DE4036209C1 - IC engine accessories drive system - incorporates planetary gears and freewheel mechanism - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.

Ein Planetengetriebe der gattungsgemäßen Bauart ist bspw. aus der DE-28 01 812 A1 erkannt. Dort liegt die erforderliche Frei­ laufkupplung radial innen auf der die rotierbare Welle bilden­ den Kurbelwelle. Zur Atmosphäre hin ist der mit Durchlauföl geschmierte Planetengetriebeinnenraum durch Gleitdichtungen, die unter anderem in einem relativ weit radial außen liegen­ den Bereich angeordnet sind, gedichtet. Nachteilig bei derart aufgebauten Planetengetrieben ist es, daß zum einen durch die Beaufschlagung des gesamten Planetengetriebeinnenraumes mit Schmieröl die Reibungsverluste durch die Ölpansch-Arbeit groß sind und daß sie zum anderen die bei Einsatz des Planetenge­ triebes an Verbrennungsmotoren geforderten hohen Laufzeiten häufig nicht störungsfrei überdauern. Weiterhin bewirken die Gleitdichtungen wegen der hohen Relativgeschwindigkeiten, denen sie an ihren Dichtflächen unterworfen sind, eine unerwünscht hohe Erwärmung des Planetengetriebes.

Im Aufbau ähnliche Planetengetriebe sind ferner aus der DE 31 03 397A1, DE 23 03 562 A1, DE 29 51 971 C2 und DE 36 22 335 A1 be­ kannt, welche grundsätzlich die gleichen Nachteile aufweisen. Schließlich ist aus der US-PS 40 68 740 ein Stirnradgetriebe bekannt, bei dem die An- und Abtriebswellen jeweils von ge­ häusefesten Schutzrohren umgeben sind, wobei zur Abdichtung der Wellen gegenüber dem schmierölführenden Raum des Getriebes zwi­ schen Schutzrohr und den Stirnrädern jeweils eine Labyrinth­ dichtung vorgesehen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Planetengetriebe der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei dem insbesondere die von der Schmierung ausgehende Verlustleistung verringert und die Außendichtungen bezüglich ihrer Haltbarkeit verbessert wer­ den. Außerdem soll das Planetengetriebe nicht von außen im Durchlauf geschmiert, sondern mit einem eigenständigen Lebens­ dauerschmiersystem ausgerüstet sein.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Planetengetriebe kommt mit einer relativ kleinen Schmierölmenge für die Lebensdauerschmierung aus, wo­ durch die Ölpansch-Arbeit gering und ein störungsfreier Betrieb über eine hohe Laufzeit erzielt wird. In Verbindung mit den verwendeten Labyrinthdichtungen wird außerdem eine übermäßig hohe Erwärmung des Planetengetriebes verhindert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar­ gestellt.

Diese zeigt einen Längsschnitt durch einen Hochtrieb (Trieb mit ins Schnelle führender Übersetzung) für die von der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors angetriebenen Nebenag­ gregate. Dieses Planetengetriebe besteht aus drei gegen­ einander bewegbaren Baugruppen.

Die erste davon ist ein Planetenradträger 1 mit darin gelager­ ten Planetenrädern 2, der über eine Spannschraube 3 fest mit dem Ende der Kurbelwelle 4 eines Kraftfahrzeugverbrennungsmo­ tors verbunden ist.

Die Planetenräder greifen einerseits in ein Hohlrad 5 und an­ dererseits in ein Sonnenrad 6 ein. Das Hohlrad 5 ist als Rie­ menscheibe zur Aufnahme des die Nebenaggregate antreibenden Riemens ausgebildet. Gelagert ist das Hohlrad 5 über ein Ku­ gellager 12 auf dem Planetenradträger 1.

Das Sonnenrad 6 ist über eine Elektromagnetbremse 7 gegenüber dem Motorgehäuse 8 arretierbar. Über ein Kugellager 9 rotiert die Kurbelwelle 4 innerhalb des Sonnenrades 6.

Als Hochtrieb wirkt das Planetengetriebe bei arretiertem Son­ nenrad 6. In diesem Zustand bewirkt das Planetengetriebe eine Übersetzung ins Schnelle mit einem Übersetzungsverhältnis von i=1,7 zwischen antreibender Kurbelwelle 4 und angetriebenem Hohlrad 5.

Zwischen dem Planetenradträger 1 und dem Hohlrad 5 befindet sich eine Freilaufkupplung 10, die bei arretiertem Sonnenrad 6 ausgekuppelt ist, d. h. in ihrer Funktion als Freilauf wirkt.

Durch Lösen der Elektromagnetbremse 7 kann die Hochtriebwir­ kung des Planetengetriebes ausgeschaltet werden. In diesem Zustand rotiert das Hohlrad 5 mit der Geschwindigkeit der Kur­ belwelle 4, wozu die Freilaufkupplung 10 in eingekuppelter Funktion arbeitet, wodurch auch das Hohlrad 5 mit der Dreh­ zahl der Kurbelwelle 4 angetrieben wird.

Mit der Kurbelwelle 4 fest verbunden ist ein Schwingungs­ dämpfer 11.

Die axialen Mitten des Hohlrades 5, des Freilaufes 10 und des Kugellagers 12 sind in einer gemeinsamen Radialebene angeord­ net. Dadurch werden Verkantungen innerhalb des Freilaufes 10 verhindert.

Das Planetengetriebe ist durch eingefülltes Öl lebensdauerge­ schmiert. Die Außendichtungen bestehen ausschließlich aus zwei Labyrinthdichtungen, nämlich einer ersten Labyrinthdichtung 13 sowie einer zweiten Labyrinthdichtung 14. Die erste Labyrinth­ dichtung 13 dichtet den notwendigen Rotationsspalt zwischen dem Hohlrad 5 und dem Sonnenrad 6 ab. Den Rotationsspalt zwi­ schen dem Sonnenrad 6 und der Kurbelwelle 4 dichtet die zweite Labyrinthdichtung 14. Die Labyrinthdichtungen 13 und 14 sind möglichst weit radial innen und zwar axial nebeneinander ange­ ordnet. Beide Dichtungen sind bei einer Lage unterhalb eines Schmierölspiegels nicht dicht. Dies bedeutet, daß das Schmierölvolumen innerhalb des Planetengetriebes so gewählt sein muß, daß in keinem Betriebszustand einschließlich des Motorruhezustandes Schmieröl als Flüssigkeitssumpf über die Dichtspalte der beiden Labyrinthdichtungen vertikal hinaus­ ragen darf. Andererseits muß jedoch das Schmierölvolumen so groß sein, daß bei rotierender Kurbelwelle 4 der Freilauf 10 sowie zumindest ein Randbereich der in dem Hohlrad 5 kämmenden Planetenräder 2 kontinuierlich mit Schmieröl beaufschlagt ist. Um dies zu erreichen, ist ein besonderer Schmierölsammelraum 15 in einem Bereich des Sonnenrades 6 vorgesehen, der auf der von dem Freilauf 10 abgewandten Laufebene der Planetenräder 2 liegt. Ausgebildet kann dieser Raum durch einen Blechringtrog 16 sein. Dieser Blechringtrog 16 ist einerseits dicht mit dem Hohlrad 5 verbunden und bildet zum anderen mit seiner ver­ bleibenden freien Umfangsflanke einen Teil der Labyrinth­ dichtung 13. Das Volumen des Schmierölsammelraumes 15 ist so ausgelegt, daß eingefülltes Schmieröl bei ruhendem Motor die Durchtrittsspalte der Labyrinthdichtungen 13 und 14 einerseits gerade noch nicht erreicht und daß bei rotierender Kurbelwelle 4 das Schmieröl den radial außen angebrachten Freilauf 10 ausreichend zusammen mit dem Eingriffsbereich zwischen Plane­ tenrädern 2 und Hohlrad 5 beaufschlagt. Die ausreichende Be­ aufschlagung des radial außen liegenden Bereiches mit der Freilaufkupplung 10 und den Planetenrädern 2 ergibt sich da­ durch, daß das Schmieröl bei rotierender Kurbelwelle 4 unter der dadurch erzeugten Zentrifugalkraft sich nach radial außen bewegt.

Durch eine entsprechende richtige Auslegung des Schmierölvolu­ mens zusammen mit einer entsprechenden Auslegung der Größe der Schmierölräume wird auf diese Weise sichergestellt, daß die Labyrinthdichtungen 13 und 14 bei rotierender Kurbelwelle 4 niemals in einem Schmierölsumpf liegen, wodurch die Labyrinth­ dichtungen 13 und 14 bei richtiger Formgebung auf sie bei ro­ tierender Kurbelwelle auftropfendes Schmieröl durch die be­ stehenden Zentrifugalkräfte in den Schmierölraum zurückschleu­ dern und dadurch an einem Austreten in die Atmosphäre hindern können.

In der unteren Hälfte des in der Zeichnung dargestellten Pla­ netengetriebes ist die Schmierölfüllung mit gestrichelten Li­ nien als Bereich S in dem Ölsammelraum 15 sowie um die Frei­ laufkupplung 10 herum eingezeichnet. In diesem Zustand befin­ det sich das Schmieröl bei ruhendem Motor, wobei der Füllgrad derart gewählt sein muß, daß Schmieröl auch bei einer gegen­ über der Horizontalen schrägen Motorlage noch nicht durch die Spalte der Labyrinthdichtungen 13 und 14 austreten darf. Die maximale Schräglage ergibt sich aus der Schräglage, die ein in einem Fahrzeug eingebauter Motor bei möglichen Gebrauchslagen des Kraftfahrzeuges gewöhnlich einnehmen kann. Als mögliche Grenzschräglage eines Fahrzeuges und damit des darin einge­ bauten Motors kann beispielsweise ein Winkel von 35 bis 40 Grad angenommen werden.

In der oberen Hälfte des in der Zeichnung dargestellten Plane­ tengetriebes ist die Schmierölverteilung als Bereich R bei ro­ tierender Kurbelwelle 4 eingetragen. Hieraus ist gut ersicht­ lich, daß die Labyrinthdichtungen 13 und 14 während des Motorbetriebes nicht innerhalb eines Schmierölsumpfes zu liegen kommen. Weiterhin ist verständlich, daß bei einer solchen Schmierölfüllung Schmierölplanschleistungsverluste äußerst gering gehalten werden können. Durch die Verwendung von ausschließlich Labyrinthdichtungen 13 und 14 treten auch keine Gleitlagerreibungsverluste und eine damit verbundene unerwünschte Erwärmung des Planetengetriebes auf.

Da das Planetengetriebe insgesamt lebensdauergeschmiert sein soll, sind die Kugellager 9 und 12 mit einer Lebensdauerfett­ füllung versehen und in sich abgedichtet.

Ein Vorteil der Labyrinthdichtungen 13 und 14 besteht darin, daß das Planetengetriebe durch die Spalte dieser Dichtungen entlüftet ist.

Durch die Lage der Freilaufkupplung 10 radial außen innerhalb des Planetengetriebe-Innenraumes ist diese bei Motorbetrieb stets voll geflutet.

Das erfindungsgemäße Planetengetriebe kann bezüglich seines prinzipiellen Aufbaus auch als Tieftrieb, d. h. als ins Lang­ same übersetzendes Getriebe eingesetzt werden. In diesem Falle sind lediglich An- und Abtriebsseite zu vertauschen, d. h. der Antrieb muß über das Hohlrad 5 und Abtrieb über den Planeten­ radträger 1 erfolgen. In dieser Form kann es insbesondere einem der Nebenaggregate vorgeschaltet werden.

Von besonderem Vorteil ist die kompakte Ausbildung des Plane­ tengetriebes und zwar sowohl für einen Einsatz als Hoch- wie auch als Tieftrieb.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die durch das Hohlrad 5 bestimmte Riemenebene, die Freilaufkupplung 10 und das Kugellager 12 des Hohlrades 5 in einer gemeinsamen Ebene liegen, wodurch die Laufflächen der Freilaufkupplung parallel bleiben und Verkantungen und einseitiger Verschleiß des Freilaufs unterbunden werden.

Claims (5)

1. Planetengetriebe, insbesondere für den Antrieb von Neben­ aggregaten eines Verbrennungsmotors für insbesondere Kraft­ fahrzeuge, mit einem fest mit einer um eine im wesentlichen horizontal ausgerichtete Achse rotierbaren Welle verbundenen Planetenradträger, einem bezüglich seiner Relativgeschwindig­ keit zu der rotierbaren Welle schaltbaren Sonnenrad, wobei die Relativgeschwindigkeit zwischen 0 und Wellendrehzahl variierbar ist, sowie einem Hohlrad und einer in dem Planetengetriebe in­ tegrierten Freilaufkupplung, die bei einer Relativgeschwindig­ keit des Sonnenrades gegenüber der rotierenden Welle von 0 Mit­ nehmer- und bei den übrigen Relativgeschwindigkeiten Freilauf­ funktion ausübt und mit Dichtungen zur Abdichtung nach außen eines sämtliche kraftübertragenden Getriebeteile einschließen­ den, einen mit dem Hohlrad umlaufenden Wandungsteil aufweisen­ den Schmierölraumes, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Freilaufkupplung (10) zwischen dem Hohlrad (5) und dem Planetenradträger (1) in einem radial äußeren Bereich des mit einer für eine Lebensdauerschmierung ausgelegten Schmier­ ölmenge befüllten Schmierölraumes (15) liegt,
• - daß der Schmierölraum (15) ausschließlich über zwei in einem radial inneren Bereich liegende Labyrinthdichtungen (13, 14) nach außen abgedichtet ist, von denen die eine (13) zwischen dem Rand des mit dem Hohlrad (5) umlaufenden Wandungsteil und die andere (14) zwischen dem Planetenradträger (1) und jeweils dem Sonnenrad (6) angeordnet ist,
• - und daß die Schmierölmenge so bemessen ist, daß die zur At­ mosphäre führenden Spalte der Labyrinthdichtungen (13, 14) bei rühender Welle oberhalb des Schmierölsumpfes (5) liegen, wäh­ rend bei rotierender Welle in allen Betriebszuständen des Pla­ netengetriebes die Freilaufkupplung (10) und die radial außen liegenden Bereiche der Planetenräder (2) gerade noch von Schmier- Öl benetzt sind und dabei der radial innere Bereich des Schmier- Ölraumes (15) mit den Spalten der Labyrinthdichtungen (13, 14) schmierölfrei bleibt.

2. Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Atmosphäre führenden Spalte der beiden Labyrinth­ dichtungen (13, 14) auf etwa gleicher vertikaler Höhe liegen.

3. Planetengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (5) am Ende der rotierbaren Welle (4) auf die­ ser drehbar gelagert und zusammen mit der Freilaufkupplung (10) in einer gemeinsamen radialen Ebene angeordnet ist.

4. Planetengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Hohlrad (5) umlaufende Wandungsteil des Schmier- Ölraumes (15) durch einen an dem Hohlrad (5) im radial äußeren Bereich dicht befestigten Blechringtrog (16) gebildet ist.

5. Planetengetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Rand des Blechringtroges (16) selbst einen Teil der einen Labyrinthdichtung (13) bildet.