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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Baugruppe und ein Planetengetriebe gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und 12 näher definierten Art.
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Insbesondere bei Windkraftanlagen werden für eine gleichmäßige Lastverteilung in einem Planetengetriebe in der Regel drei oder mehrere Planetenräder eingesetzt. Infolgedessen wird die einwirkende Last auf eine Vielzahl einzelner Bauteile verteilt. Aufgrund nicht zu vermeidender Fertigungstoleranzen wird die Last jedoch ungleichmäßig auf die einzelnen Planetenräder aufgeteilt.
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Aus der
DE 682 354 ist ein Umlaufrädergetriebe bekannt, das zwischen zwei gemeinsamen Trägern gelagerte Umlaufräder aufweist. Diese sind mittels eines Bolzens federnd gelagert. Der Bolzen ist durch Verjüngung nach seinen Enden hin federnd ausgebildet und nur in der Mitte zwischen beiden Trägern an einer Hülse befestigt, die den Bolzen mit Spiel umschließt und auf der das zugehörige Umlaufrad mittels Wälzlagern abgestützt ist.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und 12 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Zeichnung.
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Es wird eine Baugruppe für ein Planetengetriebe mit einem zentralen Sonnenrad, einem Hohlrad, welches das Sonnenrad umgibt, und Planetenrädern vorgeschlagen. Die Planetenräder sind radial zwischen dem Sonnenrad und dem Hohlrad angeordnet und im Bereich ihrer beiden Stirnseiten zwischen zwei gegenüberliegenden Wangen eines Planetenträgers drehbar gehalten, wobei zumindest eines der Planetenräder mittels einer Welle drehbar gehalten ist. Hierbei ist die Welle mit dem Planetenrad drehfest und nach dem Einbau in dem Planetengetriebe mit zumindest einer der beiden Wangen im Bereich eines ihrer Enden drehbar gekoppelt. Die Welle ist ferner mittels eines Biegeabschnitts derart flexibel ausgebildet, dass das von der Welle gehaltene Planetenrad zum Lastausgleich gegenüber dem Planetenträger im Wesentlichen in radialer Richtung elastisch verschiebbar ist. Vorteilhafterweise entfallen somit im Bereich des Planetenrades im Vergleich zur
DE 682 354 die Lager sowie die zur flexiblen Ausgestaltung dieser Vorrichtung zwingend notwendige Hülse. Infolgedessen wird mit der vorliegenden Erfindung eine sehr kompakte Bauform einer Baugruppe für das Planetengetriebe ermöglicht. Des Weiteren können die Herstellungskosten sowie der Montageaufwand des Planetengetriebes reduziert werden, da das Planetengetriebe weniger Bauteile aufweist, insbesondere durch den Wegfall der Hülse, die im Stand der Technik zum Lastausgleich zwingend benötigt wird. Vorteilhafterweise kann ferner durch die flexible Ausgestaltung der Welle ein Lastausgleich durch das somit insbesondere in radialer Richtung gegenüber dem Planetenträger elastisch verschiebbare Planetenrad erfolgen.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Welle zur Kopplung mit dem Planetenrad einen Tragabschnitt aufweist. Vorzugsweise ist dieser in Wellenlängsachse im Wesentlichen mittig zwischen den Wangen an der Welle angeordnet. Somit wird die vom Planetenrad auf die Welle einwirkende Kraft mittig in die Welle eingeleitet, so dass das Planetenrad im Wesentlichen parallel zur Wellenlängsachse in radialer Richtung des Planetengetriebes elastisch verschiebbar ist. Hierdurch wird ein stets homogener bzw. paralleler Zahneingriff des Planetenrades in das Hohlrad und/oder das Sonnenrad sichergestellt.
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Wenn der Biegeabschnitt zwischen dem Tragabschnitt und zumindest einem der beiden Enden ausgebildet ist, kann vorteilhafterweise zum Lastausgleich eine Verschiebung des Tragabschnittes gegenüber zumindest einem der beiden Enden erfolgen.
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Ebenso ist es vorteilhaft, wenn der Biegeabschnitt zumindest teilweise einen geringeren Außendurchmesser aufweist als der Tragabschnitt und/oder zumindest eines der beiden Enden. Somit kann die Flexibilität und/oder Elastizität des Biegeabschnitts gegenüber zumindest einem der beiden Enden und/oder dem Tragabschnitt derart beeinflusst werden, dass in Bezug auf die auftretenden Lasten ein optimaler Lastausgleich erfolgen kann.
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Wenn der Biegeabschnitt zumindest teilweise einen geringeren Außendurchmesser aufweist als der Tragabschnitt und/oder zumindest eines der beiden Enden, kann vorteilhafterweise die Flexibilität der Welle im Bereich des Biegeabschnitts erhöht werden. Des Weiteren ist die Welle somit im Bereich des Tragabschnitts schwerer als im Bereich des Biegeabschnitts, so dass eine stärkere Verformung und somit ein besserer Lastausgleich zur Kompensation von Überbelastungen mittels des erhöhten Eigengewichts im Bereich des Tragabschnitts erfolgen kann.
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Damit der Biegeabschnitt nicht über seine gesamte Länge die gleichen Elastizitäts- bzw. Flexibilitätseigenschaften aufweist, ist es vorteilhaft, wenn sich der Biegeabschnitt vom Tragabschnitt ausgehend in Richtung des Endes, insbesondere konisch, zumindest teilweise verjüngt. Somit nimmt die Flexibilität des Biegeabschnitts in Richtung der Enden der Welle zu. Des Weiteren wird durch diese nach Außen hin verjüngende Formgebung des Biegeabschnitts das Eigengewicht der Welle in Richtung des Tragabschnitts erhöht. Somit kann durch das im Bereich des Tragabschnitts erhöhte Eigengewicht ein besserer Lastausgleich bei zugleich parallelem Zahneingriff des Planetenrades in das Sonnenrad und/oder das Hohlrad erfolgen.
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Zum Verbinden des Planetenrades mit dem Tragabschnitt ist es vorteilhaft, wenn das Planetenrad an seinem Innenumfang einen Verbindungsabschnitt aufweist. Wenn der Verbindungsabschnitt vorzugsweise in Wellenlängsrichtung im Wesentlichen mittig zum Planetenrad angeordnet ist, kann ein im Wesentlichen paralleler Zahneingriff des Planetenrades in die Verzahnung des Sonnenrads und/oder des Hohlrads während des Lastausgleichs sichergestellt werden. Durch die mittige Anordnung des Verbindungsabschnitts werden die vom Hohlrad und/oder dem Sonnenrad eingebrachten Kräfte mittig im Planetenrad zusammengeführt und im Tragabschnitt an die Welle übertragen.
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Wenn der Innenumfang im Bereich des Verbindungsabschnitts einen geringeren Innendurchmesser als im Bereich zumindest einer der beiden Stirnseiten aufweist, kann vorteilhafterweise das Eigengewicht des Planetenrades auf seine Mitte konzentriert werden. Infolgedessen kann das auf den Verbindungsabschnitt des Planetenrades sowie dann auf den Tragabschnitt der Welle übertragene Eigengewicht des Planetenrades dazu ausgenutzt werden, eine stärkere Verformung der Welle und somit einen besseren Lastausgleich zu bewirken.
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Um sowohl ein Verbiegen des Planetenrades auszuschließen als auch einen verbesserten Lastausgleich durch eine Konzentration des Planetenradeigengewichts auf den Verbindungsabschnitt sicherzustellen, ist es vorteilhaft, wenn sich der Innendurchmesser des Innenumfangs vom Verbindungsabschnitt ausgehend in Richtung zumindest einer der beiden Stirnseiten des Planetenrades vergrößert. Demnach ist insbesondere ein in Wellenlängsachse konischer Querschnitt vorteilhaft. Selbstverständlich ist auch jegliche andere Querschnittsgeometrie denkbar, solang der Innendurchmesser des Innenumfangs im Bereich des Verbindungsabschnitts am geringsten ist.
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Für eine feste Verbindung zwischen Planetenrad und Welle ist es vorteilhaft, wenn diese miteinander form-, stoff- und/oder kraftschlüssig, insbesondere im Tragabschnitt und Verbindungsabschnitt, verbunden sind.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn die Welle im Bereich zumindest eines ihrer beiden Enden ein Lager aufweist, so dass das mit der Welle fest verbundene Planetenrad gegenüber zumindest einer der beiden Wangen des Planetenträgers drehbar gelagert ist. Hierbei ist es ferner vorteilhaft, wenn die Welle mit zumindest einem ihrer beiden Enden in einer Aussparung der Wange drehbar gehalten ist.
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Es wird weiterhin ein Planetengetriebe vorgeschlagen, das ein zentrales Sonnenrad, ein Hohlrad, welches das Sonnenrad umgibt, und Planentenräder, die radial zwischen dem Sonnenrad und dem Hohlrad angeordnet sind und im Bereich ihrer beiden Stirnseiten zwischen zwei gegenüberliegenden Wangen eines Planetenträgers drehbar gehalten sind, aufweist. Das Planetenrad ist mittels einer Welle drehbar gehalten, wobei die Welle mit dem Planetenrad drehfest und mit zumindest einer der beiden Wangen im Bereich eines ihrer Enden drehbar gekoppelt ist. Das Planetengetriebe weist zumindest eine zuvor beschriebene Baugruppe mit einer Welle und mit einem darauf angeordneten Planetenrad auf. Ein derartiges Planetengetriebe ist einerseits kostengünstig herstellbar und ist insbesondere durch die flexible Ausgestaltung der Welle besonders dafür geeignet einen Lastausgleich durch das in radialer Richtung gegenüber dem Planetenträger elastisch verschiebbare Planetenrad zu bewirken.
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Zur einfachen Montage der Welle und des mit dieser fest verbundenen Planetenrades ist es ebenso vorteilhaft, wenn der Planetenträger zumindest zweiteilig ausgebildet ist.
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Nachfolgend ist die Erfindung anhand einer Zeichnung naher erläutert. Es zeigt:
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1 einen Bereich eines Planetengetriebes im Querschnitt mit einem entsprechend gelagerten Planetenrad.
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1 zeigt einen Ausschnitt eines Planetengetriebes 1 mit einem Planetenrad 2, das eine Außenverzahnung 3 aufweist, mit der es in ein hier nicht dargestelltes zentrales Sonnenrad und ein das Sonnenrad umgebendes Hohlrad eingreift. Das Planetenrad 2 ist demnach radial zwischen dem hier nicht dargestellten Sonnenrad und Hohlrad angeordnet. Im Bereich ihrer beiden Stirnseiten 4a, 4b ist das Planetenrad 2 drehbar zwischen zwei gegenüberliegenden Wangen 5a, 5b eines Planetenträgers 6 gehalten.
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Eine besonders kompakte Bauform des Planetengetriebes kann realisiert werden, wenn das Planetenrad 2 mittels einer Welle 7 zwischen den beiden Wangen 5a, 5b drehbar gehalten ist. Die Welle 7 ist hierbei mit dem Planetenrad 2 mittels einer form-, stoff- und/oder kraftschlüssigen Verbindung direkt mit dem Planetenrad 2 drehfest verbunden. Um ein Drehen des Planetenrades 2 ermöglichen zu können, ist die Welle im Bereich ihrer beiden Enden 8a, 8b drehbar mit der jeweiligen Wange 5a, 5b des Planetenträgers 6 gekoppelt. So weist jede der Wangen 5a, 5b eine Aussparung 9a, 9b auf, in welche die Welle mit ihrem jeweiligen Ende 8a, 8b hineinragt. Um ein Drehen der Welle zu ermöglichen, ist zwischen dem Außenumfang 10 der Welle und dem Planetenträger 6 jeweils ein Lager 11a, 11b angeordnet.
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Durch die Lagerung der Welle 7 in den Aussparungen 9a, 9b des Planetenträgers 6 kann das Planetenrad 2 und/oder die Welle 7 in radialer Richtung sehr kompakt ausgebildet werden. Ferne weist das lastausgleichende Planetenrad nunmehr weniger Einzelbauteile auf, wodurch die Montage vereinfacht wird.
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Zur Aufnahme des Planetenrades 2 weist die Welle 7 an ihrem Außenumfang 10 einen Tragabschnitt 12 auf. Dieser ist in der Wellenlängsachse A im Wesentlichen mittig an der Welle 7 angeordnet. Zwischen dem Tragabschnitt 12 und den beiden Enden 8a, 8b weist die Welle 7 jeweils einen Biegeabschnitt 13a, 13b auf. Beide Biegeabschnitte 13a, 13b verjüngen sich vom Tragabschnitt 12 ausgehend in Richtung des jeweiligen Endes 8a, 8b hin konisch. Im Bereich der Enden 8a, 8b weist die Welle 7 im Vergleich zum jeweils angrenzenden Biegeabschnitt einen größeren Außendurchmesser auf. Durch diese verjüngende Ausgestaltung der Welle 7 im Bereich der beiden Biegeabschnitte 13a, 13b kann sich das Planetenrad 2 durch elastisches Verbiegen der Welle 7 zum Lastausgleich gegenüber dem Planetenträger 6 parallel in radialer Richtung verschieben.
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Zum form-, stoff- und/oder kraftschlüssigen Verbinden mit der Welle 7 weist das Planetenrad 2 an seinem Innenumfang 14 einen Verbindungsabschnitt 15 auf. Der Verbindungsabschnitt 15 ist in Richtung der Wellenlängsachse A mittig am Planetenrad 2 angeordnet. Das Planetenrad 2 liegt mit seinem Verbindungsabschnitt 15 am Tragabschnitt 12 der Welle 7 an. Der Innenumfang 14 weist im Bereich des Verbindungsabschnittes 15 seinen geringsten Innendurchmesser auf. So vergrößert er sich vom Verbindungsabschnitt 15 ausgehend in Richtung beider Stirnseiten 4a, 4b. Hierdurch bedingt weist das Planetenrad 2 in Wellenlängsachse A einen im Wesentlichen konischen Querschnitt auf.
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Durch diese konische Ausgestaltung des Innenumfangs 14 des Planetenrads 2 und der beiden Biegeabschnitte 13a, 13b der Welle 7 wird die Masse beider Bauteile auf die Mittelquerschnittsebene konzentriert. Außerdem werden hierdurch die auf das Planetenrad 2 einwirkenden Kräfte in der Mittelquerschnittsebene des Planetenrades 2 gebündelt. Hierdurch wird ein paralleler Zahneingriff von Planetenrad 2 in das hier nicht dargestellte Sonnenrad sowie Hohlrad begünstigt.
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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. So ist es beispielsweise auch möglich, dass das Planetenrad 2 und die Welle 7 einteilig hergestellt sind. Die Welle 7 kann darüber hinaus auch Einrichtungen zur Befestigung der Lager 11a, 11b aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Planetengetriebe
- 2
- Planetenrad
- 3
- Außenverzahnung
- 4
- Stirnseite
- 5
- Wange
- 6
- Planetenträger
- 7
- Welle
- 8
- Ende
- 9
- Aussparung
- 10
- Außenumfang
- 11
- Lager
- 12
- Tragabschnitt
- 13
- Biegeabschnitt
- 14
- Innenumfang
- 15
- Verbindungsabschnitt
- A
- Wellenlängsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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