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Die Erfindung betrifft ein Getriebe nach dem Oberbergriff von Anspruch 1.
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Derartige Getriebe finden Verwendung im Antriebsstrang einer Windkraftanlage, insbesondere zur Übertragung von Leitungen von mindestens 1 MW. Dabei wird über die im Wind stehenden Flügel eines Rotors eine Eingangswelle angetrieben, die drehfest mit einem drehbar gelagerten Planetenträger verbunden ist. In den Planetenträger sind Planetenbolzen eingebracht, auf denen jeweils ein Planetenrad drehbar gelagert ist. Die Planetenräder kämmen mit einem drehfest angeordneten Hohlrad und/oder einem drehbaren Sonnenrad.
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Die drehbare Lagerung der Planetenräder auf dem Planetenbolzen erfolgt mittels sogenannter Planetenlager. Diese sind auf der einen Seite durch den Planetenträger und auf der anderen Seite durch eine Schulter des Planetenbolzens axial festgelegt. Der Abstand der Schulter zu der gegenüberliegenden Seite des Planetenträgers definiert das Axialspiel bzw. die Vorspannung der Planetenlager.
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Um auch unter Last ein gleichbleibendes Axialspiel bzw. eine gleichbleibende Vorspannung zu gewährleisten, muss der Planetenbolzen so in den Planetenträger fixiert werden, dass es auch unter Last zu keiner Verschiebung kommt. Üblicherweise wird der Planetenbolzen in den Planetenträger eingeschrumpft. Damit die zwischen den Planetenbolzen und dem Planetenträger entstehende kraftschlüssige Verbindung ausreichend belastbar ist, muss der Planetenträger stark erhitzt werden. Temperaturen von mehr als 100 Grad sind dabei üblich. Dies ist nicht nur energieaufwendig, sondern birgt für die Monteure auch ein hohes Verletzungsrisiko.
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Weiterhin muss die Verbindung zwischen dem Planetenträger und dem Planetenbolzen ausreichend dimensioniert sein. Das hierzu benötigte Material erhöht die Kosten und beansprucht Bauraum.
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GB 2 514 167 A offenbart einen Planetenträger und eine Hülse. Die Hülse bildet ein Außengewinde, mit dem eine Mutter verschraubt ist, und eine Schulter aus. Mittels eines Fixiermittels ist die Mutter in der Buchse fixiert.
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Aus
US 2006 / 0 035 746 A1 ist eine Anordnung mit einer ersten und einer zweiten Welle bekannt. Die erste Welle weist ein ausgangsseitiges Ende mit einer in axialer Richtung geöffneten Kavität auf. Ein Ende der zweiten Welle greift in die Kavität ein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Umgehung der den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen innewohnenden Nachteile ein Getriebe der eingangs erwähnten Art verfügbar zu machen. Insbesondere sollen die Montierbarkeit und die Belastbarkeit des Getriebes bei verringertem Materialeinsatz verbessert werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Getriebe nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach dem Verfahrensanspruch.
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Das Getriebe weist mindestens einen, vorzugsweise drehbar gelagerten Planetenträger, mindestens eine, vorzugsweise drehfest angeordnetes, etwa in einer drehfesten Stützstruktur fixiertes Hohlrad, mindestens ein Planetenrad, mindestens einen Planetenbolzen, ein oder mehrere Planetenlager und mindestens eine, vorzugsweise drehbar gelagertes Sonnenrad auf. Bei der Stützstruktur kann es sich etwa um ein Getriebegehäuse handeln.
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Die Planetenbolzen sind in dem Planetenträger fixiert. Durch die Fixierung ist die axiale Position der Planetenbolzen relativ zu dem Planetenträger festgelegt. Vorzugsweise sind die Planetenbolzen darüber hinaus auch relativ zu dem Planetenträger drehfest fixiert. In diesem Fall besteht zwischen dem Planetenbolzen und dem Planetenträger eine starre Fixierung, die keinerlei Relativbewegungen zulässt. Axial bedeutet hier parallel zu einer Symmetrieachse des jeweiligen Planetenbolzens.
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Jedes Planetenrad ist mittels eines oder mehrerer der Planetenlager drehbar in jeweils einem Planetenbolzen gelagert. Insbesondere kann das Planetenrad jeweils mittels zwei Planetenlagern gelagert sein. Das Planetenrad ist relativ zu den Planetenbolzen und folglich zu dem Planetenträger sowie relativ zu der oben genannten drehfesten Stützstruktur drehbar.
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Das Planetenrad kämmt mit dem Hohlrad und/oder dem Sonnenrad. Bei einem einfachen Minus-Planetensatz kämmt das Planetenrad mit dem Hohlrad und mit dem Sonnenrad. Im Falle eines Plus-Planetensatzes kämmt das Planetenrad mit dem Hohlrad und einem weiteren Planetenrad, das mit dem Sonnenrad kämmt, oder das Planetenrad kämmt mit dem Sonnenrad und einem weiteren Planetenrad, das mit dem Hohlrad kämmt.
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Das Getriebe weist mindestens eine Mutter auf. Eine Mutter bezeichnet allgemein ein Befestigungsmittel mit einem Innengewinde. Die Mutter ist mit einem Außengewinde des Planetenbolzens verschraubt. Das Innengewinde der Mutter und das Außengewinde des Planetenbolzens bilden dabei eine Gewindepaarung.
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Der Planetenbolzen bildet eine Schulter aus. Hierbei handelt es sich um eine radial verlaufende, d.h. orthogonal zu Symmetrieachse des Planetenbolzens ausgerichtete Fläche. Die Schulter und die mit dem Außengewinde des Planetenbolzens verschraubte Mutter legen die Planetenlager, mit denen das Planetenrad auf dem Planetenbolzen gelagert ist, axial fest. Die Schulter und die Mutter beschränken also die Beweglichkeit der Planetenlager in axialer Richtung, d.h. in Richtung der Symmetrieachse des Planetenbolzens. Die Mutter und die Schulter bilden also jeweils ein axiales Widerlager. Durch die Mutter wird die axiale Beweglichkeit eines der Planetenlager in eine erste axiale Richtung beschränkt. Die Schulter beschränkt die Beweglichkeit eines der Planetenlager in eine zweite, entgegengesetzte zu der ersten Richtung verlaufende axiale Richtung.
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Die Planetenlager liegen vorzugsweise die axiale Beweglichkeit des Planetenrads fest. Durch die Mutter und die Schulter ist damit nicht nur die axiale Beweglichkeit der Planetenlager, sondern indirekt auch die axiale Beweglichkeit des Planetenrads festgelegt.
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Zur Beschränkung der axialen Beweglichkeit dient eine Kontaktfläche der Mutter, die mit einer entsprechenden Fläche eines der Planetenlager in Kontakt treten kann. Ebenso kann die Schulter des Planetenbolzens zur Beschränkung der axialen Beweglichkeit mit einer entsprechenden Fläche eines der Planetenlager in Kontakt treten.
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Die genannte Kontaktfläche der Mutter und die Schulter des Planetenbolzens sind vorzugsweise einander zugewandt. Dabei sind die Planetenlager und das Planetenrad in axialer Richtung mindestens teilweise zwischen der Kontaktfläche und der Schulter angeordnet.
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Der Planetenbolzen ist vorzugsweise in einem ersten Bolzensitz und einem zweiten Bolzensitz in den Planetenträger fixiert. Der erste Bolzensitz und der zweite Bolzensitz befinden sich außerhalb eines Zwischenraums zwischen der Kontaktfläche der Mutter und der Schulter des Planetenbolzens. Axial sind also die Kontaktfläche der Mutter und die Schulter zwischen dem ersten Bolzensitz und dem zweiten Bolzensitz angeordnet.
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Der Planetenbolzen, die Mutter sowie deren Innengewinde und Kontaktfläche, die Planetenlager, das Planetenrad und gegebenenfalls der erste Bolzensitz und der zweite Bolzensitz sind weiterhin koaxial angeordnet. Dies bedeutet, dass eine Mittelachse der Mutter, der Kontaktfläche und des Innengewindes der Mutter, die Symmetrieachse des Planetenbolzens, und die Drehachsen der Planetenlager und des Planetenrads übereinstimmen.
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Durch Verdrehen der Mutter relativ zu den Planetenbolzen ändert sich der Abstand der Mutter und damit der Abstand von deren Kontaktfläche zu der Schulter des Planetenbolzens. Damit variiert auch das Axialspiel der Lager bzw. deren Vorspannung. Bei Verwendung eines zwischen den Planetenlagern befindlichen Abstandhalters können die Planetenlager durch Verdrehung des Planetenbolzens relativ zu dem Planetenträger gegen den Abstandhalter verspannt werden. Durch Variieren der Breite des Abstandhalters ist es möglich, ein definiertes Axialspiel bzw. eine definierte Vorspannung einzustellen.
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Insbesondere ist das Axialspiel, die Vorspannung bzw. die Verspannung der Planetenlager unabhängig von der Position des Planetenbolzens relativ zu dem Planetenträger. Eine axiale Verschiebung des Planetenbolzens in dem Planetenträger ändert das Axialspiel, die Vorspannung bzw. die Verspannung der Planetenlager nicht. An die Fixierung des Planetenbolzens in dem Planetenträger werden damit geringere Ansprüche gestellt. Dies ermöglicht es, die Temperatur, mit der der Planetenträger zur Montage des Planetenbolzens erhitzt wird zu verringern, die Bereiche um die Bolzensitze weniger massiv zu dimensionieren und/oder den Planetenbolzen andersartig zu fixieren. So wird es etwa möglich, den Planetenbolzen ausschließlich mit einem Sicherungsring zu fixieren.
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Besonders vorteilhaft ist die beschriebene Anordnung, wenn als Planetenlager Kegelrollenlager verwendet werden.
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Das Getriebe weist mindestens einen Stift und mindestens eine Ausnehmung auf. Unter einer Ausnehmung ist ein Loch oder eine Vertiefung zu verstehen. Vorzugsweise handelt es sich bei der Ausnehmung um eine Bohrung, d.h. um ein Loch mit kreisrundem Querschnitt. Entweder weist die Mutter den Stift und der Planetenträger die Ausnehmung auf, oder die Mutter weist die Ausnehmung auf und der Planetenträger den Stift. Der Stift greift in die Ausnehmung ein. Dies bewirkt, dass die Mutter gegen eine Verdrehung relativ zu dem Planetenträger gesichert ist.
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Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass sich durch eine Verdrehung des Planetenbolzens relativ zu dem Planetenträger das Lagerspiel bzw. die Vorspannung der Planetenlager einstellen lässt. Bei Verwendung eines zwischen den Planetenlagern befindlichen Abstandhalters können die Planetenlager durch Verdrehung des Planetenbolzens relativ zu dem Planetenträger gegen den Abstandhalter verspannt werden. Da durch den Stift und die Ausnehmung die Mutter sich nicht gegenüber dem Planetenträger verdrehen kann, bewirkt eine Verdrehung des Planetenbolzens relativ zu dem Planetenträger eine Verdrehung der Mutter relativ zu dem Planetenträger. Infolgedessen ändert sich der Abstand in axialer Richtung zwischen der Schulter des Planetenbolzens und der Kontaktfläche der Mutter.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Montage des oben beschriebenen Getriebes umfasst die Schritte:
- - Positionieren der Mutter in dem Planetenträger;
- - Positionieren der Planetenlager und des Planetenrades in dem Planetenträger;
- - Einführen des Planetenbolzens;
- - Verdrehen der Mutter und des Planetenbolzens relativ zueinander; und
- - Fixieren des Planetenbolzens in dem Planetenträger.
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Die Mutter wird so in dem Planetenträger positioniert, dass die Mutter mit dem Außengewinde des Planetenbolzens verschraubt werden kann, nachdem der Planetenbolzen in dem Planetenträger eingeführt wurde. Die Planetenlager und das Planetenrad werden derart positioniert, dass der Planetenbolzen beim Einführen in den Planetenträger auch in die Planetenlager eingeführt wird. Dies lässt sich erreichen, wenn die Bolzensitze des Planetenträgers und die Innenringe der Planetenlager fluchten und sich die Planetenlager axial zwischen den Bolzensitzen befinden.
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Die Fixierung des Planetenbolzens in dem Planetenträger kann mit üblichen Maßnahmen erfolgen. So ist es möglich, den Planetenbolzen in den Planetenträger einzudehnen. Alternativ oder zusätzlich kann der Planetenbolzen mit einem Sicherungsring im dem Planetenträger fixiert werden.
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Die Mutter wird so in dem Planetenträger positioniert, dass der Stift in die Ausnehmung eingreift. Dies ermöglicht es, dass Lagerspiel, die Vorspannung oder die Verspannung der Planetenlager durch Verdrehen des Planetenbolzens relativ zu den Planetenträger einzustellen.
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Die einzelnen Verfahrensschritte werden vorzugsweise in der Reihenfolge der obigen Beschreibung ausgeführt. Beliebige davon abweichende Reihenfolgen der Ausführung sind, sofern sich aus obiger Beschreibung nichts anderes ergibt, möglich.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. Übereinstimmende Bezugsziffern kennzeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale. Im Einzelnen zeigt:
- 1 ein Planetengetriebe; und
- 2a bis 2c ein Verfahren zur Montage des Getriebes.
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Das in 1 dargestellte Planetengetriebe 10 umfasst einen Planetenträger 102, ein Hohlrad 103, ein Planetenräder 105, Planetenbolzen 107, Planetenlager 109 und einen Sonnenrad 111. Innenringe der Planetenlager 109 sind auf dem Planetenbolzen 107 aufgeschoben. Äußere Laufflächen der Planetenlager 109 werden durch das Planetenrad 105 ausgebildet. Das Planetenrad 105 und die Außenringe der Planetenlager 109 sind also einstückig ausgeführt. Durch die beschriebene Anordnung ist das Planetenrad 105 drehbar in den Planetenbolzen 107 gelagert.
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Der Planetenträger 102 bildet Bolzensitze 113 aus, die den Planetenbolzen 107 in radialer Richtung formschlüssig fixieren. Darüber hinaus kann der Planetenbolzen 107 mittels eines Schrumpfverbandes in den Bolzensitzen 113 kraftschlüssig in axialer Richtung fixiert sein. Zusätzlich ist in dem abgebildeten Ausführungsbeispiel ein Sicherungsring 115 vorgesehen, der für eine formschlüssige Fixierung des Planetenbolzens 107 in axialer Richtung sorgt.
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Das Hohlrad 103 ist in ein Getriebegehäuse 117 integriert. Dabei ist das Hohlrad 103 starr, d.h. ohne die Möglichkeit einer Relativbewegung, insbesondere drehfest, in dem Getriebegehäuse 117 fixiert.
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Der Planetenträger 102 hingegen ist mittels zweier Lager 119 drehbar in dem Getriebegehäuse 117 gelagert. Auch das Sonnenrad 111 ist relativ zu dem Getriebegehäuse 117 drehbar ausgeführt.
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Der Planetenbolzen 107 bildet ein Außengewinde 121 aus. Auf dieses ist eine Mutter 123 aufgeschraubt. Der Mutter gegenüberliegend bildet der Planetenbolzen 107 eine Schulter 125 aus. Axial zwischen der Mutter 123 und der Schulter 125 befinden sich die Planetenlager 109. Zwischen den Planetenlagern 109 wiederum ist ein Abstandshalter 127 angebracht. Dieser legt einen Mindestabstand der Innenringe der Planetenlager 109 zueinander fest. Indem die Planetenlager 109 zwischen der Mutter 123 und der Schulter 125 verspannt werden, stellt sich somit ein definiertes Lagerspiel ein. Die Innenringe der Planetenlager 109 werden dabei gegen den Abstandhalter 127 gepresst.
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Die Mutter 123 ist mit Stiften 129 versehen. Entsprechende Bohrungen 131 in dem Planetenträger 102 nehmen die Stifte 129 auf. Auf diese Weise wird die Mutter 123 gegenüber dem Planetenträger 102 drehfest fixiert.
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Die 2a bis 2b veranschaulichen die Montage des Getriebes 101. In einem in 2a dargestellten ersten Schritt wird die Mutter 123 in dem Planetenträger 102 positioniert. Zur Aufnahme der Stifte 131 weist die Mutter 123 durchgängige Bohrungen auf. Die Mutter wird nach dem Einsetzen so gedreht, dass die Bohrungen der Mutter mit den Bohrungen 131 in dem Planetenträger 102 fluchten und die Stifte 131 eingesetzt werden können.
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Anschließend werden die Planetenlager 109 zusammen mit dem Planetenrad 105 in den Planetenträger 102 eingeführt und so positioniert, dass der Planetenbolzen 107 montiert werden kann.
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Der Planetenbolzen 107 wird so weit in den Planetenträger 102 eingesteckt, dass die Mutter 123 an dem Außengewinde 121 des Planetenbolzens 107 anliegt. Dies ist in 2b dargestellt.
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Nun wird das Außengewinde 121 durch Verdrehung des Planetenbolzens 107 in die Mutter 123 eingeschraubt. Die Stifte 129 Verhindern dabei eine Drehung der Mutter 123.
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Schließlich kann der Sicherungsring 115 in eine dafür vorgesehene Nut des Planetenträgers 102 eingesetzt werden. Dies ist in 2c dargestellt.
