DE102019209056A1 - Composite sun shaft - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Zahnrad (101) und einer Welle (103); wobei das Zahnrad (101) und die Welle (103) drehfest miteinander verbunden sind. Das Zahnrad (101) und die Welle (103) bestehen aus unterschiedlichen Materialien.The invention relates to an arrangement with a gear wheel (101) and a shaft (103); wherein the gear (101) and the shaft (103) are connected to one another in a rotationally fixed manner. The gear (101) and the shaft (103) are made of different materials.
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to an arrangement according to the preamble of claim 1.
Bei Windkraftgetrieben stellen Geräuschemissionen ein großes Problem dar. Maßgeblich verantwortlich für die Entstehung von Schwingungen im hörbaren Spektrum ist die Sonnenwelle der letzten Planetenstufe. Die Bekämpfung der Schwingungen gestaltet sich an dieser Stelle schwierig, da die Sonnenwelle einen verjüngten Bereich aufweist, der als Schleifauslauf für das Sonnenrad benötigt wird.Noise emissions are a major problem with wind power gear units. The solar wave of the last planetary stage is largely responsible for the generation of vibrations in the audible spectrum. Combating the vibrations is difficult at this point because the sun shaft has a tapered area that is required as a grinding outlet for the sun gear.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Schwingungsverhalten eines Getriebes zu verbessern. Insbesondere sollen die Geräuschemissionen verringert werden.The invention is based on the object of improving the vibration behavior of a transmission. In particular, the noise emissions should be reduced.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung nach Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten und ergeben sich aus den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen.This object is achieved by an arrangement according to claim 1. Preferred developments are contained in the dependent claims and result from the exemplary embodiments shown in the figures.
Die Anordnung umfasst ein Zahnrad und eine Welle. Bei dem Zahnrad kann es sich um ein Stirnrad, insbesondere ein außenverzahntes Stirnrad handeln.The arrangement includes a gear and a shaft. The gear wheel can be a spur gear, in particular an externally toothed spur gear.
Eine Welle ist ein vollständig, das heißt ohne Begrenzung des Drehwinkels drehbar gelagertes Maschinenelement, das zum Übertragen von Dreharbeit dient.A shaft is a completely rotatably mounted machine element, i.e. without limitation of the angle of rotation, which is used to transfer rotary work.
Das Zahnrad und die Welle sind vorliegend drehfest miteinander verbunden. Durch die drehfeste Verbindung rotieren das Zahnrad und die Welle mit gleicher Geschwindigkeit um eine gemeinsame Drehachse. Verdrehungen des Zahnrads um diese Drehachse relativ zueinander sind nicht möglich. Bevorzugt sind das Zahnrad und die Welle darüber hinaus starr, das heißt, ohne die Möglichkeit jeglicher Relativbewegung, miteinander verbunden.In the present case, the gear wheel and the shaft are connected to one another in a rotationally fixed manner. Due to the non-rotatable connection, the gear and the shaft rotate at the same speed around a common axis of rotation. Rotations of the gear around this axis of rotation relative to one another are not possible. In addition, the gear wheel and the shaft are preferably rigidly connected to one another, that is to say without the possibility of any relative movement.
Das Zahnrad und die Welle bestehen erfindungsgemäß aus unterschiedlichen Materialien. Dies ermöglicht es, das Zahnrad aus einem herkömmlichen, für die Verwendung als Zahnrad bestmöglich geeigneten Material herzustellen. So kann das Zahnrad etwa aus Stahl bestehen. Für die Welle kann ein Material gewählt werden, das hinsichtlich des Schwingungsverhaltens der Anordnung verbesserte Eigenschaften aufweist.According to the invention, the gear and the shaft are made of different materials. This makes it possible to manufacture the gear from a conventional material that is as suitable as possible for use as a gear. For example, the gear can be made of steel. A material can be selected for the shaft which has improved properties with regard to the vibration behavior of the arrangement.
In einer bevorzugten Weiterbildung besteht die Welle aus einem Verbundwerkstoff. Dies ist ein Werkstoff, der aus mindestens zwei verschiedenen miteinander verbundenen Materialien besteht. Die Verbindung der Materialien erfolgt vorzugsweise stoff- und/oder formschlüssig. Es kann sich beispielsweise um einen Faserverbundwerkstoff handeln, bei dem Fasern mit einem Bindemittel laminiert werden. Bei einem Faserverbundwerkstoff lässt sich die Steifigkeit der Welle durch Wahl des Faserwinkels gezielt modifizieren. Das Zahnrad und die weiterbildungsgemäße Welle können etwa mittels einer Klemmvorrichtung drehfest miteinander verbunden werden.In a preferred development, the shaft consists of a composite material. This is a material that consists of at least two different materials that are joined together. The connection of the materials is preferably made with a material fit and / or a form fit. For example, it can be a fiber composite material in which fibers are laminated with a binder. With a fiber composite material, the rigidity of the shaft can be modified in a targeted manner by selecting the fiber angle. The gear and the shaft according to the development can be connected to one another in a rotationally fixed manner, for example by means of a clamping device.
Ein weiteres, für die Welle geeignetes Material ist bainisierter Ferroguss.Another material that is suitable for the shaft is bainized iron cast.
Ein Durchmesser der Welle ist in einem Schleifauslauf des Zahnrads in einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung größer als ein Fußkreisdurchmesser des Zahnrads. Der Schleifauslauf ist ein Bereich, den das Werkzeug bei der Fertigung der Verzahnung des Zahnrads überstreicht. Dieser Bereich erstreckt sich radial nach innen hin bis zum Fußkreisdurchmesser des Zahnrads. Weiterbildungsgemäß befindet sich also mindestens ein Teil der Welle in dem Schleifauslauf. Dies ist möglich, da durch die Erfindung bedingt das Zahnrad und die Welle zweistückig ausgeführt sind, das heißt physisch voneinander getrennte Teile bilden.In a further preferred development, a diameter of the shaft in a grinding run-out of the gear is greater than a root diameter of the gear. The grinding run-out is an area that the tool sweeps over when manufacturing the toothing of the gear. This area extends radially inward to the root diameter of the gear. According to a further development, at least part of the shaft is located in the grinding outlet. This is possible because, as a result of the invention, the gear wheel and the shaft are designed in two parts, that is to say form parts that are physically separate from one another.
Die Welle dient der Übertragung von Dreharbeit zwischen dem Zahnrad und wenigstens einer anderen Komponente. Bei dieser Komponente handelt es sich in einer bevorzugten Weiterbildung um eine Passverzahnung. Eine Passverzahnung ist eine Verzahnung, die ausgebildet ist, zusammen mit einer weiteren Passverzahnung eine drehfeste Verbindung zu bilden. Die Passverzahnungen sind relativ zueinander nicht verdrehbar.The shaft is used to transfer rotational work between the gear and at least one other component. In a preferred development, this component is a fitting toothing. A spline is a set of teeth that is designed to form a non-rotatable connection together with another spline. The splines cannot be rotated relative to one another.
Die vorliegende Passverzahnung ist vorzugsweise als Außenverzahnung ausgebildet.The present fitting toothing is preferably designed as an external toothing.
Die Passverzahnung und die Welle sind drehfest miteinander verbunden. Mindestens ein Teil der Welle ist axial zwischen dem Zahnrad und der Passverzahnung angeordnet. Der Teil der Welle befindet sich zwischen einer ersten und einer zweiten Ebene, die orthogonal zu der oben genannten Drehachse ausgerichtet sind. Das Zahnrad und der Teil der Welle befinden sich auf unterschiedlichen Seiten der ersten Ebene. Entsprechend befinden sich die Passverzahnung und der Teil der Welle auf unterschiedlichen Seiten der zweiten Ebene.The splines and the shaft are non-rotatably connected to one another. At least a part of the shaft is arranged axially between the gear and the spline. The part of the shaft is located between a first and a second plane which are oriented orthogonally to the above-mentioned axis of rotation. The gear and the part of the shaft are on different sides of the first level. Accordingly, the splines and the part of the shaft are on different sides of the second level.
Anstelle der Passverzahnung kann ein Flansch vorgesehen sein, mit dem die Welle drehfest verbunden ist. In diesem Fall wird die Dreharbeit zwischen dem Zahnrad und dem Flansch übertragen. Der Flansch erlaubt es, Elastomere in die Anordnung zu integrieren, deren dämpfende Eigenschaften sich positiv auf das Schwingungsverhalten auswirken.Instead of the splines, a flange can be provided to which the shaft is connected in a rotationally fixed manner. In this case, the rotating work is transferred between the gear and the flange. The flange allows elastomers to be integrated into the arrangement, the dampening properties of which have a positive effect on the vibration behavior.
Bevorzugt ist die Anordnung als Teil einer Planetenstufe weitergebildet, wobei das Zahnrad als Sonnenrad dient. Die Planetenstufe weist neben dem Sonnenrad ein Hohlrad, einen Planetenträger und ein oder mehrere Planetenräder auf. Die Planetenräder sind drehbar in dem Planetenträger gelagert und kämmen mit dem Hohlrad und/oder dem Sonnenrad. Mindestens zwei der drei Komponenten Hohlrad, Planetenträger und Sonnenrad sind drehbar gelagert. Die dritte Komponente ist bevorzugt gehäusefest angeordnet.The arrangement is preferably developed as part of a planetary stage, the gear wheel serving as a sun wheel. In addition to the sun gear, the planetary stage has a ring gear, a planet carrier and one or more planet gears. The planet gears are rotatably mounted in the planet carrier and mesh with the ring gear and / or the sun gear. At least two of the three components ring gear, planet carrier and sun gear are rotatably mounted. The third component is preferably arranged fixed to the housing.
Die Planetenstufe wiederum ist bevorzugt Teil eines Getriebes. Dieses kann neben der erstgenannten Planetenstufe eine weitere Planetenstufe aufweisen, die der erstgenannten Planetenstufe vorgeschaltet ist. Vorzugsweise handelt es sich um ein Windkraftgetriebe. Die Planetenstufen treiben hier direkt oder über eine zwischengeschaltete Stirnradstufe einen Generator an.The planetary stage in turn is preferably part of a transmission. In addition to the first-mentioned planetary stage, this can have a further planetary stage, which is connected upstream of the first-mentioned planetary stage. It is preferably a wind power transmission. The planetary stages drive a generator either directly or via an interposed spur gear stage.
-
1 eine Sonnenwelle mit Sonnenrad und Passverzahnung; -
2 eine aus einem Verbundwerkstoff bestehende Sonnenwelle; und -
3A bisC Varianten der Sonnenwelle.
-
1 a sun shaft with a sun gear and splines; -
2 a composite sun shaft; and -
3A toC. Variants of the sun wave.
Gemäß
Um die Verzahnung des Sonnenrads
Die in
Eine aus einem Verbundwerkstoff bestehende Sonnenwelle
Die Variante gemäß
Um das Schwingungsverhalten der Anordnung zu ändern, lässt sich der Durchmesser der Sonnenwelle
Eine Anordnung mit einem Flansch
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 101101
- SonnenradSun gear
- 103103
- SonnenwelleSun wave
- 105105
- PassverzahnungSplines
- 107107
- SchleifauslaufGrinding outlet
- 201201
- SonnenwelleSun wave
- 301301
- Flanschflange
Claims (5)
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- 2020-03-05 WO PCT/EP2020/055779 patent/WO2020259873A1/en active Application Filing
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