DE102011083090A1

DE102011083090A1 - Planetenlagerung und Windenergieanlagengetriebe

Info

Publication number: DE102011083090A1
Application number: DE102011083090A
Authority: DE
Inventors: Matthias Stahl; Wolfgang Klinger
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2013-01-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Windenergieanlagengetriebe mit einer aus einem Hohlrad, mindestens zwei Planetenrädern (1) sowie einem Sonnenrad bestehenden Planetenstufe, dadurch gekennzeichnet, dass ein Planetenrad (1) auf einem Planetenträger (4) durch zumindest ein Nadellager (6) gelagert ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Planetenlagerung sowie ein Windenergieanlagengetriebe mit einer aus einem Hohlrad, mindestens zwei Planetenrädern sowie einem Sonnenrad bestehenden Planetenstufe.
Windenergieanlagengetriebe sollen aufgrund ihrer Anordnung an bzw. innerhalb der Gondel der Windenergieanlage einen möglichst kleinen Bauraum und ein möglichst geringes Gewicht aufweisen. Es ist bekannt, Planetengetriebe als Windenergieanlagengetriebe einzusetzen, da Planetengetriebe bei vorgegebener, zu erreichender Übersetzung zwischen der Eingangswelle des Rotors und der Abtriebswelle des Generators verhältnismäßig klein und auch leicht bauen.
Aus der EP 1 252 442 B1 ist bereits ein Windenergieanlagengetriebe mit einer aus einem Hohlrad, mindestens zwei Planetenrädern sowie einem Sonnenrad bestehenden Planetenstufe bekannt, bei der die Lagerung eines Planetenrades auf dem zugeordneten Planetenträger über zwei mit Abstand zueinander angeordnete Kegelrollenlager erfolgt. Zwar soll der Einsatz zweier angestellter Kegelrollenlager gemäß der EP 1 252 442 B1 eine stabile Lagerung durch Erhöhung eines sogenannten Arbeitsabstandes sowie die Möglichkeit einer leichten Einstellung des Lagerspieles schaffen. Es zeigte sich jedoch, dass die Lösung der EP 1 252 442 B1 bei hochbelasteten Windenergieanlagengetrieben an ihre Belastungsgrenzen stoßen kann und der Einsatz der Kegelrollenlager eine aufwendige Konstruktion mit sich ergebendem hohen Gewicht bedeutet.
Aus der DE 10 2005 049 185 A1 ist eine Lagerung eines Planetenrades einer Planetengetriebestufe bekannt, wonach das Planetenrad über drei oder mehr in Bezug auf eine Rotationsachse des Planetenrades nebeneinander angeordnete Zylinderrollenlager gelagert ist. Zwar soll durch einen direkten Anlauf der Zylinderrollen an dem Planetenrad im Sinne einer sogenannten Direktlagerung ein kompakter Aufbau resultieren. Jedoch ist auch die Planetenradlagerung der DE 10 2005 049 185 A1 bei hochbelasteten Windenergieanlagengetrieben aufgrund der auf die Zylinderrollen wirkenden Kräfte nur bedingt einsetzbar und erfordert einen großen Bauraum, so dass sich ein großes resultierendes Gewicht der Lagerung ergibt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Planetenlagerung eines Windenergieanlagengetriebes sowie ein gattungsgemäßes Windenergieanlagengetriebe bereitzustellen, welche bzw. welches hohen Belastungen unterworfen werden kann, insbesondere im Verhältnis zum Gewicht des Windenergieanlagengetriebes eine hohe Leistungsdichte aufweist, geringe Abmessungen benötigt und einfach und kostengünstig herzustellen ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Demzufolge sind eine Planetenlagerung eines Windenergieanlagengetriebes sowie ein gattungsgemäßes Windenergieanlagengetriebe dadurch gekennzeichnet, dass ein Planetenrad auf einem Planetenträger durch zumindest ein Nadellager gelagert ist.
Anstelle, wie bei Windenergieanlagengetriebe bislang üblich, die Steigerung der Tragfähigkeit und Belastbarkeit der Planetenradlagerung durch eine Vergrößerung der Wälzkörper (z.B. Erhöhung des Durchmessers der Zylinderrollen) oder durch eine Erhöhung der Anzahl der Lagereihen zu erreichen, geht die vorliegende Erfindung den Weg, durch den Einsatz eines oder mehrerer Nadellager einen sehr kompakten und somit leichten Aufbau zu wählen, der jedoch eine hohe Leistungsdichte bezogen auf das Gewicht der Planetenradlagerung bereitstellt.
Gegenüber Zylinderrollenlagerungen oder Kegelrollenlagerungen erlaubt die Lagerung des Planetenrades mittels Nadellager eine bessere Übertragung der Kräfte zwischen Planetenrad und Planetenträger, d.h. Lagerbolzen bzw. Welle. Dies resultiert aus dem größeren Kontakt den die nadelförmigen Wälzkörper zwischen Planetenrad und Planetenträger ermöglichen. Gegenüber Gleitlagern zur Lagerung eines Planetenrades wird jedoch weiterhin ein sehr gutes Anlaufverhalten ermöglicht, da die Reibung und der Verschleiß gering gehalten werden kann. Außerdem weisen Wälzlager generell eine höhere Führungsgenauigkeit auf als Gleitlager.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Nadellager durch einen Nadelkranz, eine Nadelhülse oder eine Nadelbuchse gebildet wird. Ein Nadelkranz wird durch die in einem Käfig gehaltenen Nadelrollen gebildet. Ein Nadelkranz weist daher weder Außenring noch Innenring auf, so dass die Nadelrollen direkt auf einer Innenmantelfläche einer Nabe bzw. Bohrung des Planetenrades einerseits und auf einer Außenmantelfläche des Planetenträgers (Planetenbolzen) andererseits abwälzen. Es wird somit ein minimaler Bauraum benötigt. Alternativ kann auch eine Nadelhülse vorgesehen werden, bei der die typischerweise in einem Käfig geführten Nadelrollen durch eine sie von außen umgreifende Hülse gehalten werden. Die Hülse ist in diesem Fall einem Außenring vergleichbar. Während Nadelhülsen auf beiden axialen Seiten offen sind und komplett über den Planetenträger geschoben werden können, kann alternativ auch eine Nadelbüchse eingesetzt werden. Nadelbüchsen sind auf einer axialen Seite geschlossen und eigenen sich somit zur Lagerung des Planetenrades an einem axialen Ende des Planetenträgers.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Nadellager ein vollrolliges Nadellager ist. In diesem Fall wird auf einen Käfig verzichtet und da die Nadelrollen umfänglich enger zueinander angeordnet werden können, ergibt sich eine höhere Tragfähigkeit der Planetenradlagerung.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Planetenrad durch ein einziges Nadellager auf dem Planetenträger gelagert ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass sich das Nadellager entlang einer Rotationsachse des Planetenrades im Wesentlichen über die gesamte Breite einer Bohrung zur Aufnahme des Nadellagers erstreckt, so dass der zur Verfügung stehende Bauraum optimal ausgenutzt wird. Das Nadellager kann sich axial insbesondere über die komplette Breite des Planetenrades erstrecken. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Planetenrad durch zwei Nadellager auf dem Planetenträger gelagert ist. Diese sind bezüglich der Rotationsachse des Planetenrades nebeneinander angeordnet. Möglich ist, dass die zwei Nadellager Nadelrollen gleicher Länge aufweisen, insbesondere dass zwei identische Nadellager verwendet werden. Möglich ist jedoch auch, unterschiedliche Nadellager einzusetzen, z.B. eine Nadelhülse und eine Nadelbüchse oder dass die Nadelrollen unterschiedliche Längen aufweisen. Selbstverständlich können auch mehr als zwei Nadellager (gleicher sowie unterschiedlicher Bauart) zur Lagerung des Planetenrades verwendet werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass an einem oder zwei axialen Enden des Planetenrades Anlaufscheiben angeordnet sind.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Planetenträger durch eine zumindest abschnittsweise hohle Welle gebildet wird. Dabei kann der Planetenträger einen wellenförmigen Abschnitt mit einer Sacklochbohrung oder einer Durchgangsbohrung aufweisen oder komplett durch ein Hohlrohr gebildet werden. Durch diese Ausführungsform wird eine deutliche Verringerung des Gewichts der Planetenradlagerung erreicht.
Die im Nadellager eingesetzten Nadelrollen weisen beispielsweise ein Verhältnis von Durchmesser zu Länge zwischen 1:2,5 bis 1:10 auf. Erfindungsgemäß können standardisierte, insbesondere nach DIN 616 bis 618 genormte, Nadellager verwendet werden. Weiterhin sind keine besonderen Anforderungen an die Innenmantelfläche des Planetenrades und/oder an die Außenmantelfläche des Planetenträgers im Falle einer Direktlagerung durch das Nadellager erforderlich: Diese die Laufbahnen des Nadellagers bildenden Mantelflächen können durch komplett zylindrische Mantelflächen gebildet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen
1 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Windenergieanlagengetriebes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und
2 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Windenergieanlagengetriebes gemäß zweiten ersten Ausführungsbeispiel.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
Gleiche oder funktionsgleiche Elemente sind in den Figuren durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.
1 zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Windenergieanlagengetriebes, genaugenommen einen Ausschnitt einer Planetenstufe, umfassend eine erfindungsgemäße Planetenlagerung.
Die Planetenstufe umfasst ein nicht dargestelltes Hohlrad, ein nicht dargestelltes Sonnenrad sowie zumindest zwei Planetenräder 1, von denen eines dargestellt ist.
Das Planetenrad 1 weist eine Verzahnung 2 für einen Eingriff in eine Verzahnung des Hohlrades sowie in eine Verzahnung des Sonnenrades auf.
Das Planetenrad 1 ist gegenüber dem eine Welle 3 umfassenden Planetenträger 4 um eine Rotationsachse 5 des Planetenrades 1 über zwei Nadellager 6 drehbar gelagert.
Die Nadellager 6 werden durch Nadelhülsen gebildet, d.h. die Nadellager 6 weisen keinen Außenring und keinen Innenring auf, sondern laufen direkt auf einer Innenmantelfläche 7 des Planetenrades 1 sowie einer Außenmantelfläche 8 der Welle 3 ab. Die Nadelrollen beider Nadellager 6 werden durch einen Käfig 9 geführt.
An axialen Enden des Planetenrades 1 sind Anlaufscheiben 10 vorgesehen. Diese sind axial direkt an das Planetenrad 1 anschließend und axial zwischen dem Planetenrad 1 und einem einen radialen Vorsprung bildenden Maschinenteil 11 des Planetenträgers 4 angeordnet.
2 zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Windenergieanlagengetriebes, genaugenommen einen Ausschnitt einer Planetenstufe, umfassend eine erfindungsgemäße Planetenlagerung, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Im Gegensatz zur 1 wurde anstelle der zwei Nadellager 6 ein einziges Nadellager 6 eingesetzt. Dieses erstreckt sich bezüglich der Rotationsachse 5 axial über die gesamte Breite des Planetenrades 1. Das Nadellager 6 wird durch ein vollrolliges Nadellager gebildet, so dass auf einen Käfig verzichtet wurde. Die Welle 3 des Planetenträgers 4 weist eine Bohrung 12 zur Gewichtsreduzierung und/oder Anpassung der Systemsteifigkeit auf.
Bezugszeichenliste

1: Planetenrad
2: Verzahnung
3: Welle
4: Planetenträger
5: Rotationsachse
6: Nadellager
7: Innenmantelfläche
8: Außenmantelfläche
9: Käfig
10: Anlaufscheiben
11: Maschinenteil
12: Bohrung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1252442 B1 [0003]
DE 102005049185 A1 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 616 [0015]
618 [0015]

Claims

Planetenlagerung eines Windenergieanlagengetriebes, dadurch gekennzeichnet, dass ein Planetenrad (1) auf einem Planetenträger (4) durch zumindest ein Nadellager (6) gelagert ist.
Planetenlagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Nadellager (6) durch einen Nadelkranz, eine Nadelhülse oder eine Nadelbuchse gebildet wird.
Planetenlagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Nadellager (6) ein vollrolliges Nadellager (6) ist.
Planetenlagerung nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetenrad (1) durch ein einziges Nadellager (6) auf dem Planetenträger (4) gelagert ist.
Planetenlagerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Nadellager (6) entlang einer Rotationsachse (5) des Planetenrades (1) im Wesentlichen über die gesamte Breite einer Bohrung zur Aufnahme des Nadellagers (6) erstreckt.
Planetenlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetenrad (1) durch zwei Nadellager (6) auf dem Planetenträger (1) gelagert ist.
Planetenlagerung nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem oder zwei axialen Enden des Planetenrades (1) Anlaufscheiben (10) angeordnet sind.
Planetenlagerung nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (4) durch eine zumindest abschnittsweise hohle Welle (3) gebildet wird.
Windenergieanlagengetriebe mit einer aus einem Hohlrad, mindestens zwei Planetenrädern (1) sowie einem Sonnenrad bestehenden Planetenstufe, dadurch gekennzeichnet, dass ein Planetenrad (1) auf einem Planetenträger (4) durch zumindest ein Nadellager (6) gelagert ist.