DE202004021807U1

DE202004021807U1 - Planetengetriebe als Vorstufe für einen großen Windturbinengenerator

Info

Publication number: DE202004021807U1
Application number: DE202004021807U
Authority: DE
Original assignee: OSRO GmbH; Rem Technologies Inc
Current assignee: OSRO GmbH; Rem Technologies Inc
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2004-05-28
Publication date: 2011-03-10
Anticipated expiration: 2014-05-29
Also published as: BRPI0410848B1; EP2110203A1; NO20055419L; EP2106881B2; PL1646477T3; BRPI0410848A; EP1646477B1; AU2009202133A1; ES2326652T3; CN101786188A; CN101780570A; AU2004245513A1; KR100873232B1; CA2527311C; PT1646477E; AU2009202133A8; EP2311605A1; NO328883B1; DK1646477T3; DK2106881T3

Abstract

Planetengetriebe als Vorstufe für einen großen Windturbinengenerator, umfassend ein Hohlrad, zwei oder mehr Planetenräder und ein Sonnenrad, wobei eines der Zahnräder oder mehrere Zahnräder eine Vielzahl von Zähnen umfassen, die eine superfinishbearbeitete Oberfläche mit einer Oberflächenrauigkeit von R_a = 0,25 μm oder weniger aufweisen.

Description

Hintergrund der Erfindung
Diese Erfindung betrifft eine neue verbesserte Antriebsplanetenstufe für ein großes Getriebe. Die in dieser Erfindung angeführte Antriebsplanetenstufe ist für einen Windturbinenstromgenerator mit einer Nennleistung von 500 kW und größer.
Windturbinenstromgeneratoren werden als eines der kosteneffektivsten und umweltfreundlichsten Verfahren zur Erzeugung von Elektrizität betrachtet. Einzelne Windturbinen werden derzeit für elektrische Energieerzeugung von über 5 MW entwickelt und gebaut. Ein Schlüsselteil der meisten Windturbinen sind ihre Getriebe, die variierenden hohen Belastungen bei geringen Geschwindigkeiten unterworfen sind und eine rechnerische Lebensdauer von 20 Jahren haben. Alles, was diesen Getrieben mehr Lebensdauer und Effizienz gibt, wird von Windturbinenherstellern und -betreibern sehr begehrt.
Moderne große Windturbinengeneratoren (500 kW und größer) sind massive Vorrichtungen, die üblicherweise als Vorstufe große Planetengetriebesysteme verwenden. Diese schweren Getriebe, die auf hohen Türmen montiert sind, welche oft an entlegenen Orten wie auf einem Berg oder Off-shore gelegen sind, sind heftigen Schwankungen hinsichtlich der Windbedingungen und der Temperatur und oft einer korrosiven Meerwasserumgebung und/oder abrasiven Teilchen ausgesetzt. Ein Getriebeausfall kann den Ausbau des Getriebes unter Verwendung gigantischer Ausrüstung und das Instandsetzen beim Hersteller gefolgt von dem Wiedereinbau am entlegenen Ort erfordern. Der gleichzeitige Verlust von Stromerzeugung ist ebenfalls ein kostspieliges Ereignis für sich selbst.
Hersteller erkennen, dass das Entfernen von Rauheitsspitzen von den Kontaktflächen der Getriebezähne vor Volllastbetrieb die Lebensdauer des Getriebes erhöht. Es gibt zwei offensichtliche Vorteile, Rauheitsspitzen zu entfernen. Erstens wird dies den Umfang von Metall-zu-Metall-Kontakt reduzieren, welcher Abrieb im Schmiermittel erzeugt und bekannt ist, für die Zahnräder und Lager zerstörend zu sein. Zweitens verbessert es das Materialverhältnis (R_mr), welches ein Maß für die Größe der zur Verfügung stehenden Getriebezahnoberfläche ist, um die Last zu tragen. Die Industrie nahm an, dass jede Technik, um die Rauheitsspitzen zu entfernen, äquivalent ist, solange kein offensichtlicher metallurgischer Schaden oder keine wesentliche Änderungen der Führungs- und Profilform stattfindet. Zahnradhonen wird z. B. oft in der Raumfahrtindustrie verwendet, um Erhebungen der Rauheitsspitzen zu reduzieren. Honen könnte eine Überlegung für Windturbinengetriebe gewesen sein; außer, dass es für so große Zahnräder unerschwinglich ist, da die meisten Ausrüstungen zum Honen auf das Bearbeiten von Zahnrädern mit einem Durchmesser von 12 Zoll oder weniger beschränkt sind. Daher haben heutige Windturbinengetriebezahnräder typischerweise geschliffene Zahnflanken und es wird empfohlen, sie mit einem Einlaufverfahren zu betreiben, um die Rauheitsspitzen von den Kontaktoberflächen zu entfernen.
Über mehrere Jahre wurde gelehrt, dass optimale Leistungsvorteile für Lager erzielt werden, wenn die aufeinander treffenden Kontaktoberflächen beide auf eine mittlere arithmetische Rauigkeit (R_a) von weniger als etwa 0,075 μm unter Verwendung chemisch beschleunigten Gleitschleifens isotrop superfinishbearbeitet werden.
In gleicher Weise haben Zahnräder in Autorennsportantriebssystemen, die unter hohen Belastungen mit hohen Umfangsgeschwindigkeiten arbeiten, von diesem isotropen Superfinishbearbeitungs-Verfahren durch Zahnoberflächengüten mit R_a von 0,3 μm bis geringer als 0,025 μm profitiert. Solche superfinishbearbeiteten Zahnräder zeigen reduzierte Kontaktmüdigkeit, Betriebstemperatur, Reibung, Geräusch und Vibration.
Superfinishbearbeiten ermöglicht die Ausbildung von hydrodynamischer Schmierung (HL) oder elastohydrodynamischer Schmierung (EHL). HL existiert, wenn, durch einen kontinuierlichen Schmiermittelfilm bedingt, eine vollständige Trennung der ineinandergreifenden Getriebeverzahnung während des Betriebs vorhanden ist. EHL existiert bei hoch belasteter ineinandergreifender Getriebeverzahnung im Betrieb, wenn die Bildung des trennenden Fluidfilms durch elastische Verformung der Kontaktoberflächen beeinflusst ist. Somit zeigen mit HL oder EHL superfinishbearbeitete Autorennsportantriebssystemen während ihres Hochgeschwindigkeits- und Hochbelastungsbetriebs fast keinen Metall-auf-Metall-Kontakt der ineinandergreifenden Zähne.
Im scharfen Gegensatz zu Autorennsportantriebssystemen arbeiten die Zahnräder der Antriebsplanetenstufe, die in der Windturbinenstromerzeugungsindustrie verwendet werden, unter signifikant anderen Bedingungen. In Windturbinenanwendungen sind die Zahnräder sehr hohen variierenden Belastungen bei geringen Umfangsgeschwindigkeiten ausgesetzt, sodass Grenzschmierung statt hydrodynamischer (HL) oder elastohydrodynamischer Schmierung (EHL) prognostiziert wird. Grenzschmierung existiert, wenn die ineinandergreifende Getriebeverzahnung während des Betriebs mit einem Fluid benetzt ist, aber die Schmiermittelfilmdicke geringer als die Summe der Rauigkeiten der aufeinander treffenden Oberflächen ist. Daher kann der Schmiermittelfilm von den Rauheitsspitzen durchdrungen werden und Metall-auf-Metall-Kontakt erzeugt Metallabrieb von den Getriebezähnen. Traditionell hergestellte geschliffene Windturbinengetriebezahnräder (siehe „Standard for Design and Specification of Gear Boxes for Wind Turbines,” ANSI/AGMA/AWEA 6006-A03) sollen nach dem unten beschriebenen Einlaufverfahren eine Oberflächengüte von R_a = 0,5–0,7 μm erzielen. Der Fachmann erkennt jedoch, dass ein traditionell hergestelltes Hohlrad eine viel höhere Oberflächengüte haben wird. Durch den AGMA-Standard wird empfohlen, dass die Oberflächengüte dieses Zahnrades R_a > 1,6 μm nicht übersteigt. Oberflächenguten von 0,5–0,7 μm werden als ausreichend betrachtet, um den meisten Metall-auf-Metallflanken-Kontakt zu vermeiden. Man glaubte auch, dass diese Oberflächenbeschaffenheit zu signifikantem Schmiermittelrückhalt führen würde, der für die sich langsam bewegenden Getriebezahnräder benötigt wird, und dass somit die besten Schmiermittelbeschaffenheiten erzielt werden würden. Jedoch ist eine Hauptursache für einen Windturbinengetriebeausfall ein Defekt der Lager. Selbst mit Einlaufen, das die obigen Oberflächenguten erzielt, wird Metall-auf-Metall-Zahnkontakt auf den Zähnen der Planetengetriebestufe fortgesetzt und Abrieb im Schmiermittel erzeugt, welcher in der Folge zu den raschen Lagerdefekten beiträgt.
Im Gegensatz dazu wurde gelehrt, dass chemisch beschleunigtes Gleitschleifen auf eine Beschaffenheit von R_a < 0,3 μm zu glatt für große Windturbinengeneratoren sei, da die Zahnflanken ungenügenden Schmierstoffrückhalt für den Betrieb bieten würden und Zahndefekte wurden vorhergesagt. Somit war es fraglich, ob Superfinishbearbeitung unter Verwendung von chemisch beschleunigtem Gleitschleifen der Antriebsplanetenstufe irgendeinen Leistungswert zum Getriebe hinzufügen würde oder nicht. Nur lange und kostenaufwändige Versuche unter Einsatzbedingungen konnten eine Antwort liefern.
Zusätzlich dachte der Fachmann, dass die großen schweren Zahnräder, die eine Antriebsplanetenstufe eines großen Windturbinengenerators bilden, nicht mit einer Gleitschleifanlage, wie sie in den chemisch beschleunigten Gleitschleifverfahren verwendet wird, bearbeitet werden kann. Diese Gleitschleifanlage ist entweder in einer Behälter- oder Trogform. Die Zahnräder der Antriebsplanetenstufe haben typischerweise 200 kg oder mehr für Generatoren mit einer Nennleistung von 500 kW oder größer. Dieses Zahnradgewicht wurde als über dem normalen Betriebsbereich für eine Gleitschleifanlage angesehen.
Insbesondere wurde gedacht, dass ein großes Hohlrad (Außenzahnrad), das zwischen 400 und mehr als 5000 kg wiegt, in einem großen Vibrationsbehälter nicht superfinishbearbeitet werden könnte. Ein Fachmann hätte vorhergesagt, dass ein solches massives Zahnrad mit seiner relativ kleinen Querschnittsfläche sofort zum Boden des Behälters gesunken wäre, wobei die Auskleidung, das Zahnrad oder beides beschädigt worden wäre. Zusätzlich hätte man erwartet, dass das schwere Zahnrad erhebliche Mengen der Keramikmedien, die in der Gleitschleifanlage verwendet werden, aufgrund des hohen Drucks, der auf die Medien ausgeübt wird, zerbricht. Die Bruchstücke, die durch das Zerschlagen der Keramikmedien erzeugt werden, hätten scharfe Spitzen und Kanten. Statt dem Glätten der kritischen Kontaktflächen der Getriebezähne auf einen superfinishbearbeiteten Zustand wurde für diese Medienfragmente vorhergesagt, diese Oberflächen zu beschädigen, was zu aufgerauten, ausgemeisselten und sogar verbeulten Oberflächen führt, insbesondere in der Nähe des Behälterbodens, wo der Druck am größten ist,. Der Schaden wäre wesentlich vergrößert für weichere, durchgehärtete (32–40 HRC) Hohlräder. Der erwartete hohe Anteil an Medienschwund durch Bruch würde auch inakzeptable Bearbeitungskosten hinzufügen sowie das Problem des Verstopfens und Blockierens der Abflüsse der Bearbeitungsmaschine verursachen.
Zusätzlich hätte man bei der Bearbeitung des Hohlrades erwartet, dass eine Veränderung in der Intensität des Mediendrucks über die Breite der Getriebezähne vorhanden wäre. Der Druck der Medien auf die Getriebezähne in der Nähe des Behälterbodens ist größer als der Druck der Medien in der Nähe der Oberseite. Daher würde man erwarten, dass mehr Material von den Getriebezähnen in der Nähe des Bodens als in der Nähe der Oberseite entfernt werden würde. Das durch Vibration bearbeitete Hohlrad könnte daher am Ende außerhalb der Maßtoleranzen liegen. Dies könnte teilweise gemildert werden, indem das Zahnrad nach der halben Bearbeitungszeit entfernt wird, umgedreht in den Behälter zurückgegeben und der Prozess fortgesetzt wird. Es sollte jedoch erwähnt werden, dass das Umdrehen eines solchen großen Zahnrades zeitaufwändig und potentiell gefährlich ist. Auch würde ein Teil der mittigen Breite der Getriebezähne über die doppelte Verfahrensdauer bearbeitet werden, was möglicherweise eine resultierende Veränderung in der Zahngeometrie bewirkt. Jeder der oben erwähnten Nachteile würde vorausgesagt werden, um dieses Superfinishbearbeitungsverfahren für große Hohlräder kommerziell unpraktisch und unberechenbar zu machen.
Ähnliche Nachteile würden für das chemisch beschleunigte Gleitschleifen der anderen Zahnräder, die die Antriebsplanetenstufe eines Windturbinengetriebes bilden, erwartet werden. Diese Zahnräder, bekannt als Planeten- oder Sonnenräder, sind ähnlich massiv, wobei sie jeweils über 200 kg wiegen. Daher hätte der Fachmann vorhergesagt, dass sie in Gleitschleifanlagen nicht bearbeitet werden können, gleich ob in Behältern oder Trögen. Die Windturbinenindustrie konnte daher die Vorteile dieses Superfinishbearbeitungsverfahrens für die Antriebsplanetenstufe des Getriebes nicht erkennen.
Es sollte angemerkt werden, dass es erwünscht ist, durchgehärtete Hohlräder anstelle von gasnitrierten oder gasaufgekohlten Hohlrädern in der großen Antriebsplanetengetriebestufezu verwenden. Durchgehärtete Hohlräder sind günstiger herzustellen.
Gasnitrieren ist teuer, zeitintensiv und erzeugt eine sehr harte spröde „weiße Schicht” auf den Zahnoberflächen. Erfahrene Personen auf dem Gebiet erkennen, dass diese weiße Schicht vor der Verwendung des Zahnrades entfernt werden muss. Die Entfernung der weißen Schicht durch Schleifen ist jedoch ein großer Aufwand und beinhaltet das Risiko, das Hohlrad zu beschädigen. Alternativ ist die Entfernung der weißen Schicht durch eine chemische Lösung ein sehr gewagter und umweltunfreundlicher Vorgang.
Bei der Gasaufkohlung ist aufgrund der erheblichen Verwerfung aus dem Wärmebehandlungsverfahren ein abschließendes Schleifen der Zähne erforderlich, was ebenfalls ein teures Verfahren ist. Ferner erfordert nach dem abschließenden Schleifen das gasaufgekohlte Hohlrad eine Schleifbrandüberprüfung, ein anderes gewagtes und umweltunfreundliches Verfahren.
Zusätzlich sind durchgehärtete Hohlräder nicht nur günstiger herzustellen, sondern sie können auch geometrisch genauer sein, verglichen mit nitrierten oder aufgekohlten Hohlrädern. Dies ist sehr vorteilhaft, indem die verbleibenden Räder des Planetenradsatzes routinemäßig mit hoher geometrischer Genauigkeit hergestellt werden. Wenn ein genaueres, weniger teures durchgehärtetes Hohlrad mit sehr genauen Planeten- und Sonnenrädern betrieben werden kann, kann daher der resultierende Planetenradsatz hocheffizient und von ausreichender Lebensdauer sein. Wenn das durchgehärtete Hohlrad unter Verwendung von chemisch beschleunigtem Gleitschleifen superfinishbearbeitet werden könnte, würden seine Zähne einen ausreichenden Oberflächentraganteil aufweisen und in der Lage sein, in HL oder EHL-Bereichen zu arbeiten und dadurch die Erzeugung von Abrieb zu reduzieren. Wenn daher superfinishbearbeitete durchgehärtete Hohlräder kombiniert mit superfinishbearbeiteten Planeten- und Sonnenrädern zufriedenstellend bei mit Windturbinen erzeugten Belastungen und Geschwindigkeiten arbeiten können, wäre das Ergebnis eine höherwertige Antriebsplanetengetriebestufe. Alternativ wäre, wenn die Planeten- und Sonnenräder superfinishbearbeitet werden könnten und mit einem nicht-superfinishbearbeiteten Hohlrad zusammentreffen, unabhängig von seiner metallurgischen Wärmebehandlung, das Ergebnis eine verbesserte Antriebsplanetengetriebestufe für einen Windturbinengenerator mit einer Nennleistung von 500 kW und größer. Daher wird die Superfinishbearbeitung einiger oder vorzugsweiser aller Zahnräder in der Antriebsplanetenstufe zu einer Reduktion oder Eliminierung von Abrieb im Schmiermittel, erzeugt von den Getriebezähnen, führen und dadurch eine Schadensursache für die Lager reduzieren oder eliminieren.
Tatsächlich hatten Getriebehersteller für große Windturbinenstromgeneratoren nur eine durchführbare Möglichkeit zur Reduzierung von Rauheitsspitzen nach dem Schleifen, und das war das Einlaufverfahren. Im Einlaufverfahren werden die Zahnräder im zusammengebauten Zustand durch Betätigen des Getriebes unter verschiedenen Lasten und Geschwindigkeiten geglättet, sodass die Rauheitsspitzen im Kontaktbereich abscheren oder sich selbst plastisch verformen. Es sollte erwähnt werden, dass dies auch der ökonomischste Weg war, da das Getriebe sowieso unter Belastungsbedingungen vor seiner Auslieferung und Installation an seiner Enddestination getestet und zertifiziert werden musste. Die Einlauf- und Testphase kann gleichzeitig an demselben Prüfstand durchgeführt werden. Die AGMA/AWEA & The Danish Energy Agency zum Beispiel haben schriftliche Richtlinien für die Konstruktion von Windturbinengetrieben und betonen die Notwendigkeit des Einlaufens. Die Auswirkungen der Oberflächenbearbeitung auf die Getriebezahnhaltbarkeit wird kurz abgehandelt, aber der Methodik des Glättens der Oberfläche wird keine Beachtung geschenkt. Diese Ansicht, dass das Verfahren zur Entfernung der Rauheitsspitzen irrelevant sei, wird allgemein durch diese Industrie sowie andere Getriebehersteller geteilt.
Ein ideales Einlaufverfahren erfordert den Einsatz des Getriebes bei verschiedenen Belastungen und Geschwindigkeiten zur Simulierung der tatsächlichen Betriebsbedingungen, um die Rauheitsspitzen über die gesamte lasttragende Oberfläche zu glätten. Aber das Reproduzieren aktueller Betriebsbedingungen auf einem Prüfstand ist nicht nur nahezu unmöglich, sondern auch untauglich, sowohl aufgrund der Ausrüstungs-, Zeit- als auch Kostenbeschränkung. Während des Einlaufvorgangs wird die Ölfilmdicke oft zweckmäßig reduziert, um mehr Rauheitsspitzenkontakt zuzulassen und dadurch zu einer glatteren Oberfläche zu gelangen. Nachdem das Einlaufverfahren abgeschlossen ist, sollten das Getriebeeinlaufschmiermittel und das Filtersystem gewartet werden. Typischerweise wird das Schmiermittel abgelassen, das Getriebe durchgespült und mit frischem Schmiermittel ersetzt und der Filter, der den Metallabrieb, der während des Einlaufprozesses erzeugt wurde, auffängt, wird gereinigt oder ersetzt. Leider kann selbst während des Einlaufens dieser Metallabrieb ernsten Schaden an den Lagern und den Zahnradkontaktflächen vor dem Sammeln in einem Filter verursachen. Und die meisten Filter sind nur geeignet, die größten Abriebpartikel zurückzubehalten und erlauben den Durchgang von feineren Partikeln. Diese feinen Partikel sind immer noch in der Lage, Oberflächenschäden insbesondere an den Getriebelagern zu verursachen.
Unabhängig davon, wie gründlich oder vorsichtig der Einlaufvorgang durchgeführt wurde, hinterlässt dieses Verfahren auch mikroskopische Materialbelastungen (Spannungsverursacher) an den Getriebezahnkontaktbereichen aufgrund der hohen Spannungen, die erzeugt werden, um die Rauheitsspitzen mechanisch abzuscheren, abzubrechen oder elastisch zu verformen. Diese Spannungsverursacher wirken als Ausgangspunkte für zukünftige Kontaktermüdungsbrüche oder Micropitting.
Folglich zeigen die Antriebsplanetengetriebe selbst nach dem Einlaufen oft während der frühen Periode des Einsatzbetriebes Micropitting. Micropitting selbst ist auch eine andere Ursache für Metallabrieb, der weiteren Schaden an den Lagern und den Zahnradkontaktflächen verursachen kann, da der Metallabrieb nicht unmittelbar oder vollständig durch das Filtersystem aufgefangen wird. Man sollte betonen, dass selbst mikroskopische Metallabriebpartikel, die durch einen 10 μm-Filter hindurchgehen können, immer noch groß genug sind, um Schaden zu verursachen. Micropitting ist bekannt, ein Indikator für mögliche zukünftige Zahnraddefekte und/oder ernste Verschleißprobleme zu sein. Wann immer gravierender Verschleiß auftritt, ist das Getriebezahnprofil verändert, was zu erhöhter Vibration und Lärm führt, womit das Getriebesystem einer erhöhten Belastung ausgesetzt ist.
Außerdem glätten die Einlaufvorgänge typischerweise nur die Antriebsseite des Hohlrades und des Sonnenrades, während sie die auslaufenden Flanken dieser Getriebezähne, wie maschinell hergestellt, belassen. Unter ungünstigen Betriebsbedingungen, wie starken Windböen oder Turbinenbremsung, kann die Belastung der ablaufenden Flanke hoch genug sein, um Kontakt durch Oberflächenunebenheiten zu erzeugen und zu schädlichem Metallabrieb beizutragen. Mittels chemisch beschleunigtem Gleitschleifen superfinishbearbeitete Zahnräder sind jedoch auf beiden Seiten der Zahnkontaktflächen geglättet.
Es muss nochmals betont werden, dass die Industrie für die tatsächlich optimale Oberflächenbearbeitung oder für das Verfahren zur Erzeugung solcher optimalen Oberflächen, um die Getriebehaltbarkeit zu verbessern, keinen Hinweis gegeben hat. Stattdessen hat sie hauptsächlich auf Einlaufvorgänge vertraut, um die Getriebezahnkontaktflächen auf einen Zustand zu glätten, der als zufriedenstellend betrachtet wurde.
Zusammenfassung der Erfindung
Offenbart ist hier ein verbessertes, großes Planetengetriebesystem, das in der Vorstufe von Windturbinenstromgeneratoren verwendet wird. Dieses verbesserte Planetengetriebesystem reduziert oder eliminiert Abrieb im Schmierstoff, der herkömmlicherweise von den Getriebezähnen erzeugt wird, und eliminiert damit eine beginnende Ursache für Lagerschäden. Um diese Ergebnisse zu erzielen, werden einige und vorzugsweise alle Getriebezähne in dem Planetengetriebesystem unter Verwendung von chemisch beschleunigtem Gleitschleifen auf eine Oberflächenrauigkeit von etwa 0,25 μm oder weniger superfinishbearbeitet.
Insbesondere wird eine neue Lehre offenbart, um das massive Hohlrad, insbesondere ein durchgehärtetes Hohlrad, das horizontal in einem Vibrationsbehälter platziert ist, superfinishzubearbeiten.
Man wird verstehen, dass die hier offenbarten Erfindungslehren für alle anderen Anwendungen von großen Planetengetriebetypen nützlich sind. In gleicher Weise sind die Lehren dieser Erfindung auf einige oder alle Zahnräder anderer großer nichtplanetarischer Getriebetypen anwendbar, wo aufgrund herkömmlicher Zahnschleifbearbeitungen Grenzschmiermittelsysteme existieren. Die Zahnradtypen in diesen Getrieben, wie Stirnrad, Schraubenrad, Kronenrad, Kegelrad und dergleichen, ist für das hier offenbarte erfinderische Konzept nicht wichtig.
Für den Fachmann ist es leicht erkennbar, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen offensichtlicher Natur gemacht werden können und alle solche Modifikationen und Änderungen als in den Bereich der Ansprüche fallend betrachtet werden. Andere Ausführungsformen der Erfindung werden für den Fachmann aus der Betrachtung der Beschreibung und der Durchführung der hier offenbarten Erfindung offensichtlich. Beispiele sind Superfinishbearbeiten von allen Zahnrädern und/oder aller Lager innerhalb dieser Typen großer Getriebe. Die speziell beschriebenen Ausführungsformen sind jedoch nicht gedacht, beschränkend zu sein, sondern sind für die erfinderische Lehre nur veranschaulichend.
Das einzigartige und wesentliche Merkmal der erfindungsgemäßen Lehre ist der Oberflächennivellierungsmechanismus, der verwendet wird, um die Oberflächengüte zu erzielen. Eine chemische Lösung wird in Verbindung mit keramischen Medien in dem Vibrationsbehälter oder dem Vibrationstrog verwendet. Wenn sie in die Anlage eingebracht wird, reagiert diese chemische Lösung mit dem Metall und erzeugt eine stabile weiche Umwandlungsschicht über den Oberflächenunebenheiten (Spitzen und Täler) der Getriebezähne. Die Reibbewegung über den Flanken der Getriebezähne, die durch die Anlage und die Medien entsteht, reibt wirkungsvoll die Umwandlungsschicht von den „Spitzen” der Oberflächen ab, aber lässt die „Täler” unberührt. Die Umwandlungsschicht wird während dieses Schrittes kontinuierlich wieder gebildet und abgerieben, wobei ein Oberflächennivellierungsmechanismus erzeugt wird. Dieser Mechanismus wird in der Vibrationsanlage fortgesetzt, bis die gewünschte Oberflächengüte erreicht ist. An diesem Punkt wird die aktive Chemie abgedreht und typischerweise mit einer Polierlösung gespült, welche mit dem Basismetall nicht reagiert. Während dieses Schritts wird die Umwandlungsschicht ein letztes Mal von den Getriebezahnflanken abgerieben, um die fertig bearbeiteten Zahnräder für die Antriebsplanetengetriebestufe bereitzustellen. Und schließlich, weil das Verfahren wasserbasierend ist, etwa bei Raumtemperatur und offener Atmosphäre durchgeführt wird, gibt es keine Gelegenheit des Anlassens des Zahnrades mit chemisch beschleunigtem Gleitschleifen. Daher ist nach der Superfinishbearbeitung mit der vorliegenden Erfindung Schleifbrandinspektion nicht erforderlich.
Da die Rauheitsspitzen vor dem Einbau entfernt werden, werden keine Mikrospannungen wie in dem herkömmlichen Einlaufglättungsverfahren eingebracht. Tatsächlich wird die Notwendigkeit für das Einlaufen stark reduziert oder vollständig eliminiert. So werden die Probleme des Micropittings und des Fressens der Zahnradoberflächen reduziert oder eliminiert. Auch erzeugen die Zahnräder, die nach der vorliegenden Erfindung bearbeitet sind, keinen signifikanten Metallabrieb beim Anlaufen oder nachdem sie über eine längere Zeitdauer in Betrieb waren und somit wird verhindert, dass Metallabrieb die Lager beschädigt. Dies erlaubt auch längere Intervalle zwischen den Schmiermittelwartungen. Da die Glättung der Oberflächen auch die Reibung reduziert, tragen die Zahnräder nicht zur typischen Einlauftemperaturspitze bei, die für eine reduzierte Haltbarkeit des Schmiermittels, der Lager und der Dichtungen verantwortlich ist. Lärm und Vibration können ebenfalls aus zwei Gründen erwartet werden, reduziert zu sein. Erstens wird eine Reduzierung der Reibung weniger Vibration und Lärm bewirken. Zweitens bedeutet eine Reduzierung des Verschleißes, dass der Übersetzungsfehler mit der Zeit konstanter bleibt und daher wird der Lärm ebenfalls nicht zunehmen.
Vor dieser Erfindung wurden Bestrebungen, die Haltbarkeit von Getrieben für Windturbinenstromgeneratoren zu verbessern, durch Oberflächenschleifen der Getriebezähne, gefolgt durch Einlaufen, erzielt, wobei das Getriebe bei unterschiedlichen Belastungen und Geschwindigkeiten betrieben wurde. Einlaufen kann die Rauheitsspitzen von einigen der sich berührenden Getriebezahnflächen entfernen, hat aber mehrere gravierende Nachteile wie oben erwähnt, wenn es mit der vorliegenden Erfindung verglichen wird. Entsprechend sind mehrere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Zahnschleif- und Einlaufverfahren anwendbar auf Windturbinenstromgeneratoren mit einer individuellen Stromkapazität von 500 kW und größer:

1. eine verbesserte Antriebsplanetenstufe bereitzustellen, die die gesamten Zahnflanken superfinishbearbeitet, was schädigenden Metallabrieb, der durch die Zahnräder während des Einlaufens oder während des tatsächlichen Betriebs erzeugt wird, reduziert oder eliminiert;
2. eine verbesserte Antriebsplanetenstufe bereitzustellen mit signifikant reduziertem oder eliminiertem Metallabrieb, der normalerweise von den Getriebezähnen erzeugt wird, wobei dadurch eine beginnende Ursache für Lagerschäden reduziert oder eliminiert wird;
3. eine praktische und kosteneffektive Lehre zum Superfinishbearbeiten der großen Hohlräder, insbesondere durchgehärteter Hohlräder mit hoher geometrischer Genauigkeit bereitzustellen unter Verwendung chemisch beschleunigten Gleitschleifens auf eine ausgezeichnete Oberflächengüte mit einem niedrigeren R_a, einem erhöhten R_mr und einer signifikanten Reduktion von Spannungserhöhern;
4. eine verbesserte Antriebsplanetenstufe bereitzustellen, da nun einige und vorzugsweise alle Zahnradflanken jeglichen Zahnradtyps mit 200 kg und größer auf einen R_a von 0,25 μm oder weniger unter Einhaltung von Maßtoleranzen superfinishbearbeitet werden können;
5. eine verbesserte Antriebsplanetenstufe mit signifikant reduziertem Micropitting und Fressen bereitzustellen, was zu zukünftigem Macropitting, Verschleiß und schließlich Defekt der Zähne und Lager führen kann;
6. eine Lehre bereitzustellen, welche gleichzeitig die Antriebs- und ablaufende Seite aller Zahnräder und insbesondere die Zähne des Hohlrades und Sonnenrades superfinishbearbeitet, wobei wiederum das Potential für schädlichen Metallabrieb reduziert oder eliminiert wird;
7. eine verbesserte Antriebsplanetenstufe mit einer signifikant reduzierten Temperaturspitze bereitzustellen, die während des Einlaufens oder dem frühen Lastbetrieb die Metallurgie, das Schmiermittel und die Dichtungen beschädigen kann;
8. eine verbesserte Antriebsplanetenstufe mit signifikant reduzierter Vibration und/oder Lärm bereitzustellen, verursacht durch Reibung und/oder Zahnprofiländerungen aufgrund von Verschluß;
9. eine verbesserte Antriebsplanetenstufe bereitzustellen, die Zahnräder mit einem erhöhten Materialverhältnis (R_mr) an den Zahnkontaktflächen hat, was eine größere Energiedichte erlaubt;
10. eine verbesserte Antriebsplanetenstufe bereitzustellen, die eine Rationalisierung oder Eliminierung des Einlaufverfahrens erlaubt;
11. eine Lehre bereitzustellen, die keine Schleifbrandinspektion erfordert, nach dem die Zahnräder superfinishbearbeitet wurden;
12. ein chemisch beschleunigtes Gleitschleifverfahren bereitzustellen, das auf alle Arten von Zahnrädern mit 200 kg und größer in allen Arten von Getrieben, die in Grenzschmierbereichen arbeiten, anwendbar ist, sodass die Superfinishbearbeitung Abrieb in Schmiermitteln reduziert oder eliminiert; und
13. ein verbessertes großes Getriebe zu schaffen, wo einige oder vorzugsweise alle Zahnräder und/oder Lager superfinishbearbeitet sind, um Abrieb in Schmiermittel zu reduzieren oder eliminieren.

Weitere Ziele und Vorteile werden bei Berücksichtigung der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen verständlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Zeichnung des Querschnitts eines Planetengetriebes mit drei Planetenrädern.
2a ist eine Zeichnung eines Getriebezahns, der den Zahnkontaktbereich zeigt.
2b ist eine Zeichnung des Querschnitts von zwei Getriebezähnen.
3 ist eine Zeichnung des Vibrationsbehälters, der Medien enthält, die verwendet werden, um das Hohlrad superfinishzubearbeiten.
4 ist eine Zeichnung des Vibrationsbehälters, die die ideale Position für das Hohlrad während des Superfinishbearbeitungsverfahrens veranschaulicht.
5 ist eine Zeichnung, die die Stelle veranschaulicht, an welcher die chemischen Lösungen während des Superfinishbearbeitungsverfahrens zugeführt werden.
6 sind die Oberflächenparameter und das Profil, die an einer typischen maschinell hergestellten/geschliffenen Flanke eines Hohlradzahnes gemessen werden.
7 sind die Oberflächenparameter und das Profil, die an einer typischen superfinishbearbeiteten Flanke eines Hohlradzahnes unter Verwendung der vorliegenden Erfindung gemessen werden.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 ist eine Zeichnung einer Antriebsplanetenstufe, die typischerweise in Windturbinengetrieben verwendet wird. Sie besteht aus einem Hohlrad (1), zwei oder mehr Planetenrädern (2) und einem Sonnenrad (3). Die Zähne (4) jedes Zahnrads sind superfinishzubearbeiten. Die 2a ist eine dreidimensionale Ansicht eines einzelnen Getriebezahnes (4) und 2b zeigt einen zweidimensionalen Querschnitt von zwei Getriebezähnen (4). Die Getriebezähne (4) bestehen aus der Flanke (5), die die Arbeits- oder Kontaktseite des Getriebezahnes bildet, der oberen Anschlussfläche (6), welche die obere Fläche des Getriebezahns bildet, der unteren Anschlussfläche (7), welche die Fläche am Boden des Raumes zwischen aneinander grenzenden Zähnen bildet, der Wurzelausrundung (8), welche den abgerundeten Abschnitt an der Basis des Getriebezahnes zwischen der Zahnflanke (5) und der unteren Anschlussfläche (7) bildet. Der kritischste Bereich ist das Zahnkontaktmuster (9), welches den Oberflächenbereich eines Getriebezahnes bildet, der mit seinem Gegenspieler in Kontakt war, wenn die Zahnräder im Betrieb sind. In der vorliegenden Erfindung sind eines oder mehrere der Planetengetriebezahnräder eines Windturbinengetriebes, bestehend aus dem Sonnen- (3), den Planeten- (2) und dem Hohlrad (1), auf ihrer Antriebs- und Abtriebseite unter Verwendung chemisch beschleunigter Oberflächenbearbeitung in einem Vibrationsbehälter oder einem Vibrationstrog auf ein R_a von 0,25 μm oder weniger superfinishbearbeitet.
Allgemeine Beschreibung des Superfinishbearbeitungsverfahrens
Eine allgemeine Beschreibung des Superfinishbearbeitungsverfahrens erfolgt in den gemeinsam besessenen US Patenten Nr. 4,491,500 und 4,818,333 und US Patent Anmeldungen Nr. 10/071,533, 09/758,067 und 10/684,073, von denen jedes durch Bezugnahme hier einbezogen wird. Eine aktive Chemie wird der Gleitschleifanlage zugeführt, die fähig ist, das Metall des Zahnrades in eine Zusammensetzung eines Films reduzierter Härte umzuwandeln, der physikalisch und chemisch stabil ist und visuell wahrnehmbar oder nicht wahrnehmbar sein kann. Dieser Film ist als eine Umwandlungsschicht bekannt. Wenn dieser Film auf der Oberfläche des Zahnrades entsteht, wird die Wirkung der Medienelemente auf das Zahnrad nur den Film von den Rauheitsspitzen des Zahnrades entfernen, wobei die vertieften Bereiche der Schicht intakt bleiben. Durch konstantes Benetzen der Metalloberfläche mit der aktiven Chemie wird sich die stabile Schicht kontinuierlich wieder bilden, wobei jene Bereiche bedeckt werden, bei denen das blanke, darunterliegende Metall gerade freigelegt wurde, um eine neue Schicht des relativ weichen Films zu bilden. Wenn dieser Abschnitt höher bleibt als die angrenzenden Bereiche, wird er kontinuierlich weggerieben werden, bis jegliche Rauhigkeit praktisch verschwunden ist.
Die Menge an verwendeter aktiver Chemielösung wird nur jene sein, die alle Oberflächen der behandelten Teile in einem benetzten Zustand hält, um eine kontinuierlich und praktisch ununterbrochene Wiederbildung jeglicher Schicht, die durch den Reibvorgang entfernt wurde, sicherzustellen. Wie dem Fachmann klar sein wird, wird die Menge jeglicher Medien, die verwendet werden, von zahlreichen Faktoren abhängen, wie der Oberflächeneigenschaft, der Fläche, dem Gewicht und der Zusammensetzung der zu behandelten Zahnräder, der Zusammensetzung der Lösung, die für die Umwandlungsschicht verwendet wird, den Betriebstemperaturen, dem Grad und dem Maß der Verfeinerung, die zu erzielen ist, usw.
Obwohl die Eigenschaften, die die auf dem Zahnrad erzeugte Umwandlungsschicht aufweist, von wesentlicher Bedeutung für die erfolgreiche Durchführung des vorliegenden Verfahrens sind, ist die Formulierung der aktiven Chemie, die verwendet wird, um die Schicht zu erzeugen, dies nicht. Die Zusammensetzung muss geeignet sein, unter den Betriebsbedingungen rasch und effektiv relativ weiche Reaktionsprodukte des Basismetalls zu erzeugen und die Schicht muss im Wesentlichen im flüssigen Medium unlöslich sein, um sicherzustellen, dass die Entfernung hauptsächlich eher durch Reiben stattfindet als durch Auflösung. Die aktive Chemie wird im Allgemeinen aus Wasser und bis zu etwa 40 Gew.-% aktiven Inhaltsstoffen bestehen, die im Wesentlichen die Umwandlungschemikalien, aber optional und wünschenswerter Weise auch ein Oxidationsmittel und unter manchen Umständen einen Stabilisator und/oder ein Benetzungsmittel umfassen. Nachdem das gewünschte Maß an Verfeinerung erzielt wurde, wird die aktive Chemie abgedreht. Danach kann eine Polierlösung der Vibrationsanlage zugeführt werden. Die Polierlösung, die mit dem Basismetall nicht reaktiv ist, dient dazu, die Umwandlungsschicht von der Oberfläche zu entfernen und ein glänzendes Aussehen zu erzeugen.
Superfinishbearbeiten der Planeten- und Sonnenräder
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können das Sonnenrad und die Planetenräder in einem der Größe nach geeigneten Vibrationsbehälter- oder Troganlage superfinishbearbeitet werden. Mehrere Zahnräder können mit einer geeigneten Einrichtung gleichzeitig superfinishbearbeitet werden. Es kann eine Vorrichtung verwendet werden, um das Zahnrad (die Zahnräder) zu tragen oder das Zahnrad (die Zahnräder) davon abzuhalten, die Seiten des Vibrationsbehälters oder des -troges während des Betriebs zu berühren. Das Zahnrad (die Zahnräder) wird rasch bewegt, um eine relative Bewegung zwischen dem Zahnrad (den Zahnrädern) und den nicht abrasiven Keramikmedien zu erzeugen. Die Oberflächen des Zahnrades (der Zahnräder) und der Medien werden in einem benetzten Zustand mit einer wässrigen Lösung von FERROMIL^®FML-590 bei 30 v/v % gehalten. Die nicht-abrasiven festen Medienelemente sind von einer Menge, Größe und Form, sodass sie unter den Bedingungen der Bewegung ein einheitliches Medienreiben der Getrieberadzähne erzeugen. Der Prozess wird fortgeführt, bis der Wert der mittleren arithmetischen Rauheit (R_a) 0,25 μm oder geringer ist. Das Zahnrad (die Zahnräder) werden dann poliert, um die Umwandlungsschicht zu entfernen, wobei eine wässrige Lösung von 1,5 v/v % von FERROMIL^®FBC-295 für ein glänzendes Aussehen verwendet wird.
Während die bevorzugte Ausführungsform die Verwendung von nicht-abrasiven Keramikmedien in Erwägung zieht, können ebenso andere Keramikmedien, Kunststoffmedien, Stahlmedien, Edelstahlmedien und Kombinationen verschiedener Arten von Medien verwendet werden, abhängig von den physikalischen Umständen, in die die Oberflächenbearbeitung des Zahnrades eingebettet ist. Es liegt im Können des Fachmanns zu bestimmen, welche Medien oder Kombinationen von Medien in jedem Fall zu verwenden sind.
Superfinishbearbeiten des Hohlrades
Dieses Beispiel lehrt eine Ausführungsform für die Superfinishbearbeitung eines großen Hohlrades (1), das für kommerzielle Windturbinengetriebe mit einer Nennleistung von 500 kW und größer geeignet ist. Das Hohlrad (1) hat das folgende ungefähre Gewicht und die folgenden ungefähren Abmessungen. Es wiegt 1620 kg und hat einen Außendurchmesser von 171 cm, einen Innendurchmesser von 146 cm und eine Flächenbreite von 38,5 cm. Das Hohlrad kann durch Gasaufkohlung oder Gasnitrierung wärmebehandelt sein oder es kann durchgehärtet sein. In 3 ist ein Vibrationsbehälter (10) bis zu ungefähr 2/3 seines Volumens mit einer Mischung aus abrasiven und nicht-abrasiven Keramikmedien (11) gefüllt. Die Mediengröße und -formen sind so ausgewählt, dass eine homogene Mischung an Medien einen einheitlichen Kontakt über die Getriebezahnflanke hat. Die Medienmenge ist auch so ausgewählt, dass sie das bevorzugte Maß an Hebewirkung während der Bearbeitung verleiht, derart, dass das Zahnrad den Boden oder die Seiten des Vibrationsbehälters nicht berührt oder dass die Oberseite des Zahnrades nicht über das Niveau der Arbeitsmedieni hinausragt. Die Motorgewichte sind auf einen Führungswinkel von ungefähr 85° eingestellt.
Das Hohlrad (1) wird horizontal über den zentralen Dom (12) des Vibrationsbehälters (10) auf die stationäre Medienmasse (11) gelegt, wobei mit angemessener Sorgfalt darauf geachtet wird, das Hohlrad relativ zur Mitte des Behälters zu zentrieren. Wie in 5 dargestellt, wird eine wässrige Lösung von FEROMIL^®FBC-295 mit 1,5 v/v % mit einer Durchflussmenge von 20 l/h in den Bereich zwischen der Außenwand des Behälters und der äußeren Oberfläche des Zahnrades (13) abgegeben, um die Wirkungen der Entstehung von Reibungswärmezu reduzieren. Eine wässrige Lösung an aktiver Chemie bestehend aus FERROMIL^®FML-590 mit 30 v/v % wird mit 18 l/h in den Bereich zwischen dem zentralen Dom (12) und den inneren Getriebezähne (14) zugeführt.
Der Vibrationsbehälter (10) wird mit einer niedrigen Frequenz gestartet und schrittweise auf ungefähr 46–48 Hz erhöht, wobei sich das Hohlrad in die Medien (11) absetzt. Die ideale Position ist in 4 gezeigt, wo der oberste Teil des Zahnrades (1) bei oder gerade unterhalb der Grenzschicht zwischen Medien (11) und Luft ist. Wenn die Vibrationsbehälteramplitude nicht zwischen 1,5 und 2 mm ist, sollten Einstellungen am unteren Gewicht vorgenommen werden, um diese Amplitude zu erzielen. Diese Messung wird von einem Amplitudenmesspegel, der an der Außenseite des Behälters (10) befestigt ist, abgelesen. Das Hohlrad (1) wird während des verbleibenden Prozesses zentriert bleiben und wird langsam um den zentralen Dom des Vibrationsbehälters (12) drehen.
Die folgenden Parameter können wie benötigt eingestellt werden, um das Zahnrad (1) an oder gerade unter der oberen Oberfläche der Medien (11) zu halten, sodass es einheitlich um die Mittelnabe (12) des Vibrationsbehälters (10) dreht:

• Mediengröße, -form, -zusammensetzung und jeweiliger Prozentsatz davon
• Medienniveau
• Motorfrequenz
• Amplitude und Führungswinkel, erzeugt durch das einstellbare Gewichtssystem
• Konzentrationen und Durchflussmengen der aktiven Chemie und Polierlösungen.

Die Einstellung dieser Parameter liegt im Können des Durchschnittsfachmanns.
Der Prozess wird fortgesetzt, bis der Wert der mittleren arithmetischen Rauigkeit (R_a) 0,25 μm oder geringer ist. Die Zufuhr an aktiver Chemie wird abgedreht und ein Poliermittel, bestehend aus einer wässrigen Lösung von FERROMIL^®FBC-295 mit 1,5 v/v %, wird mit 150 l/h in den Bereich zwischen dem zentralen Dom des Behälters und den Zähnen des Zahnrades (15) zugeführt. Der Prozess wird fortgesetzt, bis die Umwandlungsschicht entfernt ist, wobei ein reines und glänzendes Aussehen erzeugt wird.
Die unerwarteten Ergebnisse, die erzielt wurden, waren:

1. Das Zahnrad bleibt in dem Behälter zentriert und wird durch die Bewegung der Medien vom Boden des Behälters entfernt schwebend gehalten und der oberste Teil des Zahnrades verbleibt bei oder knapp unterhalb der Grenzschicht zwischen Medien und Luft.
2. Das Zahnrad wird superfinishbearbeitet, ohne Schaden durch die Medien oder Medienbruchstücke.
3. Eine R_a von 0,25 μm oder geringer wird erzielt und das Materialverhältnis wird erheblich erhöht. a.) 6 zeigt ein typisches Oberflächenrauigkeitsprofil der Getriebezahnkontaktfläche vor der Superfinishbearbeitung. Die R_a ist 0,78 μm und das R_mr ist 49,4%. b.) 7 zeigt das Oberflächenrauigkeitsprofil der Getriebezahnkontaktfläche nach der Superfinishbearbeitung. Die R_a ist 0,16 μm und das R_mr ist 73,2%.
4. Die Oberflächenendbearbeitung ist einheitlich mit Toleranzen über der Spur und dem Profil.
5. Nur eine unerhebliche Menge an Medien wird, wenn überhaupt, durch den Prozess gebrochen (d. h. der Verschleiß der Medien war extrem gering).

Betriebsversuche des Planetengetriebes
Zwei Windturbinengeneratorgetriebe mit einer Nennleistung von größer als 500 kW hatten alle Zahnräder der Antriebsplanetenstufe auf eine Oberflächenrauigkeit von 0,25 μm oder geringer unter Verwendung der in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Lehre superfinishbearbeitet. Vor dem Superfinishbearbeiten wurden die Hohlräder durchgehärtet und die Planeten- und Sonnenräder wurden gasaufgekohlt. Nach der Inbetriebnahme wurden die Getriebe nach etwa 6 Monaten und nach etwa 1 Jahr Betrieb überprüft. Kein Micropitting oder Fressen wurde an den Getriebezahnoberflächen beobachtet. Gleichermaßen wurde kein Lagerschaden festgestellt. Im Vergleich dazu können geschliffene Zahnräder, die nur durch die Einlauftechnik geglättet sind, herkömmlicherweise nach nur 6 Monaten Betrieb beginnen, Zeichen von Micropitting oder Fressen zu zeigen, und bei Lagern zeigen sich erste Schäden bei direkter Überprüfung oder bei Lärm/Vibrationsüberwachung. Weitere erwartete Vorteile der vorliegenden Erfindung umfassen reduzierten Metallabrieb, verbesserte Lebensdauer der Lager, reduzierten Verschleiß, reduzierte Vibration und reduzierter Lärm, verbesserte Kontaktdauerfestigkeiteit, verbesserte Schmierung, längere Zeiten zwischen Schmiermittelwartungen, ein vereinfachter oder eliminierter Einlaufprozess, erhöhte Lebensdauer, Effizienz und reduzierte Herstellungs- und Betriebskosten des Planetengetriebes.
Während die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es für den Fachmann offensichtlich, dass Abwandlungen zu dem, was beschrieben wurde, angewandt werden können, ohne vom Konzept und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 4491500 [0041]
US 4818333 [0041]

Claims

Planetengetriebe als Vorstufe für einen großen Windturbinengenerator, umfassend ein Hohlrad, zwei oder mehr Planetenräder und ein Sonnenrad, wobei eines der Zahnräder oder mehrere Zahnräder eine Vielzahl von Zähnen umfassen, die eine superfinishbearbeitete Oberfläche mit einer Oberflächenrauigkeit von R_a = 0,25 μm oder weniger aufweisen.
Planetengetriebe gemäß Anspruch 1, wobei die Zähne mittels chemisch beschleunigtem Gleitschleifen superfinishbearbeitet sind.
Planetengetriebe gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Zähne eine Oberflächenrauigkeit von etwa 0,16 μm aufweisen.
Planetengetriebe gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Planetengetriebe für einen Windturbinengenerator mit einer Nennleistung von 500 kW oder mehr vorgesehen ist.
Planetengetriebe gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eines der Zahnräder oder mehrere Zahnräder nach einem Verfahren, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Gasaufkohlung, Gasnitrierung und Durchhärtung besteht, wärmebehandelt wurden, bevor sie auf eine Oberflächenrauigkeit von R_a = 0,25 μm oder weniger superfinishbearbeitet wurden.
Planetengetriebe gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Hohlrad, die zwei oder mehr Planetenräder und das Sonnenrad jeweils eine Vielzahl von Zähnen umfassen, die eine superfinishbearbeitete Oberfläche mit einer Oberflächenrauigkeit von R_a = 0,25 μm oder weniger aufweisen, oder wobei die zwei oder mehr Planetenräder und das Sonnenrad jeweils eine Vielzahl von Zähnen umfassen, die eine superfinishbearbeitete Oberfläche mit einer Oberflächenrauigkeit von R_a = 0,25 μm oder weniger aufweisen, oder wobei die zwei oder mehr Planetenräder jeweils eine Vielzahl von Zähnen umfassen, die eine superfinishbearbeitete Oberfläche mit einer Oberflächenrauigkeit von R_a = 0,25 μm oder weniger aufweisen oder wobei die Antriebsseite der Vielzahl von Zähnen eine superfinishbearbeitete Oberfläche mit einer Oberflächenrauigkeit von R_a = 0,25 μm oder weniger aufweist oder wobei die auslaufende Flanke der Vielzahl von Zähnen eine superfinishbearbeitete Oberfläche mit einer Oberflächenrauigkeit von R_a = 0,25 μm oder weniger aufweist.
Zahnrad für ein Planetengetriebe als Vorstufe für einen großen Windturbinengenerator, wobei das Zahnrad eine Masse von mehr als 200 kg hat und eine Vielzahl von Zähnen umfasst, die eine superfinishbearbeitete Oberfläche mit einer Oberflächenrauigkeit von R_a = 0,25 μm oder weniger aufweisen.
Zahnrad gemäß Anspruch 7, wobei die Zähne mittels chemisch beschleunigtem Gleitschleifen superfinishbearbeitet sind.
Zahnrad gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei die Antriebsseite der Vielzahl von Zähnen eine superfinishbearbeitete Oberfläche mit einer Oberflächenrauigkeit von R_a = 0,25 μm oder weniger aufweist und die auslaufende Flanke der Vielzahl von Zähnen eine superfinishbearbeitete Oberfläche mit einer Oberflächenrauigkeit von R_a = 0,25 μm oder weniger aufweist.
Zahnrad gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei die Antriebsseite der Vielzahl von Zähnen eine superfinishbearbeitete Oberfläche mit einer Oberflächenrauigkeit von R_a = 0,25 μm oder weniger aufweist.
Ein großes Planetengetriebesystem, welches die Vorstufe eines Windturbinengenerators bildet, wobei ein Zahnrad oder mehrere Zahnräder des Planetengetriebesystems Getriebezähne mit Kontaktflächen aufweisen, bei denen die Entfernung der Rauheitsspitzen vor dem Einlaufen oder der Installation erfolgt ist.
System nach Anspruch 11, wobei die Rauheitsspitzen durch Superfinishing entfernt sind.
System nach Anspruch 12, wobei die Rauheitsspitzen durch Superfinishing mittels chemisch beschleunigtem Gleitschleifen entfernt sind.
Ein großes Planetengetriebesystem, welches die Vorstufe eines Windturbinengenerators bildet, wobei ein Zahnrad oder mehrere Zahnräder des Planetengetriebesystems Getriebezähne mit Kontaktflächen aufweisen, bei denen die Getriebezahnkontakflächen ein erhöhtes Materialverhältnis aufweisen, vorzugsweise von R_mr = 73,2%.
System nach Anspruch 14, wobei das erhöhte Materialverhältnis durch Superfinishing erlangt ist.
System nach Anspruch 15, wobei das erhöhte Materialverhältnis durch Superfinishing mittels chemisch beschleunigtem Gleitschleifen erlangt ist.
Ein großes Planetengetriebesystem, welches die Vorstufe eines Windturbinengenerators bildet, wobei ein Zahnrad oder mehrere Zahnräder des Planetengetriebesystems Getriebezähne mit Kontaktflächen aufweisen, bei denen die Getriebezahnoberflächen ein glänzendes Aussehen aufweisen.
System nach Anspruch 17, wobei das glänzende Aussehen durch Superfinishing erlangt ist.
System nach Anspruch 18, wobei das glänzende Aussehen durch Superfinishing mittels chemisch beschleunigtem Gleitschleifen und einer in eine Vibrationsanlage einzubringenden Polierlösung erlangt ist.
Ein großes Planetengetriebesystem für einen Windturbinengenerator, wobei alle Zähne der Zahnräder des Systems eine superfinishbearbeitete Oberfläche mit einer Oberflächenrauigkeit von R_a = 0,25 μm oder weniger aufweisen.
System nach Anspruch 20, wobei die Zähne mittels chemisch beschleunigtem Gleitschleifen superfinishbearbeitet sind.