DE102009040349A1

DE102009040349A1 - Fixierung großer Stirnräder auf Getriebewellen

Info

Publication number: DE102009040349A1
Application number: DE102009040349A
Authority: DE
Inventors: Gerd Bauer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-08-05
Filing date: 2009-09-05
Publication date: 2011-02-10
Also published as: CN201739093U

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Windkraftanlagengetriebe mit zumindest einer Welle und/oder einem Bolzen, auf der/dem wenigstens ein Stirnrad mittels einer Wellen-Naben-Verbindung relativ drehfest montiert ist. Erfindungsgemäß ist die Wellen-Naben-Verbindung als ein Kegelpressverband ausgebildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fixierung großer Stirnräder auf Getriebewellen insbesondere von Getrieben großer Windkraftanlagen vorzugsweise gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik beispielsweise gemäß der EP 1 318 329 A2 sind Getriebe für Windkraftanlagen dieser Gattung bekannt. In derartigen Getrieben werden große Stirnräder in der Regel über Nut-Feder-Verbindungen auf Getriebewellen fixiert, um die erwartungsgemäß hohen Drehmomente über lange Zeit sicher zu übertragen.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass Getriebe von Windkraftanlagen auch erheblichen thermischen Belastungen ausgesetzt sind. Insbesondere müssen sie bei unterschiedlichsten Temperaturen ihre volle Funktionsfähigkeit bewahren. Aus diesem Grund werden bei derartigen Getrieben in der Regel Wellen-Naben-Verbindungen verwendet, die temperaturunabhängig Drehmomente sicher übertragen können. Die vorstehend genannte Nut-Feder-Verbindung hat sich als zuverlässige Verbindung im Stand der Technik bewährt und wird seither ausschließlich eingesetzt.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass infolge der genannten, ständig wechselnden Betriebstemperaturen sowie der auftretenden hohen dynamischen Lasten und wechselnden Drehmomenten sich radiales und axiales Spiel in der Lagerung von Stirnradstufen einstellt und zwar in einem solchen Ausmaß, dass Wälzlagerschäden in erhöhtem Maß auftreten. Die Folge hiervon sind lange Stillstandszeiten der Windkraftanlagen, in denen die beschädigten Wälzlager gewechselt werden müssen, was letztlich zu einer verringerten Wirtschaftlichkeit der Anlage führt.
Angesichts dieser Sachlage besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die Wirtschaftlichkeit einer Windkraftanlage zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird durch eine Fixierung von Stirnrädern auf Getriebewellen einer Windkraftanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung sieht demzufolge vor, Stirnrad und Welle über einen Kegelpressverband miteinander drehfest zu fixieren. Der Kegelpressverband ist in der Lage, extrem hohe Drehmomente spielfrei zu übertragen. Es hat sich darüber hinaus auch gezeigt, dass der Kegelpressverband unempfindlich ist gegen Temperaturschwankungen, sich also auch bei höheren Temperaturen nicht löst und es bei extrem niedrigen Temperaturen zu keinem kerbwirkungsbedingten Bruch kommt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Vorteilhaft ist es, wenn in der Nabenbohrung des Stirnrads miteinandern verbundene Umfangsnuten vorgesehen sind, die über eine Druckölbohrung mit einem Drucköl beaufschagbar sind. Insbesondere während der Montage des Stirnrads auf der Welle wird ein Drucköl in die Nuten gepresst, wodurch sich die Nabe aufweitet und somit nach der Montage ein höherer Flächendruck zwischen Nabe und Welle einstellt.
Weiter vorteilhaft ist es, den Kegelsitz in einem Verhältnis von 1:30 auszubilden, um sicher eine Selbsthemmwirkung des Kegelpressverbands zu erreichen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung näher erläutert.
In der einzigen Figur ist ein Getriebe für eine Windkraftanlage gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Längsschnitt gezeigt.
Demzufolge hat das Getriebe eine zentrale Hohlwelle 1, die über ein in X-Form angestelltes Doppelkegellager 2 als Festlager an dem einen Endabschnitt und ein einfaches Wälz- bzw. Zylinderrollenlager 3 als Loslager an dem anderen Endabschnitt an einem Getriebegehäuse 4 gelagert ist. An dem einen Endabschnitt ist die Hohlwelle 1 einstückig mit einem ersten Stirnrad 5 ausgebildet, das mit einem ersten Planetenrad 6 in Kämmeingriff ist, welches wiederum in ein Hohlrad 7 eingreift. Das Planetenrad 6 ist dabei an einem Planetenradträger 13 drehbar gelagert, welcher das Eingangselement der Getriebes bildet.
An dem anderen Endabschnitt der Eingangshohlwelle 1 ist ein zweites Stirnrad 8 drehfest auf der Hohlwelle 1 angeordnet, das mit einem zweiten Zahnrad 9 in Kämmeingriff ist. Das zweite Zahnrad 9 ist in einem Getriebegehäuse 4 gelagert. Das zweite Zahnrad 9 ist hierfür einstückig an einem Bolzen 10 ausgeformt, der an seinem einen Endabschnitt über ein Wälzlager als Loslager drehbar in einem Getriebegehäuse 4 gelagert ist. An seinem anderen Endabschnitt ist der Bolzen 10 über ein in X-Form ausgebildetes Doppelkegellager als Festlager am Getriebegehäuse 4 gelagert.
An dem zweiten Zahnrad 9 ist ein weiteres Stirnrad 11 fixiert, welches mit einer Abtriebswelle 12 des Getriebes in Kämmeingriff ist. Das weitere Stirnrad 11 ist hierfür auf dem Bolzen 10 drehfest fixiert.
Die Abtriebswelle 12 ist hierfür an einem Endabschnitt über ein Wälzlager als Loslager an dem Gehäuse 4 drehbar gelagert. An ihrem anderen Endabschnitt ist die Abtriebswelle 12 ebenfalls über ein in X-Form ausgebildetes Doppelkegellager als Festlager am Gehäuse 4 des Windkraftanlagengetriebes gelagert.
Wie aus der anliegenden Figur zu entnehmen ist, wird die drehfeste Fixierung der beiden vorstehend genannten Stirnräder 8 und 11 mittels einer Wellen-Naben-Verbindung in Form eines Kegelpressverbands erreicht. Konkreter ausgedrückt ist die Mantelfläche der Hohlwelle 1 bzw. des Bolzens 10 abschnittsweise konusförmig ausgebildet mit einer Steigung von 1:30, wodurch sich ein selbsthemmungsfähiger Presssitz zur Übertragung großer Drehmomente ergibt.
Zur Erzielung des kegelförmigen Abschnitts hat die Hohlwelle 1 wie auch der Bolzen 10 einen radial aufgeweiteten Ringabschnitt, der sich entsprechend der Breite des nachfolgend aufgezogenen Stirnrads axial erstreckt. Die Mantelseite des jeweiligen Ringabschnitts ist dabei konusförmig in vorstehendem Sinn ausgebildet. Zur Verringerung der Kerbwirkung ist der Übergang zwischen dem Ringabschnitt und den daran anschließenden übrigen Wellen- bzw. Bolzenabschnitten in einem Innenradius ausgeführt. Optional ist das Stirnrad zusätzlich mit einem Wellenring oder einer Wellenmutter axial gesichert.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind innerhalb der konusförmigen Nabenbohrung des jeweiligen Stirnrads 8 bzw. 11 axial verbundene Umfangsnuten eingebracht (nicht weiter dargestellt), die mit einer Druckölbohrung 14 fluidverbunden ist. Die Druckölbohrung verläuft vorzugsweise radial in der Nabe und mündet in einen Druckölanschluss, der auf einer Stirnseite des jeweiligen Stirnrads 8 bzw. 11angeordnet ist. Über den Druckölanschluss kann die Druckölbohrung 14 an eine nicht gezeigte Druckquelle angeschossen werden.
Für die Montage des Stirnrads 8 und 11 auf der Hohlwelle 1 bzw. dem Bolzen 10 wird das entsprechende Stirnrad 8 bzw. 11 auf die Mantelfläche des Ringabschnitts aufgezogen und über den Kegelsitz gepresst. Um diesen Montageschritt zu erleichtern, wird gleichzeitig ein Schmieröl unter hohem Druck in die Spiralnut gedrückt. Hierdurch wird die Reibung zwischen Stirnradnabe und Kegelsitz reduziert und gleichzeitig die Nabe geringfügig aufgeweitet. Dieser Aufweitvorgang wird dadurch unterstützt, dass die Spiralnut in der Nabenbohrung ausgebildet ist und daher die Nabenwand abschnittsweise schwächt.
Sobald der Montageprozess abgeschlossen ist, wird der Öldruck entspannt und die Nabe zieht sich entsprechend zusammen, um den Pressdruck noch weiter zu erhöhen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Windkraftanlagengetriebe mit zumindest einer Welle und/oder einem Bolzen, auf der/dem wenigstens ein Stirnrad mittels einer Wellen-Naben-Verbindung drehfest montiert ist. Erfindungsgemäß ist die Wellen-Naben-Verbindung als ein Kegelpressverband ausgebildet.
Bezugszeichenliste

1: Hohlwelle
2: Doppelkegellager
3: Wälz- bzw. Zylinderrollenlager
4: Getriebegehäuse
5: Stirnrad
6: Planetenrad
7: Hohlrad
8: Stirnrad
9: Planetenzahnrad
10: Bolzen
11: Stirnrad
12: Abtriebswelle
13: Planetenradträger
14: Druckölbohrung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 1318329 A2 [0002]

Claims

Windkraftanlagengetriebe mit zumindest einer Welle (1) und/oder einem Bolzen (10), auf der/dem wenigstens ein Stirnrad (8, 11) mittels einer Wellen-Naben-Verbindung drehfest montiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellen-Naben-Verbindung als ein Kegelpressverband ausgebildet ist.
Windkraftanlagengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kegelpressverband selbsthemmend ausgeformt ist.
Windkraftanlagengetriebe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1) bzw. der Bolzen (10) im Bereich der Wellen-Naben-Verbindung an der äußeren Mantelfläche als ein axial sich erstreckender Kegel mit einem Steigunsverhältnis von 1:30 ausgebildet ist.
Windkraftanlagengetriebe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabenbohrung innerhalb des Stirnrads (8, 11) mit axial verbundenen Umfangsnuten ausgebildet ist, die mit einer Druckölbohrung (14) in Verbindung steht, die sich zumindest abschnittsweise radial in der Nabe erstreckt.
Windkraftanlagengetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckölbohrung (14) in einen Druckölanschluss mündet, der an einer Stirnseite des Stirnrads (8, 11) angeordnet ist.