DE102014218101A1

DE102014218101A1 - Metal foam element and planetary gear

Info

Publication number: DE102014218101A1
Application number: DE102014218101.1A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Schmidt
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-09-10
Filing date: 2014-09-10
Publication date: 2016-03-10

Abstract

Offenbart ist ein Metallschaumelement. Dieses ist zur Abstützung von Lagern in einem Planetengetriebe und/oder zur Abstützung von Bolzen in einem Planetengetriebe eingesetzt. Des Weiteren ist ein Planetengetriebe vorgesehen, das einen Planetenradträger hat, in dem Metallschaumelemente zur Abstützung von Lagern und/oder von Bolzen vorgesehen sind. Außerdem ist eine Verwendung eines Metallschaumelements zur Abstützung von Lagern und/oder von Bolzen in einem Planetengetriebe vorgesehen.Disclosed is a metal foam element. This is used to support bearings in a planetary gear and / or for supporting bolts in a planetary gear. Furthermore, a planetary gear is provided which has a planet carrier, are provided in the metal foam elements for supporting bearings and / or bolts. In addition, a use of a metal foam element for supporting bearings and / or bolts is provided in a planetary gear.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Metallschaumelement zum Dämpfen von Schwingungen und von einem Planetengetriebe.The invention is based on a metal foam element for damping vibrations and of a planetary gear.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass Bauteile aus Stahl oder Gusseisen schlechte Dämpfungseigenschaften aufweisen. Beim Einsatz derartiger Bauteile, beispielsweise in Windkraftanlagen, insbesondere in Windkraftgetrieben, werden durch Zahn- oder Wellenanregungen auftretende Schwingungen nur gering gedämpft. Über Ankoppelpunkte des Windkraftgetriebes können die Schwingungen in eine Struktur der Windkraftanlage übertragen werden. Bauteile dieser Struktur, wie beispielsweise Rotorblätter, ein Turm oder ein Gondelgehäuse können dann den durch die Schwingungen gebildeten Körperschall als störenden Luftschall in die Umgebung abgeben.It is known from the prior art that components made of steel or cast iron have poor damping properties. When using such components, for example in wind turbines, especially in wind power transmissions, vibrations occurring due to tooth or wave excitation are only slightly damped. About coupling points of the wind turbine, the vibrations can be transmitted to a structure of the wind turbine. Components of this structure, such as rotor blades, a tower or a nacelle housing can then emit the structure-borne noise formed by the vibrations as disturbing airborne noise in the environment.

Des Weiteren ist aus dem Stand der Technik bekannt, Lager in Getrieben üblicherweise mit Lagerflanschen aus Stahl oder Gusseisen zu lagern. Gehäuseteile von Windkraftgetrieben werden ferner üblicherweise direkt miteinander verschraubt. Des Weiteren ist bekannt, Lager axial über Lagerdeckel aus Stahl oder Gusseisen zu fixieren.Furthermore, it is known from the prior art to store bearings in gearboxes usually with bearing flanges made of steel or cast iron. Housing parts of wind power transmissions are also usually screwed directly together. Furthermore, it is known to fix bearings axially over bearing caps made of steel or cast iron.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Planetengetriebe, insbesondere für eine Windkraftanlage, zu schaffen, bei dem vergleichsweise geringe Schwingungen auftreten. Des Weiteren ist es die Aufgabe der Erfindung ein vorteilhaftes technisches Einsatzgebiet für Metallschaumelemente zu finden. Außerdem soll eine vorteilhafte Verwendung eines Metallschaumelements vorgesehen werden.In contrast, the present invention seeks to provide a planetary gear, in particular for a wind turbine, occur in the comparatively low vibrations. Furthermore, it is the object of the invention to find an advantageous technical application for metal foam elements. In addition, an advantageous use of a metal foam element is to be provided.

Die Aufgabe wird hinsichtlich des Metallschaumelements gelöst mit den Merkmalen des Anspruch 1, hinsichtlich des Planetengetriebes mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und hinsichtlich der Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 9.The object is achieved with respect to the metal foam element with the features of claim 1, with respect to the planetary gear with the features of claim 8 and with respect to the use of the features of claim 9.

Erfindungsgemäß ist ein Metallschaumelement, beziehungsweise ein Metallschaumbauelement vorgesehen, das vorteilhafter Weise zur Abstützung von Lagern in Planeten eines Planetengetriebes und/oder zur Abstützung von Bolzen in einem Planetenradträger eines Planetengetriebes eingesetzt ist. Bei einer Abstützung von Bolzen und Lagern wird vorzugsweise jeweils ein Metallschaumelement eingesetzt.According to the invention, a metal foam element or a metal foam component is provided, which is advantageously used for supporting bearings in planets of a planetary gear and / or for supporting bolts in a planet carrier of a planetary gear. In a support of bolts and bearings, a metal foam element is preferably used in each case.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass durch die gut dämpfenden Metallschaumelemente ein weicher vibrationsarmer Lauf von Planetenrädern, die auf dem Planetenradträger gelagert sind, erzielt wird. Derartige Metallschaumelemente sind im Allgemeinen beispielsweise aus der DE 10 2012 216 365 A1 bekannt.It has surprisingly been found that a soft low-vibration running of planet wheels, which are mounted on the planet carrier, is achieved by the well-damping metal foam elements. Such metal foam elements are generally for example from the DE 10 2012 216 365 A1 known.

Bei einem Bolzen handelt es sich beispielsweise um das den Planeten tragende Teil des Planetenradträgers.For example, a bolt is the planetary carrier of the planet carrier.

Vorteilhafterweise ist das Metallschaumelement als Metallschaumhülse ausgebildet, insbesondere als etwa hohlzylindrische Metallschaumhülse, wodurch es vorrichtungstechnisch einfach in den Planetenradträger integrierbar ist.Advantageously, the metal foam element is designed as a metal foam sleeve, in particular as an approximately hollow cylindrical metal foam sleeve, whereby it is easy to integrate device technology in the planet carrier.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist mit der Metallschaumhülse der Bolzen drehfest umfassbar und die Metallschaumhülse kann drehfest in eine Aussparung des Planetenradträgers einsetzbar sein. Dies führt zu einer effektiven Dämpfung und Halterung des Bolzens in dem Planetenradträger. Alternativ kann die Metallschaumhülse den Bolzen drehfest umfassen und des Weiteren von dem Lager umfassbar sein. Beispielsweise wird es hierbei von einer inneren Lagerschale des Lagers umfasst, womit das Lager auf vorrichtungstechnische einfache Weise am Bolzen fixierbar ist und vorteilhaft gedämpft wird.In a preferred embodiment, the bolt can be locked in rotation with the metal foam sleeve and the metal foam sleeve can be used in a rotationally fixed manner in a recess of the planet carrier. This leads to an effective damping and mounting of the bolt in the planet carrier. Alternatively, the metal foam sleeve may comprise the bolt rotationally fixed and further be comprehensible from the bearing. For example, it is in this case includes an inner bearing shell of the bearing, whereby the bearing is fixable on device-simple manner on the bolt and is advantageously damped.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Metallschaumhülse in axialer Richtung am Planetenradträger und am Bolzen festlegbar, womit der Bolzen in axialer Richtung dämpfbar und lagefixiert ist.In a further embodiment of the invention, the metal foam sleeve in the axial direction on the planet and the bolt can be fixed, so that the bolt is damped and fixed in position in the axial direction.

Das Lager kann als Drehlager zur Lagerung eines Planetenrads auf dem Bolzen ausgebildet sein. Die Metallschaumhülse kann zwischen dem Lager beziehungsweise einem Lagerinnenteil des Lagers und dem Bolzen und/oder zwischen dem Lager beziehungsweise einem Lageraußenteil des Lagers und dem Planetenrad anordbar sein. Somit ist die Metallschaumhülse entweder zwischen dem Lager und dem Bolzen oder zwischen dem Lager und dem Planetenrad angeordnet oder es sind zwei Metallschaumhülsen vorgesehen, die zwischen den genannten Elementen angeordnet sind. Die Metallschaumhülse ist vorzugsweise in axialer Richtung am Planetenrad und am Lager fixierbar und alternativ oder zusätzlich am Lager und am Bolzen fixierbar.The bearing can be designed as a pivot bearing for mounting a planet gear on the bolt. The metal foam sleeve can be arranged between the bearing or a bearing inner part of the bearing and the bolt and / or between the bearing or a bearing outer part of the bearing and the planet gear. Thus, the metal foam sleeve is arranged either between the bearing and the bolt or between the bearing and the planet or there are provided two metal foam sleeves, which are arranged between said elements. The metal foam sleeve is preferably fixed in the axial direction on the planet gear and the bearing and, alternatively or additionally, can be fixed to the bearing and the bolt.

Bei dem Lager handelt es sich vorzugsweise um eine Wälzlageranordnung.The bearing is preferably a rolling bearing arrangement.

Damit geringe Toleranzen bei dem Metallschaumelement auf einfache Weise eingehalten werden können, hat diese vorteilhafter Weise eine präzise maschinenbearbeitbare radiale innere und/äußere Abstützfläche. Bei der inneren Abstützfläche handelt es sich vorzugsweise um eine innere Zylindermantelfläche oder Kreiszylindermantelfläche, bei der äußeren Abstützfläche vorzugsweise um eine äußere Zylindermantelfläche oder äußere Kreiszylindermantelfläche.So that small tolerances in the metal foam element can be maintained in a simple manner, this advantageously has a precise machinable radial inner and / outer support surface. The inner support surface is preferably an inner cylinder jacket surface or circular cylinder jacket surface, and the outer support surface is preferably an outer cylinder surface Cylinder surface or outer cylinder surface.

Mit Vorteil besteht das Metallschaumelement größtenteils oder ausschließlich aus Metallschaum. Alternativ kann das Metallschaumelement auch als metallschaumgefüllte Struktur ausgebildet sein. Denkbar wäre auch, das Metallschaumelement als Metallschaumsandwich auszubilden, womit beispielsweise ein Metallschaum zwischen zwei Vollmaterialflächen oder Vollmaterialteilen ausgebildet ist. Das Metallschaumsandwich weist beispielsweise eine Metallschaumschicht aus Aluminium auf, die zumindest auf einer Seite von einer Aluminiumschicht oder Stahlschicht bedeckt ist.Advantageously, the metal foam element consists largely or exclusively of metal foam. Alternatively, the metal foam element may also be formed as a metal foam filled structure. It would also be conceivable to design the metal foam element as a metal foam sandwich, with which, for example, a metal foam is formed between two solid material surfaces or solid material parts. The metal foam sandwich comprises, for example, a metal foam layer of aluminum, which is covered on at least one side by an aluminum layer or steel layer.

Erfindungsgemäß ist ein Planetengetriebe mit einem Planetenradträger vorgesehen. Auf diesem können Planetenräder drehbar gelagert sein. Zum Abstützen von Lagern und/oder von Bolzen in dem Planetenradträger sind vorteilhafter Weise Metallschaumelemente gemäß einem der vorher genannten Aspekte vorgesehen.According to the invention, a planetary gear is provided with a planet carrier. On this planet gears can be rotatably mounted. For supporting bearings and / or bolts in the planet carrier metal foam elements according to one of the aforementioned aspects are advantageously provided.

Das Planetengetriebe kann des Weiteren ein Hohlrad aufweisen, in dem die Planetenräder mit dem Hohlrad kämmend angeordnet sind, wobei die Planetenräder wiederum auf dem Planetenradträger drehbar gelagert sind. Des Weiteren können die Planetenradträger kämmend mit einem Sonnenrad zusammenwirken. Sowohl das Hohlrad, als auch der Planetenradträger, als auch das Sonnenrad können jeweils mit einer Welle verbunden sein.The planetary gear may further comprise a ring gear, in which the planet gears are arranged meshing with the ring gear, wherein the planetary gears are in turn rotatably mounted on the planet carrier. Furthermore, the planet carrier can mesh with a sun gear. Both the ring gear, as well as the planet carrier, as well as the sun gear may each be connected to a shaft.

Es hat sich vorteilhafter Weise gezeigt, dass der Einsatz von Metallschaumelementen bei den genannten Bauteilen des Planetengetriebes die Bolzen und/oder die Lager der Planetenräder deutlich stärker gedämpft werden als im Stand der Technik. Hierdurch wird ein geringerer Körperschall ausgebildet. Somit werden bei dem erfindungsgemäßen Planetengetriebe Schwingungen besser gedämpft als bei bisher ausgeführten Konstruktionen, was zu einem geringeren Körperschall und einer geringeren Schallabgabe führt und Komponenten in dem Planetengetriebe geringer belastet werden.It has been shown to be advantageous that the use of metal foam elements in the said components of the planetary gear, the bolts and / or the bearings of the planetary gears are significantly more attenuated than in the prior art. As a result, a lesser structure-borne noise is formed. Thus, in the planetary gear according to the invention vibrations are better damped than in previously executed constructions, which leads to a lower structure-borne noise and a lower sound emission and components are less loaded in the planetary gear.

Erfindungsgemäß ist eine Verwendung eines Metallschaumelements zur Abstützung von Lagern und/oder von Bolzen in einem Planetenradträgers eines Planetengetriebes vorgesehen, was zu den genannten Vorteilen führt.According to the invention, a use of a metal foam element for supporting bearings and / or bolts in a planet carrier of a planetary gear is provided, which leads to the advantages mentioned.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.Other advantageous developments of the invention are the subject of further subclaims.

Mehrere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Planetengetriebes und eines erfindungsgemäßen Metallschaumelements und einer erfindungsgemäßen Verwendung eines Metallschaumelements sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.Several embodiments of a planetary gear according to the invention and a metal foam element according to the invention and a use according to the invention of a metal foam element are shown in the drawings. With reference to the figures of these drawings, the invention will now be explained in more detail.

Es zeigenShow it

1 in einem Längsschnitt ein erfindungsgemäßes Planetengetriebe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel 1 in a longitudinal section an inventive planetary gear according to a first embodiment

2 in einem Längsschnitt das erfindungsgemäße Getriebe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und 2 in a longitudinal section, the transmission according to the invention according to a second embodiment and

3 in einem Längsschnitt das erfindungsgemäße Getriebe gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. 3 in a longitudinal section, the transmission according to the invention according to a third embodiment.

Gemäß 1 ist ein Planetengetriebe 1 mit einem Planetenradträger 2 vorgesehen. Dieser hat eine Welle 4, bei der es sich beispielsweise um eine Hohlwelle handelt. Die Welle 4 ist zweiteilig ausgebildet mit einem ersten Wellenabschnitt 6 und mit einem zweiten Wellenabschnitt 8. Zwischen den Wellenabschnitten 6 und 8 sind über Bolzen 10 Planetenräder 12 drehbar gelagert, wobei der Einfachheit halber nur ein Planetenrad 12 dargestellt ist. Ein jeweiliger Bolzen 10 ist etwa im Parallelabstand zur Welle 4 angeordnet und in einem Steg 14 des Wellenabschnitts 6 und in einem Steg 16 des Wellenabschnitts 8 eingesetzt. Ein jeweiliger Steg 14 und 16 hat hierzu eine etwa kreiszylindrische Aussparung 18 beziehungsweise 20. Erfindungsgemäß ist ein jeweiliger Bolzen 10 dann über ein Metallschaumelement 22 in die Aussparung 18 beziehungsweise 20 – insbesondere drehfest – eingesetzt. Das Metallschaumelement 22 ist hierbei als Metallschaumhülse ausgebildet. Hierdurch ist der Bolzen 10 beidseitig gedämpft in den Planetenradträger 12 – insbesondere drehfest – fixiert.According to 1 is a planetary gear 1 with a planet carrier 2 intended. This one has a wave 4 , which is, for example, a hollow shaft. The wave 4 is formed in two parts with a first shaft portion 6 and with a second shaft portion 8th , Between the shaft sections 6 and 8th are about bolts 10 planetary gears 12 rotatably mounted, for the sake of simplicity, only one planetary gear 12 is shown. A respective bolt 10 is approximately in parallel distance to the shaft 4 arranged and in a footbridge 14 of the shaft section 6 and in a jetty 16 of the shaft section 8th used. A respective jetty 14 and 16 this has an approximately circular cylindrical recess 18 respectively 20 , According to the invention is a respective bolt 10 then over a metal foam element 22 in the recess 18 respectively 20 - In particular rotatably - used. The metal foam element 22 is here designed as a metal foam sleeve. This is the bolt 10 damped on both sides in the planet carrier 12 - In particular rotationally fixed - fixed.

Die Planetenräder 12 sind auf ihrem Bolzen 10 jeweils über ein Lager 24 in Form einer Wälzlageranordnung gelagert.The planet wheels 12 are on their stud 10 each via a warehouse 24 stored in the form of a rolling bearing assembly.

Gemäß 2 ist vorgesehen anstelle von in Stegen eingesetzte Metallschaumelemente Metallschaumelemente 26 auf dem Bolzen 10 zur direkten Dämpfung der Planetenräder 12 vorzusehen. Das Metallschaumelement 26 ist ebenfalls vorzugsweise als Metallschaumhülse ausgebildet und zwischen einer Innenmantelfläche 28 des jeweiligen Planetenrads 12 und einer Außenmantelfläche 30 des Lagers 24 – insbesondere drehfest – angeordnet. Bei der Außenmantelfläche 30 handelt es sich um äußere Lagerschalen einer Wälzlageranordnung.According to 2 is provided instead of metal foam elements used in webs metal foam elements 26 on the bolt 10 for direct damping of planetary gears 12 provided. The metal foam element 26 is also preferably formed as a metal foam sleeve and between an inner circumferential surface 28 of the respective planetary gear 12 and an outer circumferential surface 30 of the camp 24 - In particular rotationally fixed - arranged. In the outer circumferential surface 30 it is outer bearing shells of a rolling bearing assembly.

In 3 dienen Metallschaumelemente 33 ebenfalls zur direkten Lagerung der Planetenräder 12 auf einem jeweiligen Bolzen 10. Hierbei sind die Metallschaumelemente in Form einer Metallschaumhülse direkt auf einer Außenmantelfläche 34 des Bolzens 10 – insbesondere drehfest – angeordnet und stützen das Lager 24 – insbesondere drehfest – über dessen Innenmantelfläche 36 ab. Bei der Innenmantelfläche 36 handelt es sich beispielsweise um innere Lagerschalen einer Wälzlageranordnung.In 3 serve metal foam elements 33 also for direct storage of planetary gears 12 on a respective bolt 10 , Here are the Metal foam elements in the form of a metal foam sleeve directly on an outer circumferential surface 34 of the bolt 10 - In particular rotationally fixed - arranged and support the camp 24 - In particular rotationally fixed - on the inner circumferential surface 36 from. At the inner lateral surface 36 These are, for example, inner bearing shells of a rolling bearing assembly.

Es ist denkbar, die verschiedenen Anordnungen der Metallschaumelemente 22, 26 und 32 der 1 bis 3 miteinander zu kombinieren. So kann beispielsweise in der 1 vorgesehen sein zusätzlich ein Metallschaumelement 26 und/oder 32 zur Lagerung der Planetenräder 12 einzusetzen. Des Weiteren ist denkbar, das Lager 24 sandwichartig zwischen zwei Metallschaumelementen vorzusehen. Außerdem kann bei der Anordnung gemäß 2 und 3 jeweils zusätzlich das Metallschaumelement 22 aus 1 zur Lagerung der Bolzen 10 vorgesehen sein.It is conceivable, the various arrangements of the metal foam elements 22 . 26 and 32 of the 1 to 3 to combine with each other. For example, in the 1 be provided in addition a metal foam element 26 and or 32 for storage of planetary gears 12 use. Furthermore, it is conceivable, the camp 24 Sandwich to provide between two metal foam elements. In addition, in the arrangement according to 2 and 3 in each case additionally the metal foam element 22 out 1 for the storage of the bolts 10 be provided.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Planetengetriebeplanetary gear
22: Planetenradträgerplanet
44: Wellewave
66: Wellenabschnittshaft section
88th: Wellenabschnittshaft section
1010: Bolzenbolt
1212: Planetenradplanet
1414: Stegweb
1616: Stegweb
1818: Aussparungrecess
2020: Aussparungrecess
2222: MetallschaumelementMetal foam element
2424: Lagercamp
2626: MetallschaumelementMetal foam element
2828: InnenmantelflächeInner surface area
3030: AußenmantelflächeOuter casing surface
3232: MetallschaumelementMetal foam element
3434: AußenmantelflächeOuter casing surface
3636: InnenmantelflächeInner surface area

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102012216365 A1 [0007]

Claims

Metal foam element for a planetary gear ( 1 ), characterized in that the metal foam element ( 22 . 26 . 32 ) for the support of warehouses ( 24 ) in a planet carrier ( 2 ) of the planetary gear ( 1 ) and / or for supporting bolts ( 10 ) in the planet carrier ( 2 ) of the planetary gear ( 1 ) is used.

Metal foam element according to claim 1, wherein this as a metal foam sleeve ( 22 . 26 . 32 ) is trained.

Metal foam element according to claim 1 or 2, wherein the metal foam sleeve ( 22 . 26 . 32 ) is configured such that the bolt ( 10 ), and wherein the metal foam sleeve is configured such that it is in a recess ( 18 . 20 ) of the planet carrier ( 2 ) can be used.

Metal foam element according to claim 3, wherein the metal foam sleeve ( 22 ) is configured such that it in the axial direction and / or in the direction of rotation on the planet ( 2 ) and the bolt ( 10 ) is determinable.

Metal foam element according to one of the preceding claims, wherein the bearing ( 24 ) a pivot bearing for mounting a planetary gear ( 12 ) on the bolt ( 10 ) and wherein the metal foam sleeve ( 26 . 32 ) is designed such that it is located between the warehouse ( 24 ) and the bolt ( 10 ) and / or the warehouse ( 24 ) and the planetary gear ( 12 ) can be arranged.

Metal foam element according to claim 5, wherein the metal foam sleeve ( 26 . 32 ) is configured such that in the axial direction and / or in the rotational direction of the planetary gear ( 12 ) and in stock ( 24 ) and / or in the axial direction and / or in the direction of rotation ( 24 ) and the bolt ( 10 ) is determinable.

Metal foam element according to one of the preceding claims, wherein this has a precise machineable inner and / or outer support surface.

Planetary gear with a planet carrier ( 2 ), on the planet wheels ( 12 ) are rotatably mounted, wherein metal foam elements ( 22 . 26 . 32 ) according to one of the preceding claims, the bearings ( 24 ) and / or bolts ( 10 ) in the planet carrier ( 2 ).

Use of a metal foam element for supporting bearings ( 24 ) and / or bolts ( 10 ) in a planet carrier ( 2 ) of a planetary gear ( 1 ).