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Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, die Verwendung einer solchen Anordnung und eine Anordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 6.
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Aus dem Stand der Technik sind sogenannte sphärische Gleitlager bekannt. Diese weisen drei rotatorische Freiheitsgrade auf.
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Kräfte, die in einer Planetenstufe auf die Planetenräder einwirken, führen zu Verformungen im Planetenbolzen. Sind die Planetenräder gleitgelagert, verformen sich in gleichem Maße die inneren Gleitflächen. Dadurch können die Lager beschädigt werden und vorzeitig ausfallen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Haltbarkeit einer Planetenstufe mit gleitgelagerten Planetenrädern zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung nach Anspruch 1, die Verwendung einer solchen Anordnung und eine Anordnung nach Anspruch 6. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
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Die Anordnung umfasst ein Planetenrad und einen Planetenbolzen. Das Planetenrad und der Planetenbolzen sind bevorzugt Teil einer Planetenstufe, die darüber hinaus weitere Planetenräder und Planetenbolzen sowie ein Hohlrad, einen Planetenträger und ein Sonnenrad aufweist. Die Planetenräder sind jeweils drehbar auf einem der Planetenbolzen gelagert. Diese wiederum sind in dem Planetenträger fixiert. Die Planetenräder kämmen jeweils mit dem Hohlrad und/oder dem Sonnenrad. Genau zwei der Komponenten Hohlrad, Planetenträger und Sonnenrad sind drehbar gelagert, die dritte Komponente ist gehäusefest fixiert. Eine derartige Anordnung ist etwa Teil eines Getriebes einer Windkraftanlage.
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Zu der erfindungsgemäßen Anordnung gehört darüber hinaus ein Radialgleitlager, mit dem das Planetenrad drehbar auf dem Planetenbolzen gelagert ist. Das Radialgleitlager stützt das Planetenrad gegenüber radial, d.h. orthogonal zu einer Drehachse des Planetenrads verlaufenden Kräften ab. Mittels des Radialgleitlagers wird das Planetenrad also in radialer Richtung fixiert.
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Ein Radialgleitlager weist genau einen rotatorischen Freiheitsgrad auf. Die beiden anderen rotatorischen Freiheitsgrade sind gesperrt. Mittels des Radialgleitlagers ist also das Planetenrad um genau eine Drehachse drehbar auf dem Planetenbolzen gelagert. Drehungen des Planetenrads um Drehachsen, die orthogonal dazu verlaufen, setzt das Axialgleitlager einen Widerstand entgegen. Es handelt sich bei dem Radialgleitlager insbesondere nicht um ein sphärisches Gleitlager. Eine innere Gleitfläche und eine äußere Gleitfläche des Axialgleitlagers sind also nicht kugelförmig. Dies bedeutet, dass es keine Kugel gibt, welche die innere Gleitfläche vollständig enthält und keine Kugel, welche die äußere Gleitfläche vollständig enthält.
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Das Radialgleitlager weist eine innere Gleitfläche und eine äußere Gleitfläche auf. Die innere Gleitfläche und die äußere Gleitfläche sind relativ zueinander um die Drehachse des Planetenrads verdrehbar. Die innere Gleitfläche zeichnet sich dadurch aus, dass sie bezüglich der Drehachse radial weiter innen angeordnet ist als die äußere Gleitfläche. Die äußere Gleitfläche ist entsprechend radial weiter außerhalb angeordnet als die innere Gleitfläche. In jedem Querschnitt sind beide Gleitflächen kreisförmig. Ein Radius der inneren Gleitfläche in dem Querschnitt ist geringer als ein Radius der äußeren Gleitfläche.
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Bei dem Radialgleitlager kann es sich um ein herkömmliches Gleitlager oder um ein Gleitlager mit einer Schwimmbuchse handeln. Bei einem herkömmlichen Gleitlager ist genau ein Lagerspalt vorhanden, der zwischen der inneren Gleitfläche und der äußeren Gleitfläche verläuft. Bei einem Gleitlager mit einer Schwimmbuchse befindet sich eine frei drehbare hohlzylindrische Buchse zwischen der inneren Gleitfläche und der äußeren Gleitfläche. Zwischen der inneren Gleitfläche und der Buchse verläuft ein erster Lagerspalt. Ein zweiter Lagerspalt verläuft zwischen der Buchse und der äußeren Gleitfläche.
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Der Planetenbolzen der erfindungsgemäßen Anordnung bildet die innere Gleitfläche. Der Planetenbolzen kann die innere Gleitfläche einstückig oder mehrstückig ausbilden. Im letztgenannten Fall weist der Planetenbolzen bevorzugt eine hohlzylindrische Buchse auf, die auf einem Grundkörper des Planetenbolzens fixiert ist, und deren Oberfläche mindestens teilweise mit der inneren Gleitfläche identisch ist.
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Entsprechend bildet das Planetenrad der erfindungsgemäßen Anordnung die äußere Gleitfläche aus. Bevorzugt bildet das Planetenrad die äußere Gleitfläche einstückig aus. Dies bedeutet, dass mindestens ein Teil der Oberfläche des Planetenrads mit der äußeren Gleitfläche identisch ist. Das Planetenrad kann die äußere Gleitfläche aber auch mehrstückig ausbilden. In diesem Fall ist etwa eine Buchse in einem Grundkörper des Planetenrads fixiert. Mindestens ein Teil der Oberfläche der Buchse ist identisch mit der äußeren Gleitfläche.
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Erfindungsgemäß ist die innere Gleitfläche in einem ersten Längsschnitt konvex, d.h. radial nach außen gewölbt. Dies gilt für einen unbelasteten Zustand, in dem keine Kräfte von außen auf das Planetenrad einwirkt.
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Bei einem Längsschnitt handelt es sich vorliegend um einen beliebigen Schnitt, dessen Schnittebene die Drehachse des Planetenrads vollständig enthält.
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Die Wölbung nach außen bezieht sich auf die Drehachse des Planetenrads. Ein Abstand der inneren Gleitfläche in dem ersten Querschnitt von der Drehachse ist also nicht konstant. Stattdessen nimmt der Abstand zur Mitte des Gleitlagers hin bzw. von außen nach innen zu.
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Eine erste Längsschnittkurve der inneren Gleitfläche ist konkav. Bei der Längsschnittkurve handelt es sich um eine von genau zwei Schnittkurven der inneren Gleitfläche in dem Längsschnitt. Im Einzelnen ist eine Funktion f, die einem Abstand x eines beliebigen Punkts P der Drehachse des Planetenrads von einem auf der Drehachse liegenden Referenzpunkt einen Abstand f(x) eines Punkts der Längsschnittkurve, der auf einer orthogonal zu der Drehachse durch den Punkt P verlaufenden Geraden liegt, zu dem Punkt P zuordnet, konkav. Die Funktion f ist überall positiv.
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Keine der beiden Längsschnittkurven der inneren Gleitfläche schneidet die Drehachse des Planetenrads.
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Wird das Planetenrad belastet, verformt sich der Planetenbolzen. Dadurch wölbt sich ein Bereich, in dem die innere Gleitfläche belastet ist, nach innen. Dies wird durch die erfindungsgemäße konvexe Wölbung nach außen kompensiert.
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Eine Differenz zwischen dem größten Abstand der ersten Längsschnittkurve von der Drehachse des Planetenrads und dem geringsten Abstand der ersten Längsschnittkurve von der Drehachse beträgt vorzugsweise ein Hundertstel bis ein Zweitausendstel der axialen Länge der inneren Gleitfläche, d.h. der Ausdehnung der inneren Gleitfläche in Richtung der Drehachse des Planetenrads. Insbesondere kann die Differenz ein Fünfhundertstel bis ein Tausendfünfhundertstel betragen.
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Die äußere Gleitfläche des Axialgleitlagers ist bevorzugt zylindrisch weitergebildet. Dies bedeutet, dass die äußere Gleitfläche die Form einer Mantelfläche eines geraden Kreiszylinders hat, dessen Mittelachse mit der Drehachse des Planetenrads identisch ist. Entsprechend ist die innere Gleitfläche bevorzugt in dem ersten Längsschnitt derart radial nach außen gewölbt, dass die erste Längsschnittkurve unter Belastung parallel zu der Drehachse des Planetenrads verläuft.
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Die Belastung auf das Planetenrad wirkt vielfach nur einseitig. Insbesondere ist die Belastung nicht rotationssymmetrisch. In einer bevorzugten Weiterbildung ist entsprechend die innere Gleitfläche nicht rotationssymmetrisch. Insbesondere ist die innere Gleitfläche weiterbildungsgemäß nicht zu der Drehachse des Planetenrads rotationssymmetrisch. Dies bedeutet, dass eine Form der inneren Gleitfläche in einem zweiten Längsschnitt von der Form der inneren Gleitfläche in dem ersten Längsschnitt abweicht. So kann etwa die innere Gleitfläche in dem zweiten Längsschnitt gerade, insbesondere parallel zu der Drehachse des Planetenrads verlaufen.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Gleitfläche nicht spiegelsymmetrisch zu einer bezüglich der Drehachse des Planetenrads radial verlaufenden Ebene. Dies bezieht sich auf eine beliebige bezüglich der Drehachse des Planetenrads radial verlaufenden Ebene. Es bedeutet, dass es keine derartige Ebene gibt, zu welcher die innere Gleitfläche spiegelsymmetrisch ist. Durch die nicht spiegelsymmetrische Ausgestaltung der inneren Gleitfläche lässt sich die innere Gleitfläche besonders gut an die oben beschriebene lastbedingte Verformung des Planetenbolzens anpassen.
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Ein Scheitelpunkt der Funktion f liegt bevorzugt außermittig, d.h. ein Abstand des Scheitelpunkts zu einer ersten Stirnfläche des Planetenrads weicht von einem Abstand des Scheitelpunkts zu einer zweiten Stirnfläche des Planetenrads ab.
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Eine erfindungsgemäße Verwendung der Anordnung sieht vor, dass das Planetenrad derart mit mindestens einer Kraft und/oder mit mindestens einem Drehmoment beaufschlagt wird, dass die innere Gleitfläche in dem ersten Längsschnitt infolge einer Verformung des Planetenbolzens, die durch die Kraft und/oder das Drehmoment hervorgerufen wird, gerade verläuft.
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Die lastbedingte Verformung des Planetenbolzens lässt sich erfindungsgemäß auch durch eine Wölbung der äußeren Gleitfläche ausgleichen. Die äußere Gleitfläche ist dann in dem ersten Längsschnitt konvex, d.h. radial in Richtung der Drehachse des Planetenrads nach innen gewölbt.