Stahl wird insoweit bevorzugt, als sie eine besonders hohe Lebenserwartung

verspricht und dementsprechend eine hohe Zuverlässigkeit. Die Lebensdauer von VIMVARM-5o Zahnrädern dürfte 5o mal höher als diejenige herkömmlicherweise luftgeschmolzenen Stahls sein. Das innere Ende jedes Planetenrades 5o greift in ein Sonnenrad 32 auf der Hohlwelle 3o. Die inneren Planetenräder greifen ebenfalls in ein festes Antriebsringzahnrad 52 ein, welches über eine Keilverbindung mit einem Saumrad 54 an der Innenseite des Trägers 28 verbunden ist. Jedes äußere Planetenrad greift in ein Abtriebsringzahnrad 56 ein. Ein Abtriebsadapterring 58 ist mit dem Abtriebsringzahnrad 56 über einen Keil verbunden ebenso wie mit der Abtriebswelle 12. Die Abtriebswelle 12 ist drehbar innerhalb des Wellenlager-Trägers 2o gelagert. Weiterhin ist die Abtriebswelle 12 durch ein doppeltes Kugellager am abtriebsseitigen Ende gelagert, welches sowohl die radiale Belastung als auch die Schubbelastung von der angetriebenen Einrichtung aufnimmt. Ein Befestigungsring 6o, welcher durch eine Befestigungsnuß 62 mit Gewinde festgelegt ist, legt den Abtriebsadapterring 58 an der Abtriebswelle 12 fest. Der Abtriebsadapterring 58 ist darüber hinaus mit einer Kugellageranordnung 64 zur Lagerung des äußeren Ende des Trägers 36 versehen. Die Hohlwelle 3o wird gegen axiale Verlagerungen nach außen durch ein Abstandselement 68 festgelegt (vgl. auch Fig. 2A), welches in der Mitte des äußeren Endes des Trägers 36 angeordnet ist.

Nachfolgend wird im Anschluß an diese allgemeine Beschreibung der Transmission Io das erfindungsgemäße Schmiersystem für die Hohlwelle 3o unter Bezugnahme auf die Fig.2 und 2A erläutert. Hierzu ist nochmals anzumerken, daß der feste Träger 28 an seinem inneren Ende eine Basiskappe 4o positioniert und trägt und an seinem äußeren Ende die Lageranordnung 34, welche ein Ende des Trägers 36 drehbar relativ zu der Hohlwelle 3o lagert. Eine Mehrzahl von Bolzen 41 hält die Basiskappe 4o und die obere Kappe 42 am festen Träger 28. Bei dieser

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Ausführungsform ist der Öldüsenhalter 44 innerhalb der oberen Kappe 42, der Basiskappe 4o und des Trägers 28 angeordnet. Insbesondere ist er mit der Basiskappe 4o verschraubt. Zwei Dichtungen 8o stellen sicher, daß in die (^verteilungseinrichtung 38 eintretendes Öl nicht durch ein Ende des Öldüsenhalters 44 austritt. Dabei ist die Hohlwelle 3o in Verbindung mit der Abtriebswelle 82 einer Kraftmaschine dargestellt, wie z.B. einer Dampfturbine, wobei die Kupplung mittels eines Keils 84 bewerkstelligt wird. Die Keil-Kupplung 84 umfaßt einen Kragen 86 und eine Kragenbefestigungseinrichtung 88. Die Kragenbefestigungseinrichtung 88 -hält den Kragen 86 am Ende der Abtriebswelle 82 fest.

In Fig. 2A ist das äußere Ende der Hohlwelle 3o dargestellt. Dabei wird jedes Planetenrad 5o an jedem seiner Enden durch Walzenlager 71F und 71R getragen, welche an jedem Ende des Trägers 36 festgelegt sind. Das innere Ende jedes Verbundplanetenrads 5o greift in das Sonnenrad 32 am äußeren Ende der Hohlwelle 3o ein.

Aus dem Vorstehenden wird deutlich, daß der einzige Kontakt der Hohlwelle 3o mit der Transmission Io über die Zähne des Sonnenrades 32 erfolgt. Da die Planetenräder 5o relativ zum Träger 36 rotieren, nutiert die radiale Lage des äußeren Endes

der Hohlwelle längs eines geschlossenen Weges, welcher durch

die Mittelpunkte der Planetenräder 5o relativ zu dem Träger 36 festgelegt ist. Dementsprechend wird die radiale Position des inneren Endes der Hohlwelle, da das innere Ende der Hohlwelle 3o mit dem rückwärtigen Ende der Abtriebswelle 82 der Kraftmaschine verbunden ist, durch die Exzentrizität der Achsen jeder Welle bestimmt. In anderen Worten läßt sich sagen, daß die Hohlwelle als "freischwingend" relativ zu den drei Planeten-

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rädern 5o und der Abtriebswelle 82 der Kraftmaschine angesehen werden kann. Weiterhin ist zu bemerken, daß der Öldüsenhalter relativ zu der Hohlwelle 3o festliegt, und daß der Träger 36, die Planetenräder 5o und das Abstandselement 68 relativ zur Hohlwelle 3o rotieren. Wie in Fig. 2 dargestellt, ist die Hohlwelle 3o hohl und weist eine Mehrzahl von radial angeordneten Ausnehmungen 9o auf, welche periodisch mit den Öffnungen oder Dosierdüsen 92 im Öldüsenhalter 44 fluchten. Die radial angeordneten Öffnungen 9o sind vorzugweise in einem verdickten Abschnitt 94 der Wände 96 der Hohlwelle 3o ausgebildet. Der verdickte Abschnitt 94 ist zwischen den Enden der Hohlwelle 3o ausgebildet. Da die Ausnehmungen 9o in der Welle 3o lediglich periodisch mit den Dosierdüsen 92 verbunden werden, fließt das Öl intermittierend in das Innere der Hohlwelle, wenn das Schmiersystem bzw. die Ölzufuhr 46 in Betrieb sind, wobei die Hohlwelle 3o durch die Kraftmaschine in Drehung versetzt wird. Ein außen umlaufender Kanal 95 dient der Vergleichmäßigung der Ölverteilung und reduziert den Ausfluß von Öl, wenn die Ausnehmungen 9o nicht mit einer Düse fluchten.

Bei einer Ausbildung des Inneren der Welle 3o ohne jegliche Hindernisse, würde das Öl, welches in die Welle eintritt, dann in das Innere der Welle bzw. von deren Wandungen 96 unter Schwerkrafteinfluß gelangen, wenn, die Welle 3o durch eine Kraftmaschine angetrieben wird. Wenn die Ausnehmungen 9o in der Hohlwelle 3o nicht mit den Dosierdüsen 92 fluchten, könnte ein Teil des Öls oder der Schmierflüssigkeit, welche an der Innenseite haften, frei aus diesen Öffnungen herausfließen. Wenn zwei Ausnehmungen 9o einander diametral gegenüberliegen, wobei lediglich eine Dosierdüse 92 mit einer der sich gegenüberliegenden Ausnehmungen fluchtet, würde Öl frei aus einer dieser Ausnehmungen austreten können und über den Innenraum der Welle durch die gegenüberliegende Öffnung wieder aus der Welle hinaus. Dementsprechend würde durch den Drehzyklus der Welle perio-

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disch Öl verlorengehen. Dieser Verlust müßte durch eine Ölquel-Ie 46 kompensiert werden, welche beträchtlich größer dimensioniert werden müßte als eine solche wie sie erforderlich wäre, wenn die gesamte in die Welle eintretende Flüssigkeit benutzt werden könnte. Dementsprechend müssen Einrichtungen vorgesehen sein, um den Fließweg zwischen zwei einander diametral gegenüberliegenden Schaftausnehmungen 9o zu unterbrechen und das öl, welches sich an der Innenseite der Wellenwandung 96 angesammelt hat, daran zu hindern, durch diese Ausnehmungen wieder auszutreten, durch welche das Öl in das Schaftinnere gelangt ist, wenn diese Ausnehmungen mit einer Dosierdüse 92 fluchten. Deshalb ist eine Ölverteilungs- und Abdichteinrichtung loo (im folgenden Verteiler genannt) vorgesehen, um dies zu gewährleisten.

Der Verteiler loo umfaßt eine Einlage lol für die Weile (vgl. Fig. 4 und 5) und eine Ablenkeinrichtung Io2. Die Einlage greift gleitend in ein Ende (hier das innere Ende) der Hohlwelle 3o ein und die Ablenkeinrichtung Io2 ist in dieses eingreifend mit dem äußeren Ende der Einlage lol verbunden. Zusätzlich zu der Ablenkeinrichtung Io2 wird die Einlage lol dazu verwendet, das innere Ende der Hohlwelle 3o abzudichten.

Die Einlage lol wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 näher beschrieben. Die Einlage lol weist drei funktionelle Abschnitte auf: Einen glockenförmigen Endabschnitt Io4, einen Mittelabschnitt und einen kronenmutterartigen Dichtabschnitt Io8. Der Mittelabschnitt Io6 dient im wesentlichen zur Positionierung bzw. Abstandshalterung des Dichtabschnitts Io8 im korrekten Abstand vom inneren Ende der Hohlwelle 3o. Zum Entfernen der Einlage lol ist der Mittelabschnitt Io6 der Einlage lol mit einer Gewindebohrung 12o (vgl. Fig. 4) versehen. Ein Gewindebolzen kann dazu benutzt werden, um die Einlage lol vom inneren Ende der Hohlwelle 3o herauszuziehen.

Der Endabschnitt Io4 weist verschiedene Funktionen auf. Er wird zur azimutalen Lokalisierung der Einlage lol relativ zu den Ausnehmungen 9o in der Hohlwelle 3o verwendet. Dies wird am einfachsten dadurch erreicht, daß ein Paßstift Ho · in eine entsprechende Ausnehmung 112 an der Innenseite der Hohlwelle 3o eingesetzt wird. Das innere Ende der Einlage lol weist eine flanschartige Lippe 113 auf, welche innerhalb einer komplementären Ausnehmung 115 am inneren Ende der Hohlwelle 3o ruht. Der Endabschnitt Io4 ist ebenfalls mit einer Mehrzahl von axialen Durchlässen 114 versehen (von welchen in Fig. 1 lediglich einer dargestellt ist), welche in gleichmäßigem Abstand voneinander um die Peripherie der Lippe 113 am Ende der Abstandseinrichtung lol angeordnet sind. Diese Durchlässe dienen dazu, das Schmieröl vom Inneren der Hohlwelle 3o zu den Keilen an deren inneren Ende (siehe Flußpfeil in Fig. 2) zu leiten. Durch die Schmierung der Keile wird ein Fressen derselben vermieden. Ein Abstandseinsatz 116 ist in das hohle Innere des Endabschnitts Io4 (vgl. Fig. 2) eingesetzt. Der Abstandshalter ist mit Beilagscheiben 117 versehen, um die Hohlwelle 3o im korrekten Abstand vom Ende der Abtriebswelle 82 zu halten. Hierdurch wird die axiale Freiheit der Hohlwelle 3o begrenzt und die Keile des Kupplungskragens werden im Hinblick auf die Hohlwelle ausgerichtet, wobei das axiale Spiel der Hohlwelle festgelegt wird.

Der Dichtabschnitt Io8 der Einlage lol weist im wesentlichen die Form eines hohlen, endseitig offenen Zylinders auf. In diesen Abschnitt ist die Ablenkeinrichtung Io2 einschraubbar. Ein Paßstift oder Epoxyharz können benutzt werden, um eine feste Verbindung herbeizuführen. Das äußere Ende des Dichtabschnitts Io8 weist vier Vorsprünge 122 auf, welche jeweils mit einer Ausnehmung 124 versehen sind, welche mit der Ausnehmung 9o in dem verdickten Abschnitt der Hohlwelle 3o (vgl. Fig. 3) zum Fluchten gebracht werden kann. Der äußere Durchmesser

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der Vorsprünge ist so dimensioniert, daß er fest an der Innenfläche der Wandung 96 der Hohlwelle 3o anliegt. Vorzugsweise ist das vordere Ende jedes der Vorsprünge 122 mit einem verminderten Querschnitt 126 versehen, so daß beim Eindrücken der Einlage

101 in die Hohlwelle die Vorsprünge nach innen gebogen werden. Auf diese Weise liegen die Vorsprünge federnd gegen die Innenseite der Hohlwelle in fester Verbindung an. Diese Vorsprünge 122 wirken dann als Abdichtungen, um das sich an der Innenseite der Hohlwelle 3o ansammelnde Öl daran zu hindern, durch die Ausnehmungen 9o nach außen zu treten, und zwar durch eben diese Ausnehmungen durch welche das Öl eintritt, wenn diese Ausnehmungen mit den Öldüsen 92 fluchten. Der Raum zwischen jedem Vorsprung gestattet, daß Öl zu und von jedem Ende der Hohlwelle fließt. Hierdurch ist eine freie Kommunikation für das Öl an der Innenseite der Hohlwelle 3o möglich und es wird eine Ansammlung von Öl an einem Ende vermieden. Anders gesagt wird eine gleichmäßige Verteilung des Öls bzw. ein gleichmäßiger Ölfilm erhalten. Das innere Ende des Dichtabschnitts Io8 ist darüber hinaus mit vier Öffnungen 128 versehen, welche das Innere der Einlage lol mit deren Äußerem verbinden. Der Zweck dieser Öffnungen wird deutlicher in Verbindung mit der Erläuterung der Ablenkeinrichtung Io2.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist die Ablenkeinrichtung Io2 in das äußere Ende der Einlage lol eingepaßt. Die Ablenkeinrichtung

102 ist hohl und weist im wesentlichen eine kegelstumpfförmige Form auf. Durch das Vorsehen eines Hindernisses zwischen zwei diametral einander gegenüberliegenden Ausnehmungen 9o in der Hohlwelle 3o wird verhindert, daß Schmieröl das Innere der Hohlwelle kurzschließt. Da stets eine der Öldüsen 92 einen etwas höheren Druck aufweisen wird als eine solche auf der anderen Seite, würde durch eine Düse eintretendes Schmieröl (in Fig. 2 die untere Düse 92') im Effekt das eintretende

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Öl aus der entgegengesetzten Düse (d.h. der oberen Düse 92) überlagern. Dabei würde dies im Ergebnis dazu führen, daß ein Teil des Öles um den Ringraum zwischen dem Öldüsenhalter 44 und dem verdickten Abschnitt 94 der Hohlwelle 3o in diesen Raum austreten würde. Darüber hinaus wird durch ein schnelles Aufteilen des eintretenden Öls in axialer Richtung der Ölfluß in die Welle nicht behindert. Dementsprechend verbessert die Ablenkeinrichtung Io2 die Effizienz der Öldüsen beim Schmieren des Inneren der Hohlwelle 3o. Am inneren Ende der Ablenkeinrichtung Io2 sind Öffnungen 13o vorgesehen, um Schmieröl in das Innere der Einlage lol zu leiten. Die stromabwärtigen Öffnungen 128 in der Einlage lol machen es möglich, daß aufgrund der Zentrifugalkraft Öl aus dem Inneren der Einlage zur Innenwand der Hohlwelle 3o am inneren Ende geleitet wird. Die Durchlässe 114 in der Lippe 113 gestatten dann einen Öldurchtritt aus dem inneren Ende der Hohlwelle 3o in die Durchlässe zwischen dem mit einem Keil versehenen Ende der Hohlwelle und dem Kragen 86 (siehe Flußpfeil in Fig, 2).

Das äußere Ende der Ablenkeinrichtung Io2 weist darüber hinaus eine kegelstumpfförmige Oberfläche 132 auf, welche im Weg des in das Innere der Hohlwelle 3o eintretenden Öls liegt. Diese Oberfläche 132 lenkt einen Teil des Ölflusses in Richtung auf das äußere Ende der Hohlwelle--3ο. Durch die Zentrifugalkraft wird wiederum ein Ölfilm längs der Innenseite der Hohlwelle ausgebildet. Die Vorsprünge 122 verhindern, daß der an der Innenseite der Hohlwelle entstehende Ölfilm aus der Hohlwelle hinausfließt, wenn die Ausnehmungen 9o in der Hohlwelle nicht mit den Öldüsen 92 fluchten. Schließlich ist das äußere Ende der Ablenkeinrichtung Io2 vorzugsweise so ausgebildet, daß sie mittels eines Schraubenschlüssels entfernt werden kann.

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Wie aus Fig. 2A hervorgeht, ist das äußere Ende der Hohlwelle mit einem Einsatz 136 versehen, der dieses Ende der Hohlwelle abdichtet. Der Einsatz 136 weist einen Ansatz 138 auf, welcher die äußere Hohlwelle 3o relativ zu dem Abstandselement 68 positioniert. Der Einsatz 36 ist darüber hinaus mit einer Mehrzahl von Öffnungen 14o versehen um das Innere der Hohlwelle 3o zu belüften und das Öl im Inneren der Hohlwelle abzuleiten, wenn dies erforderlich werden sollte. Weiterhin sind Öffnungen 142 vorgesehen, um im Inneren der Hohlwelle Öl an die Basis der Zähne des Sonnenrads 32 und die eingreifenden Zähne der Verbundplanetenräder 5o zu leiten. Weitere Öffnungen 144 sind vorgesehen am äußeren Ende der Hohlwelle 3o um Öl (siehe Pfeil 15o) zu den Zähnen 146 der Planetenräder 5o zu leiten, welche mit dem äußeren Ringzahnrad (siehe Fig. 1) in Eingriff stehen. Wenn die Öffnungen 144 nicht mit den Zähnen 146 eines Planetenrads 5o fluchten, wird das Schmieröl (vgl. Pfeil 151J"direkt auf die Zähne des äußeren Ringzahnrads 56 gegeben. Auf diese Weise wird das Öl im Inneren der Hohlwelle unter Ausnutzung der Zentrifugalkraft optimal ausgenutzt.

Aus dem Vorstehenden wird deutlich, daß die Erfindung in zahlreichen Modifikationen realisiert werden kann. So kann trotz einer Beschreibung im Zusammenhang mit einer freischwingenden Hohlwelle und einer epizentrischen Differentialplanetentransmission der Grundgedanke der Erfindung in gleicher Weise bei einer Gleitlagerwelle oder anderen Zahnradtransmissionen verwendet werden. Weiterhin kann die Verteilung des Öls, welche vorstehend als innerhalb der Hohlwelle in Richtung auf deren Enden gehend beschrieben wurde, auch in nur einer Richtung bewirkt werden.

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Claims

PATENTANWÄLTE

DIPL.-ING. DR. MANFRED RAU DIPL.-PHYS. DR. HERBERT SCHNECK ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT

VNR 106984 Nürnberg, 29.o3.1984

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McGraw-Edison Company, 17ol Golf Road Rolling Meadows,

ILL 60008/USA

Ansprüche

Vorrichtung zum Schmieren einer Kupplungs-Hohlwelle (3o), deren eines Ende mit einer Drehenergiequelle kuppelbar ist und deren entgegengesetztes Ende mit einem Sonnenrad (32) verbunden ist, welches in drei Planetenräder (5o) eingreift und von diesen positioniert wird, gekennzeichnet'durch eine Quelle (46) für unter Druck stehende Schmierflüssigkeit, aus welcher Schmierflüssigkeit durch eine Öffnung (92) zwischen den Enden der Welle an deren Peripherie ausgegeben wird, wobei die Welle wenigstens eine Ausnehmung (9o) aufweist, welche im wesentlichen mit der Auslaßöffnung während eines Teils des Rotationszyklus der Welle fluchtet; durch Dämmeinrichtungen (I08), welche an der Welle angeordnet sind und in Richtung auf jedes der Enden der Welle an der Peripherie der Öffnung liegen, um eine Barriere zwischen der inneren Oberfläche der Hohlwelle und der Öffnung zu bilden und somit in das Innere der Welle durch diese Öffnung eintretendes Öl davon abzuhalten. ä".rch axe Öffnung durch Zentrifugalkraft ausgestoßen zu werden, wenn die Öffnung nicht mit der Ausnehmung fluchtet; und durch

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Einrichtungen (loo, 142) innerhalb der Welle zur Verteilung des Öls längs der Innenseite der Hohlwelle auf die Zähne des Sonnenrades.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verteileinrichtungen (Io2) innerhalb der Welle zur Verteilung der durch die Öffnung eintretenden Flüssigkeit in Richtung auf jedes Ende der Welle zu.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle freischwingend zwischen drei Planetenrädern (5o) und dem Keilende einer Kraftmaschine gelagert ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Verwendung in einer Transmission zur Übertragung von Drehenergie aus einer Kraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle eine Vielzahl von Öffnungen (142) aufweist, welche die Innenseite der Welle an einem Ende mit der Basis der Zähne des Sonnenrades verbinden; weiterhin eine Verteileinrichtung (loo) an der Welle zur Verteilung von Schmierflüssigkeit, welche durch die Ausnehmung eintritt, längs der Innenseite der Welle und in Richtung auf das eine Ende der Welle zu, wobei Schmierflüssigkeit periodisch in das Innere der Welle eintritt, sich an deren Innenseite ansammelt und gleichmäßig und kontinuierlich zu den Zähnen des Sonnenrades aus dem Inneren der Welle geleitet wird, wenn die Welle durch die Kraftmaschine schnell angetrieben rotiert.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende der Welle eine Keilverbindung aufweist, wobei die Verteileinrichtungen Einrichtungen (Io4) zur Leitung der Schmierflüssigkeit von der Innenseite der Welle auf das mit der Keilverbindung versehene Ende der Welle aufweist.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5,.dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder in einem Träger frei innerhalb der Transmission und um das Sonnenrad drehbar angeordnet sind, als Planetenräder wirken, wobei an dem einen Ende der Welle wenigstens ein Auslaß (144) vorgesehen ist, welcher Schmierflüssigkeit von der Innenseite der Welle in Richtung auf den Träger austreten
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteileinrichtung durch die Dämmeinrichtung getragen wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämmeinrichtung herausnehmbar in die Welle eingesetzt ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle eine Mehrzahl radialer Ausnehmungen (9o) aufweist, wobei die Quelle eine Mehrzahl von Ölverteilungsdüsen (92) aufweist, welche radial mit den Ausnehmungen fluchten.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen im Abstand zu den Düsen angeordnet sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis Io, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle zwei winkelmäßig voneinander einen Abstand aufweisende Ausnehmungen (9o) aufweist, welche periodisch mit der Quelle verbunden werden, wobei die Dämmeinrichtung (Io8) zwei Vorsprünge (122) aufweist, wovon jeder mit einer Bohrung (124) versehen ist, welche mit den Ausnehmungen fluchtet, wobei die Peripherie jeder Ausnehmung längs der Innenseite der Welle abgedämmt ist, wobei die Vorsprünge einander benachbarte Kanten aufweisen, welche voneinander einen solchen Abstand aufweisen, daß ein axialer Kanal längs der Innenseite der Welle entsteht, so daß der an der Innenseite der Welle

löJU

durch die Zentrifugalkraft gebildete Sehrnierflim gleichmäßig längs der Innenseite der Welle verteilt und daran gehindert wird, durch die Ausnehmungen auszutreten, wenn diese nicht mit der Quelle fluchten.
12. Vorrichtung umfassend eine Hohlwelle und ein durch diese Welle getragenes Sonnenrad, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (3o) wenigstens eine Ausnehmung (9o) aufweist, welche die Innenseite der Welle mit der Außenseite verbindet und welche wenigstens während eines Teils des Rotationszyklus der Welle Schmierflüssigkeit aufnehmen kann, wobei das Sonnenrad und die Welle eine Mehrzahl von Durchlässen (142) von der Innenseite der Welle zu der Basis der Zähne des Zahnrads hin aufweisen; wobei weiterhin ein Vorsprung (122) längs der Innenseite der Welle vorgesehen ist und eine innere Verbindung zwischen den Kanten der Ausnehmung und jedem Ende der Welle hergestellt ist, wobei wenigstens eine Kante des Vorsprungs und die Innenseite der Welle einen axialen Kanal zu einer Seite der Ausnehmung bilden, wodurch der an der Innenseite der Welle unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft gebildete Schmierfilm sich gleichmäßig und axial innerhalb der Welle ausbreiten kann und daran gehindert wird, durch die Ausnehmung zu fließen, wenn die Welle rotiert und nicht mit Schmierflüssigkeit durch diese Ausnehmung versorgt wird.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch Einrichtungen (Io2), welche zwischen der Mittelachse der Welle und dem Vorsprung angeordnet sind, zur Verteilung der Schmierflüssigkeit auf wenigstens ein Ende der Welle hin.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Wellen offen ist und die Aufnahme eines Einsatzes (136) ermöglicht, welcher wenigstens eine Öffnung zur Innenseite der Welle hin aufweist.

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15. Verfahren zum Schmieren einer Hohlwelle, deren eines Ende in ein Zahnrad eingreift und deren anderes Ende mit einer Kraftmaschine verbindbar ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Vorsehen einer Quelle mit Schmierflüssigkeit, welche unter Druck durch eine feste Düse im Abstand von der Außenseite der Welle zwischen den beiden Enden der Welle abgegeben wird; Vorsehen einer Öffnung in der Wandung der Welle, welche mit der Düse wenigstens während eines Teils des Rotationszyklus der Welle fluchtet, wobei Flüssigkeit intermittierend in das Innere der Welle abgegeben wird; Dämmung der Ränder der Öffnung längs der Innenseite der Welle an einem Ende der Welle, wodurch in das Innere der Welle eintretende und an die Innenseite der Welle durch Zentrifugalkraft abgegebene Flüssigkeit daran gehindert wird, durch diese Öffnung wieder abzufließen, wenn die Öffnung nicht mit der Düse fluchtet; und Weiterleiten der Flüssigkeit von der Innenseite der Welle zur Außenseite der Welle an einem der Enden der Welle, wobei Flüssigkeit, welche von außen in einem Bereich zwischen den Enden der Welle intermittierend in das Innere abgegeben wurde, kontinuierlich zur Außenseite der Welle an deren Enden austritt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Öffnung in der Welle sich zwischen den Enden der Welle befindet.
17. Verfahren nach Anspruch 15, umfassend die folgenden Schritte: Vorsehen einer zusätzlichen Öffnung in der Welle, welche diametral gegenüber der einen Öffnung angeordnet ist, wobei diese zusätzliche Öffnung mit der Düse während eines Teils des Rotationszyklus der Welle fluchtet; Abdämmen der Ränder dieser Öffnung an der Innenseite der Welle zu den Wellenenden hin und Vorsehen eines Hindernisses im Inneren der Welle, welches zwischen den Öffnungen angeordnet ist und die Flüssigkeit, welche durch die Öffnungen in das Innere der Welle eintritt

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ι ι σ ο υ

-G-

in Richtung auf wenigstens ein Ende der Welle hin verteilt, wobei die von der Quelle durch eine der Öffnungen eingeführte Flüssigkeit daran gehindert wird, direkt zur Außenseite der Welle durch die Öffnung wieder auszutreten, welche gerade nicht mit der Düse für die Flüssigkeit fluchtet.
18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende der Welle ein Zahnrad vorgesehen ist, wobei die Flüssigkeit aus der Innenseite der Welle zur Basis der Räder des Sonnenrads geleitet wird, um so die Zähne des Zahnrades zu schmieren.
19. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende der Welle eine Keilverbindung aufweist und Flüssigkeit von der Innenseite der Welle zu der Basis der Keilverbindung am anderen Ende der Welle geleitet wird.
20. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß

die Öffnung in der Welle dadurch abgedämmt ist, daß ein Vorsprung um die innere Peripherie der Öffnung vorgesehen ist.
21. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle freischwingend relativ zu der Kraftmaschine gelagert ist und die drei Planetenräder in das Sonnenrad eingreifen.
22. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Vorsehen einer zusätzlichen Öffnung in der Welle, welche periodisch mit der Düse während des Rotationszyklus der Welle fluchtet; Dämmen der äußeren Ränder der zusätzlichen Öffnung an der Innenseite der Welle an einem Ende derselben; Vorsehen eines axialen Kanals zwischen zwei Öffnungen an der Innenseite der Welle, wobei der Flüssigkeitsfilm, welcher sich an der Innenseite der Welle ausbildet, zu einem der Enden der Welle hin sich frei ausbreiten kann.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Kanal dadurch gebildet ist, daß einer der einander benachbarten Kanten jeder Öffnung gedämmt ist.