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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hohlrad sowie ein Planetengetriebe gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 und 12 näher definierten Art.
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Für eine gleichmäßige Lastverteilung in einem Planetengetriebe werden, insbesondere bei Windenergieanlagen, in der Regel drei oder mehr Planetenräder eingesetzt. Hierdurch wird die Anzahl der Zahneingriffe erhöht, so dass die Last auf eine Vielzahl einzelner Bauteile verteilt wird, wodurch diese wiederum kleiner und leichter ausgebildet sein können. Weist das Planetengetriebe jedoch drei oder mehr Planetenräder auf, kann insbesondere aufgrund von Fertigungstoleranzen eine ungleichmäßige Aufteilung der Last auf die einzelnen Planetenräder erfolgen. Demnach sind einige der Planetenräder überbelastet, wohingegen andere wiederum unterbelastet sind.
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Zur Schaffung eines Lastausgleichs ist aus der
DE 26 48 151 A1 eine Anordnung zur Drehmomentenübertragung in einem epizyklischen Getriebe zwischen einem Innenzahnring des Getriebes auf einen diesen umgebenden Befestigungsring bekannt. Auf dem Innenzahnring sind Außenzähne und auf dem Befestigungsring Innenzähne vorhanden. Ferner ist zwischen dem Innenzahnring und dem Befestigungsring ein elastisches Band vorhanden, welches mit äußeren und inneren Zähnen versehen ist, die in die Lücken zwischen den Zähnen der Ringe hineinragen. Im Bereich eines überbelasteten Planetenrades kann sich somit der Innenzahnring zur Kompensation der entsprechenden Überbelastung des Planetenrades radial nach außen verformen, wobei das elastische Band in diesem Bereich elastisch verformt wird. Die in anderen Bereichen des epizyklischen Getriebes auftretenden Unterbelastungen einzelner Planetenräder werden hingegen nicht ausgeglichen.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 und 12 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Zeichnung.
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Es wird ein Hohlrad für ein Plantetengetriebe mit einem Außenring, einem Innenring und einem zwischen diesen beiden Ringen angeordneten, radial elastischen Lastausgleichselement vorgeschlagen. Im Betrieb des Planetengetriebes treten über den Umfang des Innenrings verteilte radiale Über- und Unterbelastungen auf. Zur Kompensation dieser Über- und Unterbelastungen weist das Lastausgleichselement eine Feder auf. Diese ist als geschlossener Ring ausgebildet. Ferner ist sie derart umfangselastisch ausgebildet, dass die in dem Überbelastungsbereich auftretenden Kräfte mittels der Feder in Umfangsrichtung an einen Unterbelastungsbereich abgeleitet werden. Dies kann aufgrund der ringförmigen Ausbildung der Feder durchgehend über den gesamten Umfang erfolgen. Somit können nicht nur Überbelastungen, sondern auch Unterbelastungen kompensiert werden, wobei die im Bereich einer Überbelastung auftretenden Kräfte im Wesentlichen in Umfangsrichtung des Hohlrades derart abgeleitet werden, dass über den gesamten Umfang des Hohlrades, insbesondere des Innenrings, eine im Wesentlichen homogene Lastverteilung vorliegt. Vorteilhafterweise kann somit ein konstruktiv einfaches und kostengünstiges über- und unterbelastungskompensierendes Planetengetriebe hergestellt werden. Ferner bestehen bei der Konstruktion und Auslegung des Planetengetriebes weitaus mehr Freiheiten. Auch kann das Potenzial des Planetengetriebes besser ausgenutzt werden.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Feder im Querschnitt im Wesentlichen wellenförmig ausgebildet ist. Mittels dieser Formgebung kann sehr einfach und kostengünstig eine insbesondere umfangselastische Feder hergestellt werden. Ferner kann die Feder aufgrund der Wellenform nicht nur umfangselastisch, sondern auch radialelastisch ausgebildet sein. Infolgedessen wird die Feder zur Kompensation einer Überbelastung in dem entsprechenden Bereich bedingt durch die Radialelastizität zunächst in radialer Richtung gestaucht. Aufgrund der zusätzlichen Umfangselastizität der wellenförmigen Feder wird die eingebrachte Überbelastungskraft zugleich in Umfangsrichtung des Hohlrades abgeleitet, und zwar insbesondere an einen unterbelasteten Bereich des Innenrings.
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Wenn die Feder radialelastisch ausgebildet ist, kann die Feder entweder im Bereich einer Überbelastung derart radial gestaucht werden, dass der Innenring in diesem Bereich zur Kompensation dieser Überbelastung radial nach außen geschoben und/oder verformt wird. Alternativ und/oder zusätzlich kann die Feder in anderen Bereichen, insbesondere in unterbelasteten Bereichen derart gespannt werden, dass der Innenring im Bereich einer Unterbelastung radial nach innen verformt und/oder verschoben wird.
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Ebenso ist es vorteilhaft, wenn die Feder eine Vielzahl von radial und/oder umfangselastischen Abschnitten aufweist. Somit können mittels der radialelastischen Abschnitte sowohl Über- als auch Unterbelastungen ausgeglichen werden. Ferner können mittels der umfangselastischen Abschnitte die im Bereich einer Überbelastung auftretenden Kräfte in Umfangsrichtung des Hohlrades, insbesondere des Innenrings, an entsprechend benachbarte Abschnitte der Feder abgeleitet werden. Hierdurch wird diese Überbelastung zum homogenen Lastausgleich in unterbelastete Bereiche des Innenrings gelenkt. Demnach sind vorteilhafterweise zumindest zwei derartiger Abschnitte benachbart zueinander angeordnet, so dass sie zur Kompensation der Über- und Unterbelastungen miteinander korrespondieren können.
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Eine einfache und kostengünstige Montage und Herstellung des Hohlrades kann sichergestellt werden, wenn die Feder einteilig ausgebildet ist. Ferner ist ein Verrutschen einzelner Teile der Feder zueinander somit ausgeschlossen. Die erwünschte Funktionsfähigkeit der Feder wird somit sichergestellt.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Feder aus einem elastischen Metall hergestellt ist. Somit kann die Verschleißfestigkeit der Feder verbessert werden. Des Weiteren eignet sich Metall besonders gut, um die Feder radial und/oder umfangselastisch auszubilden. Auch kann mittels einer aus Metall hergestellten Feder eine geeignete radial und/oder umfangselastische Federform ausgebildet werden.
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Ebenso ist es vorteilhaft, wenn das Lastausgleichselement nicht nur eine Feder gemäß einer oder mehreren der vorangegangen Ausführungen aufweist, sondern zusätzlich noch ein im Wesentlichen radialelastisches Band umfasst. Somit kann die Feder und das radialelastische Band unterschiedlich ausgelegt sein, um eine optimale Kompensation von Über- und Unterbelastungen zu bewirken. Das radialelastische Band ist dann insbesondere dämpfend ausgebildet. Ferner kann das radialelastische Band auch tangentialelastisch ausgebildet sein, wobei die Tangentialelastizität des Bandes geringer ist als die Radialelastizität.
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Die Feder ist im Gegensatz dazu vorzugsweise umfangselastisch ausgebildet, so dass die in einem Bereich des Innenrings eingebrachten Überbelastungskräfte in Umfangsrichtung der Feder ableitbar sind. Des Weiteren ist die Feder insbesondere radialelastisch ausgebildet. Durch eine Kombination von Feder und Band kann das Lastausgleichselement langlebig, verrutschsicher und optimal zur Kompensation der Über- und Unterbelastungen ausgelegt werden.
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Um ein Verrutschen der Feder gegenüber dem Band zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn die Feder in dem Band eingebettet ist. Des Weiteren ist es zu diesem Zweck vorteilhaft, wenn das Band mit der Feder, dem Außenring und/oder dem Innenring form-, stoff- und/oder kraftschlüssig verbunden ist. Somit ist eine fixe Position von Band und Feder und/oder von Lastausgleichselement zum Außenring und/oder zum Innenring sichergestellt.
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Eine besonders schnelle und kostengünstige, feste Verbindung zwischen den einzelnen Bauteilen kann realisiert werden, wenn das Band aus einem Kunststoff, insbesondere einem Elastomer, hergestellt ist und vorzugsweise mit der Feder, dem Außenring und/oder dem Innenring mittels Vulkanisieren stoffschlüssig verbunden ist. Aufgrund der somit sehr festen Verbindung von Band und Feder bzw. Lastausgleichselement zu Außenring und/oder Innenring ist ein Verrutschen dieser Bauteile zueinander im Wesentlichen ausgeschlossen.
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Eine besonders feste Verbindung des Lastausgleichselements zum Außenring und/oder Innenring kann bewirkt werden, wenn der Außenring und/oder der Innenring im Verbindungsbereich mit dem Band und/oder der Feder Absätze aufweist, in welche das Band und/oder die Feder formschlüssig eingreift.
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Ferner wird ein Planetengetriebe mit einem zentralen Sonnenrad, einem dieses umgebenden Hohlrad und zumindest zwei Planetenräder vorgeschlagen, wobei die Planetenräder zwischen dem Sonnenrad und dem Hohlrad angeordnet sind und von einem Planetenträger gehalten sind. Das Hohlrad ist ferner gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ausführungen ausgebildet. Vorteilhafterweise kann somit ein Planetengetriebe hergestellt werden, das nicht nur Überbelastungen sondern auch Unterbelastungen einzelner Planetenräder kompensiert, indem die von den Planetenrädern in das Hohlrad eingebrachten Kräfte im Wesentlichen homogen über dem Umfang des Hohlrades verteilt werden.
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Nachfolgend ist die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
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1 einen Querschnitt durch ein Hohlrad mit einem Lastausgleichselement.
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1 zeigt ein Hohlrad 1 für ein hier nicht dargestelltes Planetengetriebe, das ein zentrales Sonnenrad aufweist, das vom Hohlrad 1 umgeben ist. Radial zwischen dem zentralen Sonnenrad und dem Hohlrad sind in der Regel drei oder mehr hier ebenfalls nicht dargestellte Planetenräder angeordnet, die von einem Planetenträger drehbar gehalten sind. Das Hohlrad 1 weist für gewöhnlich eine Innenverzahnung auf und das Sonnenrad weist eine Außenverzahnung auf, wobei die Planetenräder in die Verzahnungen einkämmen.
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Insbesondere aufgrund von Fertigungstoleranzen kann es nunmehr dazu kommen, dass Planetenräder über- oder unterbelastet werden. Dies hat eine ungleichmäßige Abnutzung des Planetengetriebes zur Folge. Ferner kann somit das Potential der Planetenstufe nicht vollständig ausgenutzt werden. Zur Schaffung eines Lastausgleichs, bei dem nicht nur, wie aus dem Stand der Technik bekannt, Überbelastungen kompensiert werden, sondern auch Unterbelastungen kompensiert werden, weist das in 1 dargestellte Hohlrad einen Außenring 2 und einen Innenring 3 auf. Zwischen diesen beiden Ringen ist ein Lastausgleichselement 4 angeordnet. Dieses ist radial-, tangential- und/oder umfangselastisch ausgebildet. Hierzu weist das Lastausgleichselement 4 eine Feder 5 sowie ein Band 6 auf. Das Lastausgleichselement 4 ist als geschlossener Ring ausgebildet und erstreckt sich zwischen dem Außenring 2 und dem Innenring 3 über den gesamten Umfang.
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Die Feder 5 ist vorzugsweise aus einem elastischen Metall hergestellt und ebenfalls als geschlossener Ring ausgebildet. Zur Kompensation von Über- und Unterbelastungen weist die vorzugsweise einteilige Feder 3 eine Vielzahl von radialelastischen Abschnitten 7a, 7b, 7c über ihren Umfang verteilt auf. Zur Wahrung der Übersichtlichkeit sind lediglich drei dieser Abschnitte 7a, 7b, 7c mit Bezugszeichen versehen. Jeder dieser Abschnitte 7a, 7b, 7c kann mit den beiden jeweils benachbarten Abschnitten korrespondieren. Die miteinander korrespondierenden Abschnitte 7a, 7b, 7c sind unmittelbar nebeneinander angeordnet.
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Tritt nunmehr beispielsweise im Bereich eines der Abschnitte 7b eine Überbelastung auf, so kann sich der Innenring 3 in diesem Bereich aufgrund des radialelastischen Lastausgleichselements 4 radial nach außen verschieben und/oder verformen. So wird die Feder 5 im Abschnitt 7b der Überbelastung aufgrund ihrer radialelastischen Formgebung gestaucht. Da das Lastausgleichselement 4, insbesondere aufgrund der Feder 5, auch umfangselastisch ausgebildet ist, wird die im Bereich der Überbelastung aufgenommene Kraft durch den Abschnitt 7b in Umfangsrichtung zu gleichen Teilen an den jeweils benachbarten Abschnitt 7a bzw. den Abschnitt 7c abgeleitet. Diese Abschnitte 7a, 7c leiten die Kraft zumindest teilweise an die nächsten entsprechend benachbarten Abschnitte weiter. Somit kann die Kraft aufgeteilt werden und in Umfangsrichtung des Hohlrades 1 an die Bereiche bzw. Abschnitte 7 weitergeleitet werden, in denen ein unterbelastetes Planetenrad anliegt. In diesem Bereich wird der entsprechende Abschnitt 7 der Feder 5 dann derart gespannt, dass sich der Innenring 3 radial nach innen verschiebt und/oder verformt. Somit wird auf das zuvor unterbelastete Planetenrad, das in 1 nicht dargestellt ist, eine höhere in radialer Richtungwirkende Kraft aufgebracht. Infolgedessen wird die Kraft durch die Kompensation von Über- und Unterbelastungen homogen über den gesamten Umfang des Hohlrades 1 verteilt, so dass der Wirkungsgrad des Planetengetriebes gesteigert wird.
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Eine entsprechend radial- und umfangselastische Feder 5 kann, wie in 1 gezeigt, insbesondere durch einen im Wesentlichen wellenförmigen Querschnitt realisiert werden. Hierbei stellt jeweils eine Welle der Feder einen entsprechend radial- und/oder umfangselastischen Abschnitt 7a, 7b, 7c dar.
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Um insbesondere ein Verrutschen der Feder 5 gegenüber dem Außenring 2 und dem Innenring 3 zu vermeiden, ist die Feder 5 sandwichartig in dem Band 6 eingebettet. Das Band 6 ist hierbei vorzugsweise aus einem elastischen Material, insbesondere einem Elastomer, hergestellt. Somit kann es beispielsweise durch Vulkanisieren stoffschlüssig mit der Feder 5, dem Außenring 2 und/oder dem Innenring 3 verbunden sein.
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Außerdem weist der Außenring 2 und der Innenring 3 zumindest teilweise im Verbindungsbereich mit dem Band 6 Absätze 8a, 8b auf, in welche das Band 6 formschlüssig eingreift. Hierdurch wird eine besonders feste Verbindung des Lastausgleichselements 4 mit dem Außenring 2 und dem Innenring 3 sichergestellt.
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Da das Band 6, wie bereits erwähnt, insbesondere aus Gummi hergestellt ist, weist es zusätzlich radialelastische Eigenschaften auf. Somit kann es zur Kompensation von Überbelastungen unterstützend auf die Feder einwirken. Ferner weist es nur eine relativ geringe Tangentialelastizität auf, so dass eine im Wesentlichen fixe Position der Feder 5 relativ zum Außenring 2 und zum Innenring 3 sichergestellt ist.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn sie in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hohlrad
- 2
- Außenring
- 3
- Innenring
- 4
- Lastausgleichselement
- 5
- Feder
- 6
- Band
- 7
- Abschnitt
- 8
- Absatz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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