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Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Aus dem Stand der Technik sind Windkraftgetriebe mit einer ersten Planetenstufe und einer zweiten Planetenstufe bekannt. Ein Sonnenrad der ersten Planetenstufe ist über eine Sonnenwelle drehfest mit einem Planetenträger der zweiten Planetenstufe verbunden. Die Sonnenwelle bildet mit dem Planetenträger eine Passverzahnung aus. Diese befindet sich innerhalb des Planetenträgers und wird von einer Wandung des Planetenträgers umgeben.
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Die Sonnenwelle ist drehfest mit dem Sonnenrad verbunden. Da die Verzahnung des Sonnenrads besonderen Belastungen ausgesetzt ist, muss das Sonnenrad und damit auch die Sonnenwelle aus einem hochfesten Material gefertigt sein. Dies erhöht die Herstellungskosten des Getriebes. Zugleich ist die Belastbarkeit beschränkt, da der Durchmesser der Sonnenwelle durch den Planetenträger begrenzt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe mit gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Eigenschaften verfügbar zu machen. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung nach Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten und ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung.
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Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst eine erste Planetenstufe und eine zweite Planetenstufe. Eine Planetenstufe bezeichnet ein Getriebe oder Teilgetriebe mit einem Hohlrad, einem oder mehreren Planetenrädern, einem Planetenträger und einem Sonnenrad. Die Planetenräder sind drehbar in dem Planetenträger gelagert und kämmen jeweils mit dem Hohlrad und/oder dem Sonnenrad. Genau zwei der drei Komponenten Hohlrad, Planetenträger und Sonnenrad sind drehbar gelagert, die dritte Komponente ist bezüglich eines Getriebegehäuses drehfest angeordnet. Beispielsweise können der Planetenträger und das Sonnenrad drehbar gelagert sein, während das Hohlrad drehfest mit dem Getriebegehäuse verbunden ist.
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Die Anordnung ist vorzugsweise Teil eines Windkraftgetriebes.
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Die erste Planetenstufe und die zweite Planetenstufe sind über eine Sonnenwelle miteinander gekoppelt. Eine Sonnenwelle bezeichnet eine Welle, die drehfest mit einem Sonnenrad verbunden ist. Vorliegend ist die Sonnenwelle drehfest mit dem Sonnenrad der ersten Planetenstufe verbunden. Insbesondere kann die Sonnenwelle einstückig mit dem Sonnenrad verbunden sein. Mittels einer Passverzahnung ist sie drehfest mit einem Planetenträger der zweiten Planetenstufe verbunden.
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Eine Passverzahnung bezeichnet eine Anordnung mit einer ersten Verzahnung und einer zweiten Verzahnung. Die erste Verzahnung und die zweite Verzahnung sind koaxial zueinander angeordnet, das heißt weisen eine gemeinsame Mittelachse auf, und greifen so ineinander ein, dass eine drehfeste Verbindung entsteht. Die erste Verzahnung ist als Außenverzahnung, die zweite Verzahnung als Innenverzahnung ausgeführt.
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Der Planetenträger der zweiten Planetenstufe weist mindestens eine Wange auf. Dies ist ein mindestens teilweise radial, das heißt orthogonal zu einer Drehachse der zwei drehbar gelagerten Komponenten der zweiten Planetenstufe verlaufender Abschnitt des Planetenträgers, in dem ein oder mehrere Planetenbolzen fixiert sind.
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Ein Planetenbolzen bezeichnet einen Zapfen, auf dem ein Planetenrad gelagert ist. Zur Fixierung der Planetenbolzen bildet die Wange einen oder mehrere Bolzensitze aus.
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Vorliegend ist die Wange axial zwischen den Planetenrädern der ersten Planetenstufe und den Planetenrädern der zweiten Planetenstufe angeordnet. Der axiale Verlauf der Wange wird also neben den Planetenrädern der zweiten Planetenstufe auch durch die Planetenräder der ersten Planetenstufe begrenzt. Somit befinden sich die Planetenräder der ersten Planetenstufe und die Wange auf unterschiedlichen Seiten einer radial verlaufenden ersten Ebene. Die Planetenräder der zweiten Planetenstufe und die Wange befinden sich auf unterschiedlichen Seiten einer radial verlaufenden zweiten Ebene. Die Wange verläuft zwischen der ersten Ebene und der zweiten Ebene.
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Erfindungsgemäß ist die Passverzahnung von der Wange axial beabstandet. Zwischen der Passverzahnung und der Wange besteht also in axialer Richtung ein Versatz. Die Wange verläuft damit axial zwischen der Passverzahnung und den Planetenrädern der zweiten Planetenstufe. Die Passverzahnung und die Wange befinden sich auf unterschiedlichen Seiten der zweiten Ebene. Da die Passverzahnung über die Sonnenwelle mit dem Sonnenrad verbunden ist, befindet sie sich weiterhin axial zwischen dem Sonnenrad und der Wange. Sie befindet sich also zwischen der zweiten Ebene und einer dritten, ebenso radial verlaufenden Ebene, die zwischen dem Sonnenrad und der Passverzahnung verläuft, sodass das Sonnenrad und die Passverzahnung sich auf unterschiedlichen Seiten der dritten Ebene befinden.
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Durch die Erfindung verkürzt sich die Sonnenwelle. Material, das dadurch bei der Sonnenwelle eingespart werden kann, wird dem Planetenträger zugeschlagen. Dies ist von Vorteil, da an das Material des Planetenträgers geringere Anforderungen hinsichtlich der Belastbarkeit gestellt werden. Die Erfindung ermöglicht es also, hochbelastbares und damit teures Material aufseiten der Sonnenwelle einzusparen, das durch günstigeres Material aufseiten des Planetenträgers ersetzt wird.
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Durch den axialen Versatz zwischen der Passverzahnung und der Wange des Planetenträgers entfallen zudem Beschränkungen hinsichtlich der Abmessungen der Passverzahnung in axialer Richtung. Dadurch lässt sich die Passverzahnung in axialer Richtung größer dimensionieren, sodass die Passverzahnung höhere Drehmomente übertragen kann.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist eine Hohlwelle vorgesehen, die einstückig mit der Wange verbunden ist. Die Hohlwelle weist die Innenverzahnung der Passverzahnung auf. Deren Außenverzahnung wird durch die Sonnenwelle gebildet. Durch die weiterbildungsgemäße Hohlwelle lässt sich der erfindungsgemäße axiale Versatz der Passverzahnung auf einfache Weise realisieren.
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Bevorzugt ist die Hohlwelle mit einem Absatz weitergebildet. Dieser verläuft bevorzugt im Inneren der Hohlwelle. Ein Absatz bezeichnet eine kreisringförmige, radial ausgerichtete Fläche.
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Weiterbildungsgemäß liegt der Absatz an der Sonnenwelle an. Auf die Weise begrenzt der Absatz die Verschiebbarkeit der Sonnenwelle in eine axiale Richtung. Vorzugsweise ist der Absatz mit der Sonnenwelle verschraubt. Dadurch kommt eine vollständige Fixierung der Sonnenwelle in dem Absatz zustande.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist neben der Passverzahnung auch der Absatz von der Wange axial beabstandet. Damit verlaufen die Wange und der Absatz auf unterschiedlichen Seiten der ersten Ebene. Zwischen der Wange und dem Absatz besteht zudem ein axialer Versatz. Bevorzugt wird dieser Versatz durch die oben genannte Hohlwelle überbrückt.
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In einer alternativ bevorzugten Weiterbildung bildet die Wange den Absatz aus. In dem Fall besteht zwischen der Wange und dem Absatz kein axialer Versatz. Stattdessen wird der Absatz mindestens teilweise von der Wange umschlossen.
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Die Hohlwelle ist bevorzugt mit einem Fortsatz weitergebildet. Dieser erstreckt sich ausgehend von der Passverzahnung, insbesondere ausgehend von deren Außenverzahnung, axial in Richtung des Sonnenrads. Der Fortsatz ist ein Teil der Hohlwelle, der die Hohlwelle ausgehend von der Passverzahnung in Richtung des Sonnenrads verlängert. Der Fortsatz und die Passverzahnung befinden sich auf unterschiedlichen Seiten einer radial ausgerichteten vierten Ebene. Auf der gleichen Seite der vierten Ebene wie der Fortsatz befindet sich das Sonnenrad. Die Passverzahnung ist zwischen der vierten Ebene und der zweiten Ebene angeordnet.
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Durch den Fortsatz erhöht sich die Belastbarkeit der Passverzahnung. Wird die Passverzahnung mit einem axial gerichteten Drehmoment beaufschlagt, entstehen in der Passverzahnung Radialkräfte, welche die Hohlwelle nach außen hin aufdehnen. Die Aufdehnung der Hohlwelle nimmt ausgehend von der zweiten Planetenstufe in Richtung der ersten Planetenstufe zu. Der Fortsatz wirkt dieser Aufdehnung entgegen. Durch die weiterbildungsgemäße Anordnung des Fortsatzes ergibt sich daher eine über den axialen Verlauf der Passverzahnung weitestgehend gleichmäßige Aufdehnung.
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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 Windkraftgetriebe;
- 2 einen ersten Ausschnitt des Windkraftgetriebes;
- 3 einen zweiten Ausschnitt des Windkraftgetriebes; und
- 4 einen dritten Ausschnitt des Windkraftgetriebes.
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Das in 1 dargestellte Windkraftgetriebe umfasst eine erste Planetenstufe 101 und eine zweite Planetenstufe 103. Die Planetenstufen 101, 103 weisen jeweils ein Hohlrad 101 a, 103a, einen drehbaren gelagerten Planetenträger 101 b, 103b, drehbar in dem jeweiligen Planetenträger 101b, 103b gelagerte Planetenräder 101c, 103c und ein drehbar gelagertes Sonnenrad 101d, 103d auf. Die Planetenräder 101c, 103c der jeweiligen Planetenstufe 101, 103 kämmen mit dem jeweiligen Hohlrad 101a, 103a und mit dem jeweiligen Sonnenrad 101d, 103d. Die Hohlräder 101a, 103a bilden einen Teil eines Gehäuses 105 des Windkraftgetriebes und sind entsprechend drehfest in das Gehäuse 105 integriert.
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Das Sonnenrad 101d der ersten Planetenstufe 101 ist einstückig mit einer Sonnenwelle 107 verbunden. Diese bildet zusammen mit einer Hohlwelle 109 eine Passverzahnung 111 aus. Die Hohlwelle 109 ist Teil des Planetenträgers 103b der zweiten Planetenstufe 103 und einstückig mit diesem verbunden. Über die Passverzahnung 111 sind die Sonnenwelle 107 und die Hohlwelle 109 drehfest miteinander verbunden.
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Ausgehend von einer rotorseitigen Wange des Planetenträgers 103b der zweiten Planetenstufe 103 ist die Passverzahnung 111 rotorseitig so weit versetzt angeordnet, dass der Planetenträger 101b der ersten Planetenstufe 101 die Passverzahnung 101 umgibt. Daraus resultiert eine kurze Sonnenwelle 107. Ein Zwischenraum von der Passverzahnung 111 bis zu dem Planetenträger 103b der zweiten Planetenstufe 103 wird durch die Hohlwelle 109 überbrückt.
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Durch die rotorseitig versetzte Anordnung der Passverzahnung 111 wird die Passverzahnung 111 nach außen hin nicht durch den Planetenträger 103b der zweiten Planetenstufe 103 stabilisiert.
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Die Übertragung eines Antriebsmoments führt dazu, dass die Passverzahnung 111 sich infolge einer daraus resultierenden radialen Kraft F nach außen hin aufweitet. Eine entsprechende Biegelinie 201 ist in 2 skizziert.
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Würde die Hohlwelle 109 rotorseitig mit der Passverzahnung 111 enden, so würde sich die Passverzahnung 111 rotorseitig weiter aufweiten als generatorseitig. Um eine gleichmäßigere Biegelinie 201 zu erreichen, ist die Hohlwelle 109 daher über die Passverzahnung 111 hinaus rotorseitig verlängert. Ein entsprechend rotorseitig der Passverzahnung 111 angeordneter Fortsatz 203 wirkt einer Aufweitung der Passverzahnung 111 entgegen.
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Zur Fixierung der Sonnenwelle 107 weist die Hohlwelle 109 einen in den 3 und 4 dargestellten Absatz 301 auf. Die Sonnenwelle 107 liegt mit einer Stirnseite an dem Absatz 301 an und ist mit diesem verschraubt.
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Gemäß 3 ist der Absatz 301 zu dem Planetenträger 103b der zweiten Planetenstufe 103 axial beabstandet. Alternativ kann der Planetenträger 103b der zweiten Planetenstufe 103, wie in 4 dargestellt, den Absatz 301 ausbilden.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- erste Planetenstufe
- 101a
- Hohlrad
- 101b
- Planetenträger
- 101c
- Planetenrad
- 101d
- Sonnenrad
- 103
- zweite Planetenstufe
- 103a
- Hohlrad
- 103b
- Planetenträger
- 103c
- Planetenrad
- 103d
- Sonnenrad
- 105
- Gehäuse
- 107
- Sonnenwelle
- 109
- Hohlwelle
- 111
- Passverzahnung
- 201
- Biegelinie
- 203
- Fortsatz
- 301
- Absatz
