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Die Erfindung betrifft ein Leistungsverzweigungsgetriebe wie es beispielsweise in Windkraftanlagen und dafür vorgesehenen Prüfständen zum Einsatz kommt.
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In dem Artikel von Dr.-Ing. R. Dinter in der Zeitschrift ERNEUERBARE ENERGIEN, Ausgabe 8/2003, Seiten 26-30, ist mit Bezug auf des Artikels ein Leistungsverzweigungsgetriebe (hier ein sogenanntes Multi Duored-Getriebe) für eine Windkraftanlage beschrieben.
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Aus der
EP 1 619 386 A2 ist ein Leistungsverzweigungsgetriebe nach dem Stand der Technik bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leistungsverzweigungsgetriebe bereitzustellen, bei dem eine besonders gleichmäßige Lastverteilung in dem Getriebe gewährleistet ist.
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Dies wird mit einem Leistungsverzweigungsgetriebe gemäß Anspruch 1 erreicht. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Gemäß der Erfindung weist ein Leistungsverzweigungsgetriebe auf: eine Antriebswelle, die einen Antrieb des Leistungsverzweigungsgetriebes bereitstellend drehbar gelagert ist und die eine Antriebszahnung aufweist, die drehmomentübertragend darauf vorgesehen ist; eine Mehrzahl gleichgeformter erster Planetenwellen, die jeweils drehbar gelagert um die Antriebswelle herum angerordnet sind, wobei die ersten Planetenwellen darauf drehmomentübertragend vorgesehen jeweils eine erste Planetenzahnung und eine axial dazu versetzte zweite Planetenzahnung aufweisen, und wobei die ersten Planetenzahnungen mit der Antriebszahnung in Zahneingriff stehen; eine Mehrzahl gleichgeformter zweiter Planetenwellen, die jeweils drehbar gelagert radial auswärts um die ersten Planetenwellen herum angerordnet sind, wobei die zweiten Planetenwellen darauf drehmomentübertragend vorgesehen jeweils eine dritte Planetenzahnung und eine axial dazu versetzte vierte Planetenzahnung aufweisen, und wobei jeweils zwei der dritten Planetenzahnungen mit einer der zweiten Planetenzahnungen in Zahneingriff stehen; und ein Zentralrad, das radial einwärts der zweiten Planetenwellen koaxial zu der Antriebswelle drehbar gelagert ist und das mit den vierten Planetenzahnungen in Zahneingriff steht, wobei das Zentralrad einen Abtrieb des Leistungsverzweigungsgetriebes bereitstellt, wobei die vierten Planetenzahnungen und das Zentralrad jeweils eine Geradverzahnung aufweisen, und wobei das Zentralrad axial verschiebbar gelagert ist.
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Dadurch, dass gemäß der Erfindung die ersten Planetenwellen untereinander gleichgeformt (d.h. identisch ausgebildet) sind und die zweiten Planetenwellen untereinander gleichgeformt sind, weisen die jeweiligen ersten bzw. zweiten Planetenwellen bzw. Stufenplaneten jeweils die gleiche Federsteifigkeit auf, wodurch es zu einer konstanten bzw. gleichmäßigen Lastverteilung unter den ersten bzw. zweiten Planetenwellen, insbesondere auch an deren Lagerstellen, kommt. Dadurch wird einerseits der Verschleiß minimiert und ist das Leistungsverzweigungsgetriebe andererseits für sehr hohe Lastübertragungen bzw. Drehmomente von größer 8 MNm geeignet. Das Zentralrad kann im Betrieb des Leistungsverzweigungsgetriebes axial verschoben werden und damit Betriebstoleranzen aufnehmen.
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Ferner wird durch die Gleichgestaltung der ersten bzw. der zweiten Planetenwellen die Anzahl der unterschiedlichen Bauteile des Leistungsverzweigungsgetriebes reduziert, womit die Komplexität und damit der Herstellungs- und Wartungsaufwand sinken.
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Gemäß der Erfindung ist die Gruppe der ersten Planetenwellen gegen ein Rotieren um die Antriebswelle und relativ zu den zweiten Planetenwellen gesichert. Außerdem sind auch die zweiten Planetenwellen gegen ein Rotieren um die Antriebswelle und relativ zu den ersten Planetenwellen gesichert.
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Gemäß der Erfindung können die Antriebszahnung und die Planetenzahnungen an die Antriebswelle bzw. die Planetenwellen angeformt und/oder darauf angebracht sein, wobei die Antriebszahnung und die Planetenzahnungen jeweils in Form einer Zahnwelle, eines Ritzels oder eines Zahnrades ausgeführt sein können. Demgemäß kann die Antriebszahnung funktionsmäßig auch als Sonnenrad bezeichnet werden und können die Planetenzahnungen funktionsmäßig auch als Planetenräder bezeichnet werden.
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Gemäß der Erfindung können je nach Bedarf z.B. 1 oder 2 Antriebslasten (wie z.B. Generatoren) antriebsmäßig mit dem Zentralrad verbunden sein.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die ersten Planetenwellen untereinander axial gleichpositioniert und sind die zweiten Planetenwellen ebenfalls untereinander axial gleichpositioniert.
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Dies ist durch die erfindungsgemäße Gleichförmigkeit der jeweiligen Planetenwellen möglich und unterstützt in vorteilhafter Weise die gleichmäßige Lastverteilung und auch eine kompakte Bauweise des Leistungsverzweigungsgetriebes.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die zweiten Planetenwellen in einer Umfangsrichtung winkelversetzt zu den ersten Planetenwellen angeordnet, so dass jede in Zahneingriff mit dritten Planetenzahnungen stehende zweite Planetenzahnung in einem jeweiligen Umfangswinkelabstand der beiden damit in Zahneingriff stehenden dritten Planetenzahnungen angeordnet ist.
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Durch diesen beidseitigen Eingriff der dritten Planetenzahnungen an den zweiten Planetenzahnungen werden die gleichmäßige Lastverteilung und die kompakte Bauweise des Leistungsverzweigungsgetriebes zusätzlich vorteilhaft unterstützt.
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Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung weist die Antriebszahnung eine Schrägverzahnung mit einer ersten Steigung auf, wobei die ersten Planetenzahnungen jeweils eine zu der Schrägverzahnung der Antriebszahnung entgegengesetzte Schrägverzahnung mit der ersten Steigung aufweisen.
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Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die zweiten Planetenzahnungen jeweils eine Schrägverzahnung mit einer zweiten Steigung auf, wobei die dritten Planetenzahnungen jeweils eine zu der Schrägverzahnung der zweiten Planetenzahnungen entgegengesetzte Schrägverzahnung mit der zweiten Steigung aufweisen.
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Die jeweiligen Schrägverzahnungen sorgen für eine reduzierte Geräusch- und Schwingungsausbildung in dem erfindungsgemäßen Leistungsverzweigungsgetriebe.
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Dadurch, dass bevorzugt die zweiten Planetenzahnungen eine der Schrägverzahnung der Antriebszahnung entgegengesetzt gerichtete bzw. steigende Schrägverzahnung aufweisen, werden die in dem Leistungsverzweigungsgetriebe durch die Schrägverzahnungen entstehenden axialen Schubkräfte (durch entgegengesetzte Wirkrichtungen) weitgehend neutralisiert. Dies kann zur Berücksichtigung unterschiedlicher Zahnungsdurchmesser bevorzugt dadurch unterstützt werden, dass sich die zweite Steigung von der ersten Steigung unterscheidet, wobei bevorzugt die zweite Steigung größer als die erste Steigung ist.
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Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung ist das Zentralrad axial um mehrere Millimeter (noch bevorzugter ±50 mm) verschiebbar gelagert.
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Gemäß der Erfindung können dem Zentralrad und einer direkt mit diesem kämmenden Komponente nachgelagerte Getriebekomponenten dann wieder Schrägverzahnung aufweisen.
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Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Leistungsverzweigungsgetriebe ferner einen ersten Planetenträger, an dem die ersten Planetenwellen jeweils drehbar gelagert sind, und einen zweiten Planetenträger auf, an dem die zweiten Planetenwellen jeweils drehbar gelagert sind, wobei der erste Planetenträger und der zweite Planetenträger drehfest bzw. sehr drehsteif miteinander verbunden sind. Bevorzugt sind die beiden Planetenträger ihrerseits an einer Basis (wie z.B. einer Aufstellfläche) gegen Rotieren gesichert.
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Dies gewährleistet die Drehmomentübertragung zwischen beiden einzelnen Gruppen von Planetenwellen, wobei vorteilhaft auf radial außenliegende Hohlräder (wie bei üblichen Planetengetrieben vorgesehen) verzichtet werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die zweiten Planetenwellen in einer Anzahl vorgesehen, die ein arithmetisches Vielfaches einer Anzahl der ersten Planetenwellen beträgt.
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Bevorzugt beträgt die Anzahl der ersten Planetenwellen drei und beträgt die Anzahl der zweiten Planetenwellen sechs. Alternativ dazu beträgt die Anzahl der ersten Planetenwellen bevorzugt vier und beträgt die Anzahl der zweiten Planetenwellen bevorzugt acht.
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Auf diese Weise wird eine optimale schrittweise Leistungsverzweigung und damit optimale Erhöhung der Leistungsdichte in dem Leistungsverzweigungsgetriebe erreicht.
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Die Erfindung erstreckt sich ausdrücklich auch auf solche Ausführungsformen, welche nicht durch Merkmalskombinationen aus expliziten Rückbezügen der Ansprüche gegeben sind, womit die offenbarten Merkmale der Erfindung - soweit dies technisch sinnvoll ist - beliebig miteinander kombiniert sein können.
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Gemäß der Erfindung werden auch eine Windkraftanlage und ein Prüfstand für eine Windkraftanlage jeweils mit einem Leistungsverzweigungsgetriebe gemäß einer, mehreren oder allen zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung in jeder denkbaren Kombination bereitgestellt.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detaillierter beschrieben.
- 1 zeigt eine abtriebsseitige Stirnansicht eines Leistungsverzweigungsgetriebes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
- 2 zeigt eine Axialschnittansicht des Leistungsverzweigungsgetriebes von 1, gesehen entlang einer Linie C-C in 1.
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1 und 2 zeigen ein Leistungsverzweigungsgetriebe 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, welches bevorzugt in einer Windkraftanlage oder einem Prüfstand für eine Windkraftanlage eingesetzt werden kann.
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Das Leistungsverzweigungsgetriebe 1 weist eine Antriebswelle 10, eine Mehrzahl (hier vier) gleichgeformter erster Planetenwellen 20, eine Mehrzahl (hier acht) gleichgeformter zweiter Planetenwellen 30 und ein Zentralrad 40 auf.
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Die Antriebswelle 10 ist einen Antrieb des Leistungsverzweigungsgetriebes 1 bereitstellend in einem Gleitlager 11 drehbar gelagert, wobei ein als Ritzel ausgebildetes Sonnenrad 12 mit einer Antriebszahnung drehmomentübertragend auf der Antriebswelle 10 befestigt ist.
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Die Antriebszahnung des Sonnenrades 12 weist eine rechtssteigende Schrägverzahnung 13 (schräge Doppellinie in 2) mit einer entsprechend den zu übertragenden Drehmomenten und dem Außendurchmesser des Sonnenrades 12 ausgelegten ersten Steigung auf.
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Die ersten Planetenwellen 20 sind jeweils in in einem ersten Planetenträger (nicht separat bezeichnet) aufgenommenen Gleitlagern 21 drehbar gelagert symmetrisch um die Antriebswelle 10 herum angerordnet. An jede erste Planetenwelle 20 sind drehmomentübertragend ein als Zahnrad ausgebildetes erstes Planetenrad 22 mit einer ersten Planetenzahnung und ein axial dazu versetztes als Zahnwelle ausgebildetes zweites Planetenrad 24 mit einer zweiten Planetenzahnung drehmomentübertragend angeformt.
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Wie aus 1 und 2 ersichtlich, stehen die ersten Planetenzahnungen der ersten Planetenräder 22 mit der Antriebszahnung des Sonnenrades 12 in Zahneingriff. Zu diesem Zweck weist die erste Planetenzahnung jedes ersten Planetenrades 22 eine zu der Schrägverzahnung 13 der Antriebszahnung des Sonnenrades 12 entgegengesetzte linkssteigende Schrägverzahnung 23 (schräge Doppellinie in 2) mit der ersten Steigung auf.
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Die zweiten Planetenwellen 30 sind jeweils in in einem zweiten Planetenträger (nicht separat bezeichnet) aufgenommenen Gleitlagern 31 drehbar gelagert symmetrisch radial auswärts um die ersten Planetenwellen 20 herum angerordnet. An jede zweite Planetenwelle 30 sind drehmomentübertragend ein als Zahnrad ausgebildetes drittes Planetenrad 32 mit einer dritten Planetenzahnung und ein axial dazu versetztes als Zahnwelle ausgebildetes viertes Planetenrad 34 mit einer vierten Planetenzahnung drehmomentübertragend angeformt.
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Wie aus 1 und 2 ersichtlich, stehen die dritten Planetenzahnungen von jeweils zwei der dritten Planetenräder 32 mit der zweiten Planetenzahnung eines der zweiten Planetenräder 24 in Zahneingriff. Zu diesem Zweck weist zweite Planetenzahnung jedes zweiten Planetenrades 24 jeweils eine linkssteigende Schrägverzahnung 25 (schräge Doppellinie in 2) mit einer zweiten Steigung auf, wobei die dritte Planetenzahnung jedes dritten Planetenrades 32 eine zu der Schrägverzahnung 25 der zweiten Planetenzahnungen der zweiten Planetenräder 24 entgegengesetzte rechtssteigende Schrägverzahnung 33 (schräge Doppellinie in 2) mit der zweiten Steigung aufweist.
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Wie aus 2 ersichtlich, unterscheidet sich die zweite Steigung von der ersten Steigung und ist gemäß der gezeigten Ausführungsform der Erfindung größer als die erste Steigung.
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Zur Drehmomentübertragung sind der erste Planetenträger und der zweite Planetenträger drehfest und besonders drehsteif miteinander verbunden und an einer nicht gezeigten Basis (wie z.B. einem Gehäuse) gegen Rotation um die Antriebswelle 10 gesichert.
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Wie aus 2 ersichtlich, sind die ersten Planetenwellen 20 untereinander axial (in einer Axialrichtung AR) gleichpositioniert und sind auch die zweiten Planetenwellen 30 untereinander axial (in Axialrichtung AR) gleichpositioniert.
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Wie aus 1 ersichtlich, sind die zweiten Planetenwellen 30 in einer Umfangsrichtung UR winkelversetzt zu den ersten Planetenwellen 20 angeordnet, so dass die zweite Planetenzahnung eines jeden zweiten Planetenrades 24 in einem jeweiligen Umfangswinkelabstand α der dritten Planetenzahnungen der beiden damit in Zahneingriff stehenden dritten Planetenräder 32 angeordnet ist.
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Das Zentralrad 40 ist radial einwärts der zweiten Planetenwellen 30 koaxial zu der Antriebswelle 10 drehbar gelagert und steht mit den vierten Planetenzahnungen der vierten Planetenräder 34 in Zahneingriff. Das Zentralrad 40 stellt einen Abtrieb des Leistungsverzweigungsgetriebes 1 bereit und kann je nach Bedarf mit einer oder zwei (oder mehr) Antriebslast(en) (wie z.B. Generatoren) antriebsmäßig verbunden sein.
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Zum Zweck des Zahneingriffs zwischen den vierten Planetenzahnungen und dem Zentralrad 40 weisen diese jeweils eine Geradverzahnung 35 bzw. 43 auf.
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Das Zentralrad 40 ist so gelagert, dass es axial (in Axialrichtung AR) etwa ±50 mm verschiebbar ist.
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Wie aus der vorhergehenden Beschreibung und den 1 und 2 hervorgeht, sind gemäß der Erfindung die zweiten Planetenwellen 30 in einer Anzahl (hier acht) vorgesehen, die ein arithmetisches Vielfaches (hier 2 bzw. das Doppelte) der Anzahl (hier vier) der ersten Planetenwellen 20 beträgt.
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Gemäß einer in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung könnte unter Beibehaltung des Vielfachen bzw. Verhältnisses von zwei jedoch die Anzahl der ersten Planetenwellen 20 z.B. auch drei betragen, wobei dann die Anzahl der zweiten Planetenwellen 30 sechs betragen würde.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Leistungsverzweigungsgetriebe
- 10
- Antriebswelle
- 11
- Gleitlager
- 12
- Sonnenrad
- 13
- Schrägverzahnung
- 20
- erste Planetenwelle(n)
- 21
- Gleitlager
- 22
- erstes Planetenrad
- 23
- Schrägverzahnung
- 24
- zweites Planetenrad
- 25
- Schrägverzahnung
- 30
- zweite Planetenwelle(n)
- 31
- Gleitlager
- 32
- drittes Planetenrad
- 33
- Schrägverzahnung
- 34
- viertes Planetenrad
- 35
- Geradverzahnung
- 40
- Zentralrad
- 43
- Geradverzahnung
- AR
- Axialrichtung
- UR
- Umfangsrichtung
- α
- Umfangswinkelabstand
