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Die Erfindung betrifft ein Sonnenrad nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Die Druckschrift
EP 2 594 789 B1 offenbart ein Getriebe einer Windkraftanlage mit hintereinandergeschalteten Planetenstufen. Eine vorgeschaltete Planetenstufe ist dabei mit einer nachgeschalteten Planetenstufe über eine Sonnenwelle verbunden. Die Sonnenwelle bildet eine Verzahnung aus, die als Sonnenrad der vorgeschalteten Planetenstufe dient. Weiterhin ist die Sonnenwelle drehfest mit einem drehbar gelagerten Planetenträger der nachgeschalteten Planetenstufe verbunden. Die drehfeste Verbindung bildet eine Steckverzahnung.
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Es ist möglich, die Steckverzahnung so auszugestalten, dass die Sonnenwelle gegenüber dem Planetenträger in der Steckverzahnung verkippbar ist. Dadurch ist das Sonnenrad im Sinne einer ausgeglicheneren Lastverteilung radial beweglich. Allerdings fluchtet eine Mittelachse des Sonnenrad stets mit einer gemeinsamen Drehachse des Sonnenrads und der Sonnenwelle. Dadurch kommt es zu Winkelfehlstellungen des Sonnenrads, die sich negativ auf die Lastverteilung in der Planetenstufe auswirken.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen innewohnenden Nachteile zu umgehen. Insbesondere soll die Lastverteilung in einer Planetenstufe verbessert werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Sonnenrad nach Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
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Das Sonnenrad weist mindestens eine Arbeitsverzahnung auf. Eine Arbeitsverzahnung zeichnet sich dadurch aus, dass sie mit einer Arbeitsverzahnung eines weiteren Zahnrads kämmt, wobei die miteinander kämmenden Arbeitsverzahnungen relativ zueinander verdrehbar sind.
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Die Arbeitsverzahnung des Sonnenrads ist ausgebildet, mit Arbeitsverzahnungen von Planetenrädern, die zu derselben Planetenstufe wie das Sonnenrad gehören, zu kämmen. Zu der Planetenstufe gehört weiterhin ein Hohlrad, mit dem die Planetenräder kämmen. Die Planetenräder sind drehbar in einem Planetenträger gelagert. Drehbar gelagert ist zudem das Sonnenrad. Weiterhin ist der Planetenträger drehbar gelagert und das ist Hohlrad drehfest angeordnet, oder das Hohlrad ist drehbar gelagert und der Planetenträger ist drehfest angeordnet.
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Die Arbeitsverzahnung des Sonnenrads ist bevorzugt als Außenverzahnung ausgeführt. Es kann sich um eine Gerad- oder Schrägverzahnung handeln.
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Erfindungsgemäß weist das Sonnenrad eine Innenverzahnung auf, die ausgebildet ist, mit einer Außenverzahnung einer Sonnenwelle eine erste Passverzahnung zu bilden. Eine Passverzahnung zeichnet sich durch eine drehfeste Verbindung zwischen der Innenverzahnung und der Außenverzahnung aus.
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Durch die drehfeste Verbindung zwischen der Innenverzahnung und der Außenverzahnung sind auch das Sonnenrad und die Sonnenwelle drehfest miteinander verbunden. Die Innenverzahnung ist bevorzugt koaxial zu der Arbeitsverzahnung ausgerichtet, das heißt die Arbeitsverzahnung und die Innenverzahnung besitzen eine gemeinsame Mittelachse.
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Die Innenverzahnung und die Außenverzahnung sind gegeneinander verkippbar. Damit lassen sich das Sonnenrad und die Sonnenwelle in der Passverzahnung gegeneinander verkippen.
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Eine Verkippung bezeichnet eine Rotation um eine Drehachse bzw. Kippachse orthogonal zu einer Mittelachse. Vorliegend ist die Innenverzahnung um mindestens eine Kippachse orthogonal zu einer Mittelachse der Außenverzahnung verkippbar. Analog ist die Außenverzahnung um mindestens eine Kippachse orthogonal zu einer Mittelachse der Innenverzahnung verkippbar. Die Mittelachsen der Innenverzahnung und der Außenverzahnung sind jeweils identisch mit einer Drehachse der Innenverzahnung bzw. der Außenverzahnung. Bevorzugt ist Verkippbarkeit um zwei orthogonal zueinander stehende Kippachsen gegeben.
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Die Innenverzahnung ist mindestens teilweise innerhalb der Arbeitsverzahnung angeordnet, sodass sich die Arbeitsverzahnung und die Innenverzahnung axial mindestens teilweise überdecken. Mindestens ein Teil der Arbeitsverzahnung umschließt also mindestens einen Teil der Innenverzahnung. Ausgehend von der Innenverzahnung ist die Arbeitsverzahnung radial weiter außerhalb angeordnet.
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Eine axiale Überdeckung der Arbeitsverzahnung und der Innenverzahnung liegt genau dann vor, wenn sich zwei radial, d.h. orthogonal zu einer Drehachse der Arbeitsverzahnung und der Innenverzahnung im nicht verkippten Zustand, d.h. in einem Zustand, in dem eine Drehachse der Arbeitsverzahnung und eine Drehachse der Innenverzahnung identisch sind, ausgerichtete Ebenen angeben lassen, zwischen denen sich mindestens ein Teil der Arbeitsverzahnung und mindestens ein Teil der Innenverzahnung befindet.
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Durch die Verkippbarkeit des Sonnenrads ist eine Ausrichtung der Winkellage des Sonnenrads möglich. Insbesondere lässt sich die Winkellage des Sonnenrads am Verzahnungseingriff der Planetenräder ausrichten. Dies verbessert die Lastverteilung in der Planetenstufe.
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In einer bevorzugten Weiterbildung überdeckt die Arbeitsverzahnung die Innenverzahnung vollständig. Dies bedeutet, dass die Arbeitsverzahnung in axialer Richtung beidseitig über die Innenverzahnung hinausragt. Die Innenverzahnung befindet sich vollständig zwischen den oben genannten Ebenen, während die Arbeitsverzahnung von beiden Ebenen geschnitten wird.
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Die beschriebene Anordnung der Arbeitsverzahnung und der Innenverzahnung wird in einer bevorzugten Weiterbildung durch einen Hohlraum in dem Sonnenrad erreicht, dessen Wandung die Innenverzahnung aufweist. Der Hohlraum ist - abgesehen von der Innenverzahnung - vorzugsweise kreiszylindrisch ausgeführt. Der Hohlraum hat also die Form eines geraden Kreiszylinders, dessen Mantelfläche die genannte Wandung bildet.
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Das Sonnenrad ist bevorzugt Teil einer Anordnung, die zudem eine Sonnenwelle mit einer Außenverzahnung aufweist. Die Innenverzahnung des Sonnenrads und die Außenverzahnung der Sonnenwelle bilden die erste Passverzahnung und sind entsprechend in der ersten Passverzahnung gegeneinander verkippbar.
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Die Anordnung ist bevorzugt mit einem Planetenträger weitergebildet, der drehfest mit der Sonnenwelle verbunden ist. Da die Sonnenwelle drehbar ist, muss auch der Planetenträger drehbar gelagert sein. Der Planetenträger ist Teil einer Planetenstufe, die der oben genannten, das Sonnenrad umfassenden Planetenstufe nachgeschaltet ist.
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Die Sonnenwelle und der Planetenträger sind in einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung mittels einer zweiten Passverzahnung miteinander verbunden. In der zweiten Passverzahnung sind die Sonnenwelle und der Planetenträger gegeneinander verkippbar. Durch die Verkippbarkeit in der zweiten Passverzahnung lässt sich das Sonnenrad translatorisch in radialer Richtung bewegen.
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1 gibt Stand der Technik wieder. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 2 dargestellt. Im Einzelnen zeigt:
- 1 ein mehrstufiges Planetengetriebe; und
- 2 ein Sonnenrad mit innen liegender Passverzahnung.
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Ein in 1 dargestelltes Getriebe einer Windkraftanlage weist eine erste Planetenstufe 101 und eine zweite Planetenstufe 103 auf. Zur ersten Planetenstufe 101 gehören ein Hohlrad 105, ein Planetenträger 107, Planetenräder 109 und ein Sonnenrad 111. Die Planetenräder 109 sind drehbar in dem Planetenträger 107 gelagert und kämmen jeweils mit dem Hohlrad 105 und dem Sonnenrad 111. Das Hohlrad 105 ist drehfest angeordnet und bildet einen Teil eines Getriebegehäuses 113.
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Zwischen einer Eingangswelle 115 des Getriebes und dem Planetenträger 107 besteht eine starre Verbindung. Die Eingangswelle 115 ist drehbar in einem Maschinenträger 117 gelagert.
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Zwischen dem Getriebegehäuse 113 und dem Maschinenträger 117 besteht über eine oder mehrere Drehmomentstützen lediglich eine drehfeste Verbindung. Der Maschinenträger 117 stützt das Getriebegehäuse 113 ansonsten nicht ab. Das Getriebegehäuse 113 stützt sich stattdessen über ein Hauptlager 119 auf der Eingangswelle 115 ab.
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Bei einer solchen Form der Abstützung führt die Gewichtskraft des Getriebes zu einer Schiefstellung des Getriebegehäuses 113. Diese Schiefstellung wird auf die Innereien des Getriebes, insbesondere die zweite Planetenstufe 103 übertragen.
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Zu der zweiten Planetenstufe 103 gehören ein Hohlrad 121, ein Planetenträger 123, Planetenräder 125 und ein Sonnenrad 127. Die Planetenräder 125 sind drehbar in dem Planetenträger 123 gelagert und kämmen jeweils mit dem Hohlrad 121 und dem Sonnenrad 127. Wie das Hohlrad 105 der ersten Planetenstufe 101 ist auch das Hohlrad 121 der zweiten Planetenstufe 103 drehfest angeordnet und bildet einen Teil des Getriebegehäuses 113. Eine Sonnenwelle 129 verbindet den Planetenträger 123 der zweiten Planetenstufe 103 und das Sonnenrad 111 der ersten Planetenstufe 101 drehfest miteinander.
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Die Position des Planetenträgers 107 und damit der Planetenräder 109 der ersten Planetenstufe 101 ist durch die Eingangswelle 115 vorgegeben. Die Eingangswelle 115 ist nicht verkippt. Die Folge ist eine Fehlstellung zwischen den nicht verkippten Planetenrädern 109 und dem verkippten Sonnenrad 111 der ersten Planetenstufe 101.
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Eine Lösung dieses Problems ist in 2 skizziert. 2 stellt ein Sonnenrad 201 mit hohlzylindrischer Grundform dar. Im Inneren des Sonnenrads 201 befindet sich eine erste Innenverzahnung 203, die mit einer ersten Außenverzahnung 205 einer Sonnenwelle 207 eine Passverzahnung bildet. Die erste Innenverzahnung 203 und die erste Außenverzahnung 205 sind gegeneinander verkippbar. Somit sind auch das Sonnenrad 201 und die Sonnenwelle 207 gegeneinander verkippbar.
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Die erste Außenverzahnung 205 befindet sich an einem ersten Ende der Sonnenwelle 207. An einem zweiten Ende der Sonnenwelle 207, das dem ersten Ende gegenüberliegt, befindet sich eine zweite Außenverzahnung 209. Die zweite Außenverzahnung 211 ist Teil eines Planetenträgers 213. Die zweite Außenverzahnung 209 bildet mit einer zweiten Innenverzahnung 211 eine weitere Passverzahnung. Diese stellt eine drehfeste Verbindung zwischen der Sonnenwelle 207 und dem Planetenträger 213 her. Infolgedessen sind auch das Sonnenrad 201 und der Planetenträger 213 drehfest miteinander verbunden.
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Auch die zweite Außenverzahnung 209 und die zweite Innenverzahnung 211 sind gegeneinander verkippbar. Infolgedessen sind auch die Sonnenwelle 207 und der Planetenträger 213 gegeneinander verkippbar.
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Kommt es, wie in 2 dargestellt, zu Fehlstellungen des Sonnenrads 201 und des Planetenträgers 213, werden die Fehlstellungen aufgrund der beschriebenen Verkippbarkeit nicht über die Sonnenwelle 207 übertragen. Insbesondere werden die Fehlstellungen nicht auf die Arbeitsverzahnung des Sonnenrads 201 übertragen.
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Die in 2 dargestellte Anordnung, bestehend aus dem Sonnenrad 201, der Sonnenwelle 207 und dem Planetenträger 213, ist geeignet zur Verwendung in dem in 1 dargestellten Getriebe anstelle der Anordnung bestehend aus dem Sonnenrad 111, der Sonnenwelle 129 und dem Planetenträger 123.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- erste Planetenstufe
- 103
- zweite Planetenstufe
- 105
- Hohlrad
- 107
- Planetenträger
- 109
- Planetenrad
- 111
- Sonnenrad
- 113
- Getriebegehäuse
- 115
- Eingangswelle
- 117
- Maschinenträger
- 119
- Hauptlager
- 201
- Sonnenrad
- 203
- erste Innenverzahnung
- 205
- erste Außenverzahnung
- 207
- Sonnenwelle
- 209
- zweite Außenverzahnung
- 211
- zweite Innenverzahnung
- 213
- Planetenträger
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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