DE102014200675A1 - Stufenplanet mit innenliegender Lagerung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stufenplaneten (101) mit mindestens einer äußeren Lauffläche eines ersten Planetenlagers (115), wobei der Stufenplanet (101) mindestens teilweise als eine Hohlwelle ausgebildet ist. Die die äußere Lauffläche des ersten Planetenlagers (115) befindet sich mindestens teilweise im Inneren der Hohlwelle.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Stufenplaneten nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
  • 1 zeigt den Aufbau eines aus dem Stand der Technik bekannten Stufenplaneten 101. Der Stufenplanet 101 weist ein erstes Stufenrad 103 und ein zweites Stufenrad 105 auf. Das erste Stufenrad 103 kämmt mit einem Hohlrad 107. Das zweite Stufenrad 105 kämmt mit einem Sonnenrad 109.
  • Das erste Stufenrad 103 und das zweite Stufenrad 105 sind drehfest auf einer Planetenwelle 111 angeordnet. Dies bedeutet, dass das erste Stufenrad 103, das zweite Stufenrad 105 und die Planetenwelle 111 relativ zu einer gemeinsamen Drehachse 113 nicht gegeneinander verdreht werden können. Weiterhin sind das erste Stufenrad 103, das zweite Stufenrad 105 und die Planetenwelle 111 translatorisch fix zueinander angeordnet. Es ist also keine translatorische Verschiebung des ersten Stufenrads 103, des zweiten Stufenrads 105 und der Planetenwelle 111 relativ zueinander möglich.
  • Mittels eines ersten Planetenlagers 115 und eines zweiten Planetenlagers 117 ist die Planetenwelle 111 und damit auch das erste Stufenrad 103 und das zweite Stufenrad 105 drehbar in einem – in 1 nicht dargestellten – Planetenträger gelagert. Dabei sind die Innenringe des ersten Planetenlagers 115 und des zweiten Planetenlagers 117 auf der Planetenwelle 111 fixiert. Die Außenringe des ersten Planetenlagers 115 und des zweiten Planetenlagers 117 sind in dem Planetenträger fixiert. Dies bedingt, dass das erste Planetenlager 115, das erste Stufenrad 103, das zweite Stufenrad 105 und das zweite Planetenlager 117 in axialer Richtung versetzt zueinander angeordnet sein müssen.
  • Insbesondere Windkraftanlagen sind im Betrieb starken Belastungen ausgesetzt. Dies führt zu starken Verwindungen im Bereich des Planetenträgers. Bei herkömmlichen Planetenstufen von Windkraftanlagen werden daher die Planetenbolzen mittels eines Pressverbands in dem Planetenträger fixiert. Auf diese Weise tragen die Planetenbolzen zur Stabilität des Planetenträgers bei.
  • Bei dem Stufenplaneten 101 gemäß 1 bilden allerdings das erste Planetenlager 115 und das zweite Planetenlager 117 die Verbindungsstellen der Planetenwelle 111 zu dem Planetenträger. Die Planetenwelle 111 kann daher den Planetenträger nicht stabilisieren. Andernfalls wären das erste Planetenlager 115 und das zweite Planetenlager 117 zu hohen Belastungen ausgesetzt.
  • Bei einer Planetenstufe gemäß 1 ist es darüber hinaus nicht möglich, als erstes Planetenlager 115 und als zweites Planetenlager 117 Lager zu verwenden, die mit einer Vorspannung betrieben werden. Auch das Axialspiel des ersten Planetenlagers 115 und des zweiten Planetenlagers 117 lässt sich nicht einstellen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stufenplaneten unter Umgehung der den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen innewohnenden Nachteile drehbar in einem Planetenträger zu lagern.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Stufenplaneten mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
  • Ein Stufenplanet ist ein Planetenrad mit zwei zueinander koaxial ausgerichteten Verzahnungen beziehungswiese mit zwei koaxial zueinander ausgerichteten, Stufenräder genannten Zahnrädern. Ein erstes der beiden Stufenräder ist ausgebildet, mit einem Hohlrad zu kämmen. Das zweite Stufenrad ist ausgebildet, mit einem Sonnenrad zu kämmen. Insbesondere kämmt das erste Stufenrad nicht mit dem Sonnenrad. Das zweite Stufenrad kämmt nicht mit dem Hohlrad.
  • Der erfindungsgemäße Stufenplanet bildet eine Hohlwelle aus. Dies bedeutet, dass der Stufenplanet die Hohlwelle umfasst. Der Stufenplanet ist – anders ausgedrückt – mindestens teilweise als Hohlwelle ausgebildet. Das erste Stufenrad und das zweite Stufenrad des Stufenplaneten sind mit der Hohlwelle drehfest verbunden. Insbesondere eine Verdrehung des ersten Stufenrads, des zweiten Stufenrads und der Hohlwelle um die Drehachse des Stufenplaneten relativ zueinander ist nicht möglich.
  • Vorzugsweise sind das erste Stufenrad, das zweite Stufenrad und die Hohlwelle darüber hinaus sowohl relativ zueinander, als auch relativ zu einem Planetenträger translatorisch vollständig fixiert. Das bedeutet, dass eine translatorische Bewegung des ersten Stufenrads, des zweiten Stufenrads und der Hohlwelle relativ zueinander sowie relativ zu dem Planetenträger nicht möglich ist.
  • Das erste Stufenrad, das zweite Stufenrad und die Hohlwelle können mindestens dreistückig, zweistückig oder einstückig miteinander verbunden sein.
  • Weiterhin weist der Stufenplanet mindestens eine äußere Lauffläche eines ersten Planetenlagers auf. Unter der äußeren Lauffläche eines Lagers ist die Lauffläche zu verstehen, die der Außenring des Lagers ausbildet. Bei der Lauffläche, die der Innenring des Lagers ausbildet, handelt es sich entsprechend um die innere Lauffläche des Lagers. Die äußere Lauffläche verläuft also um die innere Lauffläche herum. Die innere Lauffläche befindet sich mindestens teilweise innerhalb eines von der äußeren Lauffläche umgebenen, mit zwei Öffnungen versehenen Hohlraums. Bei Wälzlagern dienen die äußere Lauffläche und die innere Lauffläche als Laufbahnen für die Wälzkörper. Dabei befinden sich die Wälzkörper zwischen der äußeren Lauffläche und der inneren Lauffläche. Im Falle eines Gleitlagers befindet sich zwischen der äußeren Lauffläche und der inneren Lauffläche anstelle der Wälzkörper ein Schmierstofffilm.
  • Erfindungsgemäß befindet sich die äußere Lauffläche des ersten Planetenlagers mindestens teilweise im Inneren der Hohlwelle. Das Innere der Hohlwelle bezeichnet einen innerhalb der Hohlwelle befindlichen beziehungsweise von der Hohlwelle umgebenen Hohlraum mit zwei Öffnungen beziehungsweise Mündungen. Der Hohlraum wird von der Hohlwelle und den beiden Öffnungen beziehungsweise Mündungen begrenzt. Es handelt sich also um eine durchgängige Ausnehmung. Insbesondere kann der Hohlraum rotationssymmetrisch sein mit einer Symmetrieachse, die entlang der Drehachse des Stufenplaneten verläuft, die also mit der Drehachse des Stufenplaneten identisch ist.
  • Eine Hohlwelle ist eine Welle mit dem oben beschriebenen Hohlraum.
  • Der erfindungsgemäße Stufenplanet eignet sich zur Verwendung in einer Planetenstufe, insbesondere in einer Planetenstufe einer Windkraftanlage. Mit Planetenstufe wird ein Planetenradgetriebe beziehungsweise Umlaufrädergetriebe bezeichnet, dem weitere Getriebestufen vor- oder nachgeschaltet sein können.
  • Der Stufenplanet ist so in die Planetenstufe integriert, dass das erste Stufenrad des Stufenplaneten ausschließlich mit einem Hohlrad, insbesondere nicht mit einem Sonnenrad kämmt. Das zweite Stufenrad des Stufenplaneten kämmt ausschließlich mit dem Sonnenrad, insbesondere nicht mit dem Hohlrad.
  • Die Planetenstufe weist mindestens einen Planetenbolzen auf. Auf dem Planetenbolzen ist ein Innenring des ersten Planetenlagers angebracht. Insbesondere fixiert der Planetenbolzen den Innenring des Planetenlagers in radialer Richtung. Vorzugsweise ist der Innenring des ersten Planetenlagers darüber hinaus auf den Planetenbolzen vollständig fixiert, das heißt zwischen dem Innenring des Planetenlagers und dem Planetenbolzen ist keinerlei Relativbewegung möglich.
  • Aufgrund der Anbringung des Innenrings des ersten Planetenlagers auf den Planetenbolzen ist der Stufenplanet drehbar in dem Planetenbolzen gelagert. Der Stufenplanet kann also gegenüber dem Planetenbolzen um eine Drehachse verdreht werden. Translatorische Verschiebungen des Stufenplaneten gegenüber dem Planetenbolzen sind nicht möglich.
  • Durch die Anordnung der äußeren Lauffläche des ersten Planetenlagers mindestens teilweise im Inneren der Hohlwelle wird eine Lagerung des Stufenplaneten auf dem Planetenbolzen durch Anbringung des Innenrings des ersten Planetenlagers auf den Planetenbolzen ermöglicht. Dies wiederum erlaubt eine Fixierung des Planetenbolzens in dem Planetenträger, so dass der Planetenbolzen zur Stabilisierung des Planetenträgers beitragen kann.
  • Insbesondere kann der Planetenbolzen durch die Hohlwelle hindurchführen. Dies bedeutet, dass sich mindestens ein erster Teil des Planetenbolzens außerhalb der Hohlwelle befindet, während sich ein zweiter Teil des Planetenbolzens innerhalb der Hohlwelle befindet. Vorzugsweise befindet sich darüber hinaus auch ein dritter Teil des Planetenbolzens außerhalb der Hohlwelle. In dem ersten Teil und/oder in dem dritten Teil kann der Planetenbolzen mit dem Planetenträger fixiert werden. Der zweite Teil dient der Aufnahme der Planetenlager.
  • Der Planetenbolzen ist mindestens drehfest in dem Planetenträger fixiert, so dass eine Verdrehung des Planetenbolzens relativ zu dem Planetenträger unterbunden wird. Vorzugsweise ist der Planetenbolzen unbeweglich in dem Planetenträger fixiert, das heißt keinerlei, d.h. keine rotatorische und keine translatorische, Relativbewegung zwischen dem Planetenbolzen und dem Planetenträger ist möglich.
  • Aufgrund der Anordnung der äußeren Lauffläche des ersten Planetenlagers mindestens teilweise im Inneren der Hohlwelle kann darüber hinaus das erste Planetenlager mittels des Planetenbolzens in axialer Richtung positioniert und/oder verspannt werden. Dies ermöglicht insbesondere die Verwendung von Zylinder- oder Kegelrollenlagern als erstes Planetenlager.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung weist der Stufenplanet mindestens eine äußere Lauffläche eines zweiten Planetenlagers auf. Diese befindet sich mindestens teilweise im Inneren der Hohlwelle. Darüber hinaus gelten obige Ausführungen betreffend die äußere Lauffläche des ersten Planetenlagers mutatis mutandis für die äußere Lauffläche des zweiten Planetenlagers.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der Planetenstufe weist entsprechend einen Innenring des zweiten Planetenlagers auf, der auf dem Planetenbolzen angebracht ist. Darüber hinaus gelten obige Ausführungen betreffend den Innenring des ersten Planetenlagers mutatis mutandis für den Innenring des zweiten Planetenlagers.
  • Weiterhin bevorzugt ist eine Anordnung des Innenrings des ersten Planetenlagers und/oder des Innenrings des zweiten Planetenlagers mindestens teilweise im Inneren der ersten Hohlwelle. Dies kommt einer kompakten Bauweise der Planetenstufe entgegen und ermöglicht insbesondere eine besonders steife Verbindung zwischen dem Planetenbolzen und dem Planetenträger.
  • Aus dem gleichen Grund bevorzugt wird eine Anordnung der äußeren Lauffläche des ersten Planetenlagers und/oder der äußeren Lauffläche des zweiten Planetenlagers und/oder der inneren Lauffläche des ersten Planetenlagers und/oder der inneren Lauffläche des zweiten Planetenlagers vollständig im Inneren der Hohlwelle.
  • In einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung des Stufenplaneten sind die äußere Lauffläche des ersten Planetenlagers und/oder die äußere Lauffläche des zweiten Planetenlagers einstückig in die Hohlwelle integriert. Die Hohlwelle bildet also die äußere Lauffläche des ersten Planetenlagers und/oder die äußere Lauffläche des zweiten Planetenlagers aus. Insbesondere sind also der Außenring des ersten Planetenlagers und/oder der Außenring des zweiten Planetenlagers einstückig in die Hohlwelle integriert.
  • Der erfindungsgemäße Stufenplanet ermöglicht eine Versorgung des ersten Planetenlagers und/oder des zweiten Planetenlagers mittels eines schmierstoffleitenden Kanals, der durch den Planetenbolzen hindurchgeführt wird. In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Planetenstufe weist der Planetenbolzen entsprechend mindestens einen Kanal zur Versorgung des ersten Planetenlagers und/oder des zweiten Planetenlagers mit Schmierstoff auf.
  • Der Kanal ist bevorzugt derart geführt, dass der Schmierstoff zwischen dem ersten Planetenlager und dem zweiten Planetenlager in mindestens einen von dem Planetenbolzen, dem Stufenplaneten, dem ersten Planetenlager und/oder dem zweiten Planetenlager gebildeten Hohlraum austritt. Von dort gelangt der Schmierstoff in das erste Planetenlager und/oder das zweite Planetenlager.
  • Im Folgenden näher beschriebene Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den 2a bis 4b dargestellt. 1 veranschaulicht den Stand der Technik. Übereinstimmende Bezugsziffern kennzeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale. Im Einzelnen zeigt:
  • 1 einen Stufenplaneten gemäß dem Stand der Technik;
  • 2a einen einstückig ausgeführten Stufenplaneten mit Zylinderrollenlagern;
  • 2b einen einstückig ausgeführten Stufenplaneten mit Kegelrollenlagern;
  • 3a einen zweistückig ausgeführten Stufenplaneten mit Passfeder und Zylinderrollenlagern;
  • 3b einen zweistückig ausgeführten Stufenplaneten mit Passfeder und Kegelrollenlagern;
  • 4a einen zweiteilig ausgeführten Stufenplaneten mit einer Flanschverbindung und Zylinderrollenlagern; und
  • 4b einen zweiteilig ausgeführten Stufenplaneten mit einer Flanschverbindung und Kegelrollenlagern.
  • Bei dem Stufenplaneten 101 gemäß 2a kämmt das erste Stufenrad 103 mit dem Hohlrad 107. Das zweite Stufenrad 105 kämmt mit dem Sonnenrad 109.
  • Der Stufenplanet 101 ist drehbar auf einem Planetenbolzen 201 gelagert. Der Planetenbolzen 201 wiederum ist beiderseitig in einem Planetenträger 203 fixiert. Insbesondere kann der Planetenträger 203 durch Erhitzen und anschließendes Einführen des Planetenbolzens 201 in den Planetenträger 203 auf den Planetenbolzen 201 aufgeschrumpft werden.
  • Zur Lagerung des Stufenplaneten 101 auf dem Planetenbolzen 201 dienen ein erstes Planetenlager 205 und ein zweites Planetenlager 207. Das erste Planetenlager 205 und das zweite Planetenlager 207 sind jeweils als zweireihiges Zylinderrollenlager ausgeführt.
  • Beide Lager weisen einen Innenring auf, durch den der Planetenbolzen 201 hindurchgeführt wurde, und der durch den Planetenbolzen 201 in radialer Richtung fixiert wird. Darüber hinaus ist der Planetenbolzen 201 ausgebildet, die Innenringe des ersten Planetenlagers 205 und des zweiten Planetenlagers 207 mittels einer Schulter 209 in axialer Richtung zu fixieren. Insbesondere können das erste Planetenlager 205 und das zweite Planetenlager 207 durch die Schulter 209 in axialer Richtung gegeneinander verspannt werden.
  • Durch den Planetenbolzen 201 verläuft ein Schmiermittelkanal 211. Dieser leitet Schmiermittel in einen Hohlraum 213, der mindestens durch eins der beiden Planetenlager 205, 207 begrenzt wird. Auf diese Weise erfolgt eine Schmierung des mindestens einen der der beiden Planetenlager 205, 207.
  • Gemäß 2a wird der Hohlraum 213 sowohl durch das erste Planetenlager 205 als auch durch das zweite Planetenlager 207 begrenzt. Beide Planetenlager 205, 207 werden hier also über einen einzigen Hohlraum 213 geschmiert.
  • Der Stufenplanet 101 ist einstückig ausgeführt. Insbesondere sind also das erste Stufenrad 103, das zweite Stufenrad 105, der äußere Lagerring des ersten Planetenlagers 103 und der äußere Lagerring des zweiten Planetenlagers 207 einstückig miteinander verbunden. Der Stufenplanet 201 bildet entsprechend die äußere Lauffläche des ersten Planetenlagers 205 und die äußere Lauffläche des zweiten Planetenlagers 207.
  • Das erste Planetenlager 205 und das zweite Planetenlager 207 befinden sich im Inneren des Stufenplaneten 101. Der Stufenplanet 101 bildet eine Hohlwelle aus. Entsprechend befinden sich das erste Planetenlager 205 und das zweite Planetenlager 207 im Inneren dieser Hohlwelle. Das erste Planetenlager 205 und das zweite Planetenlager 207 sind so angeordnet, dass sich von jedem Punkt des ersten Planetenlagers 205 und jedem Punkt des zweiten Planetenlagers 207 aus in axialer Richtung nach außen hin ein Teil des Stufenplaneten befindet.
  • Im Unterschied zu 2a zeigt 2b ein Ausführungsbeispiel des Stufenplaneten 201 mit einem als einreihiges Kegelrollenlager ausgebildeten ersten Planetenlager 205 und einem als einreihiges Kegelrollenlager ausgebildeten zweiten Planetenlager 207. Zur Schmierung der beiden Planetenlager 205, 207 sind zwei Hohlräume 213 vorgesehen, die über jeweils einen Schmierstoffkanal 211 mit Schmierstoff versorgt werden.
  • Der Stufenplanet 101 gemäß 3a unterscheidet sich von dem in 2a dargestellten Stufenplaneten 101 durch seine zweistückige Ausführung. Ein erstes Stück des Stufenplaneten 101 umfasst das erste Stufenrad 103, den Außenring des ersten Planetenlagers 205 und den Außenring des zweiten Planetenlagers 207. Das zweite Stufenrad 105 bildet ein zweites Stück des Stufenplaneten 101.
  • Das Stufenrad 105 ist auf das erste Stück aufschiebbar und wird dort mittels zweier Sicherungsringe 301 in axialer Richtung fixiert. In radialer Richtung erfolgt eine Fixierung des zweiten Stufenrads 105 durch das erste Stück. Eine Passfeder 303 dient dazu, das zweite Stufenrad 105 gegenüber einer Verdrehung relativ zu dem ersten Stück zu sichern.
  • Der Stufenplanet 101 gemäß 3b unterscheidet sich von dem in 3a dargestellten Stufenplaneten 101 dadurch, dass das erste Planetenlager 205 und das zweite Planetenlager 207 nicht als zweireihige Zylinderrollenlager, sondern als einreihe Kegelrollenlager ausgeführt sind. Im Unterschied zu 2b ist der Stufenplanet 101 gemäß 3b nicht einstückig, sondern – entsprechend 3a – zweistückig ausgeführt.
  • Wie die in den 3a und 3b dargestellten Stufenplaneten 101 ist auch der Stufenplanet 101 gemäß 4a zweistückig ausgeführt. Zur drehfesten Fixierung des zweiten Stufenrads 105 dient allerdings keine Passfeder 303, sondern ein Flansch 401.
  • Der Flansch 401 bildet zusammen mit dem ersten Stufenrad 103, dem äußeren Lagerring des ersten Planetenlagers 205 und dem äußeren Lagerring des zweiten Planetenlagers 207 das erste Stück des zweistückig ausgeführten Stufenplaneten 101. Entsprechend den 3a und 3b bildet das Stufenrad 105 das zweite Stück des Stufenplaneten 101. Das Stufenrad 105 ist mit dem Flansch 401 verschraubt.
  • Der in 4b dargestellte Stufenplanet 101 unterscheidet sich von dem Stufenplanet 101 gemäß 4a dadurch, dass als erstes Planetenlager 205 und als zweites Planetenlager 207 keine zweireihigen Zylinderrollenlager, sondern einreihige Kegelrollenlager dienen. Im Unterschied zu dem Stufenplaneten gemäß 3b ist der in 4b dargestellte Stufenplanet nicht mittels der Passfeder 303 an dem ersten Stück des Stufenplaneten 101 fixiert, sondern durch Verschraubung des Flansches 401.
  • Bezugszeichenliste
    • 101
    Stufenplanet
    103
    Stufenrad
    105
    Stufenrad
    107
    Hohlrad
    109
    Sonnenrad
    111
    Planetenwelle
    113
    Drehachse
    115
    Planetenlager
    117
    Planetenlager
    201
    Planetenbolzen
    203
    Planetenträger
    205
    Planetenlager
    207
    Planetenlager
    209
    Schulter
    211
    Schmiermittelkanal
    213
    Hohlraum
    301
    Sicherungsring
    303
    Passfeder
    401
    Flansch

Claims (7)

  1. Stufenplanet (101) mit mindestens einer äußeren Lauffläche eines ersten Planetenlagers (115), wobei der Stufenplanet (101) mindestens teilweise als eine Hohlwelle ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die äußere Lauffläche des ersten Planetenlagers (115) mindestens teilweise im Inneren der Hohlwelle befindet.
  2. Stufenplanet (101) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens eine äußere Lauffläche eines zweiten Planetenlagers (117), wobei sich die äußere Lauffläche des zweiten Planetenlagers (117) mindestens teilweise im Inneren der Hohlwelle befindet.
  3. Stufenplanet (101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Lauffläche des ersten Planetenlagers (115) und/oder die äußere Lauffläche des zweiten Planetenlagers (117) einstückig in die Hohlwelle integriert sind.
  4. Planentenstufe mit mindestens einem Stufenplaneten (101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Planetenstufe mindestens einen Planetenbolzen (201) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenring des ersten Planetenlagers (115) auf dem Planetenbolzen (201) angebracht ist.
  5. Planetenstufe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenring des zweiten Planetenlagers (117) auf dem Planetenbolzen (201) angebracht ist.
  6. Planetenstufe nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Innenring des ersten Planetenlagers (115) und/oder der Innenring des zweiten Planetenlagers (117) mindestens teilweise im Inneren des der Hohlwelle befindet.
  7. Planetenstufe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenbolzen (201) mindestens einen Kanal (211) zur Versorgung des ersten Planetenlagers (115) und/oder des zweiten Planetenlagers (117) mit Schmierstoff aufweist.
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