EP3117126A2 - Planetenbolzen mit bereichsweise verminderter biegesteifigkeit - Google Patents

Planetenbolzen mit bereichsweise verminderter biegesteifigkeit

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EP3117126A2
EP3117126A2 EP15703780.5A EP15703780A EP3117126A2 EP 3117126 A2 EP3117126 A2 EP 3117126A2 EP 15703780 A EP15703780 A EP 15703780A EP 3117126 A2 EP3117126 A2 EP 3117126A2
Authority
EP
European Patent Office
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region
planetary
area
pin
subregion
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15703780.5A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Erwin Van Eyndhoven
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Wind Power Antwerpen NV
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Wind Power Antwerpen NV
ZF Friedrichshafen AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ZF Wind Power Antwerpen NV, ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Wind Power Antwerpen NV
Publication of EP3117126A2 publication Critical patent/EP3117126A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F16H57/00—General details of gearing
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    • F16H57/082—Planet carriers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H1/28—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion
    • F16H1/2809—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion with means for equalising the distribution of load on the planet gears
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    • F16H1/2809—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion with means for equalising the distribution of load on the planet gears
    • F16H1/2836—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion with means for equalising the distribution of load on the planet gears by allowing limited movement of the planet gears relative to the planet carrier or by using free floating planet gears
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    • F16H—GEARING
    • F16H9/00—Gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio, or for reversing rotary motion, by endless flexible members
    • F16H9/02—Gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio, or for reversing rotary motion, by endless flexible members without members having orbital motion
    • F16H9/24—Gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio, or for reversing rotary motion, by endless flexible members without members having orbital motion using chains or toothed belts, belts in the form of links; Chains or belts specially adapted to such gearing

Definitions

  • the invention relates to a planetary pin, in particular a planetary pin of a planetary stage of a transmission for a wind turbine.
  • the planetary pin is provided as part of a planetary stage, which further comprises a planetary carrier, a ring gear, a sun gear, planet bearings and at least one planetary gear.
  • the planet pin serves to receive the planet bearings.
  • the planet gear With which the planet gear is rotatably mounted in the planet shaft.
  • the planetary gear meshes with the ring gear and with the sun gear, which is fixed in rotation on an output shaft.
  • the planet carrier is usually rotatably connected to a rotor in a wind turbine, while the output shaft drives a generator.
  • the planet pin is usually fixed in two pin seats in the planet carrier by means of a press fit. To produce the press fit, the planet carrier is heated. After the planet pin has been inserted into the pin seats, cooling causes the planet carrier to shrink to the planet pins.
  • the load capacity of the planetary stage is limited by the axial load capacity of the press fit between the planetary pin and the planet carrier.
  • the invention solves the problem, the resilience of the planetary stage, in particular the capacity of the planetary stage of a transmission of a wind turbine, bypassing the known from the prior art solutions to improve inherent disadvantages.
  • the effects of the limitation of the load capacity of the planetary stage should be mitigated by the load capacity of the press fit between the planetary pin and the planet carrier.
  • a planetary pin with the features of claim 1.
  • the invention is based on the idea of decoupling the region of the planetary pin in which bending takes place from an area which serves to fix the planetary pin in a planetary carrier.
  • an area of the planetary bolt is provided with reduced bending stiffness according to the invention.
  • a planetary pin according to the invention accordingly comprises a first area, a second area and a third area;
  • the planetary pin may consist of the first area, the second area and the third area.
  • the interface is not a surface of the planetary pin or a part thereof.
  • the second area thus connects the first area with the third area.
  • the interface between the first region and the second region as well as the interface between the second region and the third region extend radially with respect to the planetary pin, that is orthogonal to the axis of symmetry of the planetary pin or to the axis of rotation of the planetary gear.
  • This implies that the interfaces are flat surfaces.
  • the boundary surfaces thus run within each one orthogonal to the axis of symmetry of the planetary bolt or to the axis of rotation of the planetary gear aligned plane.
  • the planetary pin is made in one piece.
  • the first region, the second region and the third region are lined up in the axial direction, that is to say in the direction of an axis of symmetry of the planetary bolt or in the direction of an axis of rotation of planetary gears which are rotatably mounted on the planetary bolt.
  • the first area is followed by the second area in the axial direction; this is followed in the axial direction of the third area. So the first area goes along the interface between the first region and the second region in the second area over. Accordingly, the second region merges into the third region along the interface between the second region and the third region.
  • the third region has a shoulder for the axial fixation of at least one planetary bearing.
  • the shoulder is a rotationally symmetrical surface whose axis of symmetry coincides with the axis of symmetry of the planetary pin.
  • the shoulder may be an annular surface. Another name for the shoulder is paragraph.
  • the shoulder serves to axially fix the planetary bearing in a first axial direction.
  • the planetary bearing is fixed by the planet carrier.
  • At least a portion of the second region comprises at least a partial, i. in at least one radial direction, reduced flexural rigidity.
  • the flexural rigidity of the second region may be complete, i. in any radial direction, be diminished.
  • the bending stiffness may be at least partially reduced compared with the flexural rigidity of at least one partial region of the first region or with respect to the bending stiffness of at least one partial region of the third region.
  • Both alternatives realize independently of the invention of the underlying idea of decoupling bending and fixing the planetary bolt.
  • Also a combination of the alternatives, i. A flexural rigidity of the first region which is at least partially reduced compared with the bending stiffness of at least one partial region of the first region and with respect to the bending stiffness of at least one partial region of the third region is possible according to the invention.
  • the first area is preferably a region of the planet pin, which is designed to fix the planet pin in a pin seat of the planet carrier.
  • the first area of the planetary pin is in the bolt seat introduced and fixed there in a press fit with the planet carrier.
  • the planet carrier is shrunk onto the first region of the planetary pin.
  • a surface of the first region, onto which the planet carrier is shrunk, is preferably designed as a lateral surface of a straight circular cylinder. In particular, the entire first region can be cylindrical.
  • the third region preferably serves to receive at least one planetary bearing.
  • receiving the planetary bearing is meant the possibility of applying the planetary bearing on the third area, so that it is fixed there at least in the radial direction through the third area.
  • the third region also has a surface designed in the form of a lateral surface of a straight circular cylinder.
  • a partial area of the third area designed to receive the planetary bearing can be cylindrical.
  • the bending stiffness in a radial direction refers to the rigidity with respect to a force acting in this direction on the planetary bolt, i. with respect to a radially acting on the planetary pin, i. Torque oriented orthogonal to the axis of symmetry of the planetary bolt.
  • a direction orthogonal to the axis of symmetry of the planetary pin or to the axis of rotation of the planetary gear is meant by the radial direction.
  • the planetary pin is rotationally symmetric.
  • the aforementioned flexures within the first range, the second range and the third range Reichs are then independent of the radial direction.
  • the bending stiffness in at least one radial direction may also be referred to as bending stiffness in the radial direction, radial bending stiffness or only as bending stiffness.
  • a planet pin according to the invention therefore corresponds to a planet pin in which at least one cross-sectional area of the second area has a product of modulus of elasticity and axial area moment of inertia reduced, in particular in at least one radial direction, compared to at least one cross-sectional area of the first area and / or at least one cross-sectional area of the second area , In particular in at least one axial direction, compared to at least one cross-sectional area of the third region has reduced product of modulus of elasticity and area moment of inertia.
  • Cross-sectional area refers to an axially, that is orthogonal to the axis of symmetry of the planetary pin or the axis of rotation of the planetary gear, extending cutting surface.
  • a particularly effective decoupling of the first region from a bending of the third region is achieved if the bending stiffness of the entire second region is at least partially reduced compared with the bending stiffness of the entire first region and / or the bending stiffness of the entire third region.
  • the second area not only has a partial area, but a total of at least partially reduced flexural rigidity not only with respect to a partial area of the first area, but also with respect to the first area.
  • each cross-sectional area of the second area in at least one radial direction has a product of modulus of elasticity and area moment of inertia which is reduced with respect to each cross-sectional area of the first area.
  • the second region has a bending stiffness that is at least partially reduced compared to the third region.
  • Each cross-sectional area of the second area has correspondingly in at least one radial direction an opposite of each cross-sectional area of the third area. In this area, the product of modulus of elasticity and moment of inertia is reduced.
  • the reduced bending stiffness in the second region can be realized in various ways.
  • the second region tapers at least partially in at least one subregion with respect to at least one subregion of the first region and / or with respect to at least one subregion of the third region. Under a taper is to be understood a reduced extent in the radial direction.
  • the taper preferably corresponds to a reduced area of a cross-sectional area. This means that one of the above-mentioned cross-sectional areas of the second area has an area that is reduced compared to one of the abovementioned cross-sectional areas of the first area and / or with respect to one of the abovementioned cross-sectional areas of the third area.
  • a reduced flexural rigidity can also be achieved by a lower modulus of elasticity.
  • the material in at least one subregion of the second region may have a lower modulus of elasticity than the material in at least one subregion of the first region and / or as the material in at least one subregion of the third region.
  • One of the above-mentioned cross-sectional areas of the second area then runs through material having a lower modulus of elasticity than one of the abovementioned cross-sectional areas of the first area and / or one of the abovementioned cross-sectional areas of the third area.
  • the second material has a lower modulus of elasticity than the first material and / or than the third Material on.
  • a further improvement of the resilience of the planetary bolt can be achieved by an edge which extends between the first region of the planetary pin and the second region of the planetary pin.
  • the edge runs along the boundary surface between the first region and the second region, or along the boundary line, the border or the edge of the interface.
  • the taper of the second region is suitable for forming this edge.
  • the edge is designed as a cutting edge so that it can cause a notch in the planetary pin when the planetary pin is loaded.
  • the load causes a pressure peak in the area of the edge, which leads to the notch of the planet pin.
  • the edge hooks in the notch. Between the edge and the notch and thus between the planet carrier and the planetary pin thus creates a positive connection that fixes the planetary pin in the planet carrier.
  • the planet pin in particular a region of the planet pin which comprises the edge, preferably consists of a harder material than the planet carrier.
  • Hardness refers to one of the known dimensions for quantifying the mechanical resistance that a material opposes to the mechanical penetration of a harder specimen, such as Shore hardness, Wickers hardness or Brinell hardness.
  • Fig. 2 shows a taper with optimized geometry.
  • the planetary pin 101 shown in Fig. 1 consists of a first region 103, a second region 105 and a third region 107.
  • a first axially aligned interface 109 separates the first region from the second region.
  • the second region 105 is separated from the third region 107 by a second axially aligned interface 11.
  • the third region 107 consists of two cylindrical segments. A first, on the left side shown in Fig. 1 segment has a first diameter 1 13.
  • a second, shown in Fig. 1 on the right side segment has a second diameter 1 15. Both segments adjoin one another. Furthermore, the second diameter 1 15 is greater than the first diameter 1 13. This creates an axially aligned, annular surface which forms a shoulder 1 17 for axial fixation of the planetary bearings.
  • the second segment of the third region 107 further serves to fix the planetary pin 101 in a first pin seat 1 19 of a planetary carrier 121.
  • the first region 103 of the planetary pin 101 is fixed in a second pin seat 123 of the planet carrier 121.
  • the first pin seat 1 19 forms a press fit to the second segment of the third area 107; the second pin seat 123 forms a press fit with the first area 103.
  • the first region 103 has the same diameter 1 13 as the third region 107. Via the second area 105, the first area 103 is connected to the third area 107. The second region 105 tapers with respect to the first region 103 and with respect to the third region 107. Rejuvenation is equivalent to a reduced diameter.
  • the diameter of the second region 105 at each position of the second region 105 is smaller than the diameter 11 of the first region 103 and the second region 107.
  • the tapering of the second region 105 takes place through a recess 125.
  • the diameter of the planetary bolt 101 is reduced to a minimum 127.
  • the recess 125 and thus the minimum 127 of the diameter of the planetary pin 101 is designed such that a deflection of the planetary pin 101 within the third area 107 can not be transferred to the first area 103.
  • the second region 105 allows a bending of the third region 107 relative to the first region 103 due to its reduced flexural rigidity. In this way, a decoupling of the first region 103 from the deflection in the third region 107 is achieved.
  • the second region 105 further has a diameter 129 which is smaller than the diameter 1 13 of the first region 103 and the third region 107, but greater than the minimum 127 Contact the planetary pin 101 with the planet carrier 121 and the second pin seat 123 outside the first area 103 avoided.
  • an edge 131 runs along the first boundary surface 109. Due to the interference fit between the second pin seat 123 and the first region 103 and due to the occurring loads of the planetary pin 101, the edge 131 cuts a notch in the second pin seat 123. Between this notch and the edge 131 creates a positive connection, which is used to fix the first Area 103 contributes in the second pin seat 123.
  • the recess 125 shown in FIG. 2 has been optimized with regard to the stresses which can occur due to the loading of the third region 107 along the recess 125.
  • the recess 125 has a first region 201, which represents an undercut.
  • the first region 201 guides the recess 125 under a contact surface 203 between the first region 103 of the planetary bolt 101 and the second bolt seat 123.
  • the recess 125 or tapering of the planetary bolt 101 thus undercuts the first region 103 of the planetary bolt 101.
  • the recess 125 has a second region 205, which adjoins the first region.
  • the second region 105 tapers with respect to the first region 103, but not with respect to the third region 107. Characteristic of this solution is that the first diameter 1 13 of the third region 107 is smaller than the diameter 301 of the first region 103. The diameter 1 13 of the second region 105 is equal to the first diameter 1 13 of the third region 107.
  • the planetary pin 101 In addition to the shoulder 1 17 for axially fixing the planetary bearings, the planetary pin 101 thus has a second shoulder 303 which extends along the interface 109 between the first region 103 and the second region 105. In order to still be able to mount the planetary bearings, the planetary pin 101 is configured in two parts.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Details Of Gearings (AREA)
  • Retarders (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Planetenbolzen (101), mit einem ersten Bereich (103), einem zweiten Bereich (105) und einem dritten Bereich (107), mit genau einer Grenzfläche (109) zwischen dem ersten Bereich (103) und dem zweiten Bereich (105), und mit genau einer Grenzfläche (111) zwischen dem zweiten Bereich (105) und dem dritten Bereich (107); wobei die Grenzfläche (109) zwischen dem ersten Bereich (103) und dem zweiten Bereich (105) und die Grenzfläche (111) zwischen dem zweiten Bereich (105) und dem dritten Bereich (107) radial verlaufen, und wobei der dritte Bereich (107) eine Schulter (117) zur axialen Fixierung mindestens eines Planetenlagers aufweist. Mindestens ein Teilbereich des zweiten Bereichs (105) weist eine gegenüber mindestens einem Teilbereich des ersten Bereichs (103) und/oder gegenüber mindestens einem Teilbereich des dritten Bereichs (107) mindestens teilweise verminderte Biegesteifigkeit auf. Auf diese Weise wird eine Entkopplung des ersten Bereichs (103) von einer Durchbiegung in dem dritten Bereich (107) erreicht.

Description

Planetenbolzen mit bereichsweise verminderter Bieqesteifiqkeit
Die Erfindung betrifft einen Planetenbolzen, insbesondere einen Planetenbolzen einer Planetenstufe eines Getriebes für eine Windkraftanlage.
Der Planetenbolzen ist vorgesehen als Teil einer Planetenstufe, die darüber hinaus einen Planetenträger, ein Hohlrad, ein Sonnenrad, Planetenlager und mindestens ein Planetenrad umfasst. Der Planetenbolzen dient dazu, die Planetenlager aufzunehmen. Mit denen ist das Planetenrad drehbar in dem Planetenbolzen gelagert. Das Planetenrad kämmt mit dem Hohlrad und mit dem Sonnenrad, das drehfest auf einer Ausgangswelle fixiert ist. Der Planetenträger ist bei einer Windkraftanlage üblicherweise drehfest mit einem Rotor verbunden, während die Ausgangswelle einen Generator antreibt.
Der Planetenbolzen ist üblicherweise in zwei Bolzensitzen in dem Planetenträger mittels eines Pressverbands fixiert. Um den Pressverband herzustellen, wird der Planetenträger erwärmt. Nachdem der Planetenbolzen in die Bolzensitze eingeführt wurde, führt eine Abkühlung dazu, dass der Planetenträger auf den Planetenbolzen aufschrumpft.
Die Belastbarkeit der Planetenstufe ist durch die axiale Belastbarkeit des Pressverbands zwischen dem Planetenbolzen und dem Planetenträger begrenzet.
Der Erfindung löst die Aufgabe, die Belastbarkeit der Planetenstufe, insbesondere die Belastbarkeit der Planetenstufe eines Getriebes einer Windkraftanlage, unter Umgehung der den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen innenwohnenden Nachteile zu verbessern. Insbesondere sollen die Auswirkungen der Beschränkung der Belastbarkeit der Planetenstufe durch die Belastbarkeit des Pressverbands zwischen dem Planetenbolzen und dem Planetenträger abgemildert werden.
Diese Aufgabe wird durch einen Planetenbolzen mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, den Bereich des Planetenbolzens, in dem eine Verbiegung stattfindet, von einem Bereich, der zur Fixierung des Planetenbolzens in einem Planetenträger dient, zu entkoppeln. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß ein Bereich des Planetenbolzens mit verminderter Biegesteifigkeit vorgesehen.
Ein erfindungsgemäßer Planetenbolzen weist entsprechend aus einem ersten Bereich, einem zweiten Bereich und einem dritten Bereich auf; der Planetenbolzen kann aus dem ersten Bereich, dem zweiten Bereich und dem dritten Bereich bestehen. Zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich sowie zwischen dem zweiten Bereich und dem dritten Bereich verläuft jeweils genau eine Grenzfläche, d. h. eine Schnittfläche bzw. Querschnittsfläche des Planetenbolzens. Insbesondere handelt es sich bei der Grenzfläche nicht um eine Oberfläche des Planetenbolzens oder eines Teils davon.
Eine Grenzfläche zwischen dem ersten Bereich und dem dritten Bereich existiert nicht. Der zweite Bereich verbindet demnach den ersten Bereich mit dem dritten Bereich.
Die Grenzfläche zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich sowie die Grenzfläche zwischen dem zweiten Bereich und dem dritten Bereich verlaufen bezüglich des Planetenbolzens radial, das heißt orthogonal zu der Symmetrieachse des Planetenbolzens beziehungsweise zu der Drehachse des Planetenrads. Dies impliziert, dass es sich bei den Grenzflächen um ebene Flächen handelt. Insbesondere verlaufen die Grenzflächen also innerhalb jeweils einer orthogonal zu der Symmetrieachse des Planetenbolzens beziehungsweise zu der Drehachse des Planetenrads ausgerichteten Ebene.
Bevorzugt ist der Planetenbolzen einstückig ausgeführt. Der erste Bereich, der zweite Bereich und der dritte Bereich sind in axialer Richtung, das heißt in Richtung einer Symmetrieachse des Planetenbolzens beziehungsweise in Richtung einer Drehachse von Planetenrädern, die drehbar auf dem Planetenbolzen gelagert sind, aneinandergereiht. Auf den ersten Bereich folgt in axialer Richtung der zweite Bereich; auf diesen folgt in axialer Richtung der dritte Bereich. Der erste Bereich geht also entlang der Grenzfläche zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich in den zweiten Bereich über. Entsprechend geht der zweite Bereich entlang der Grenzfläche zwischen dem zweiten Bereich und dem dritten Bereich in den dritten Bereich über.
Der dritte Bereich weist eine Schulter zur axialen Fixierung mindestens eines Planetenlagers auf. Bei der Schulter handelt es sich um eine rotationssymmetrische Fläche, deren Symmetrieachse mit der Symmetrieachse des Planetenbolzens übereinstimmt. Insbesondere kann es sich bei der Schulter um eine kreisringförmige Fläche handeln. Eine andere Bezeichnung für die Schulter lautet Absatz.
Wenn der Planetenbolzen in einem Planetenträger montiert ist, dient die Schulter zur axialen Fixierung des Planetenlagers in eine erste axiale Richtung. In eine zweite, entgegengesetzt verlaufende axiale Richtung wird das Planetenlager durch den Planetenträger fixiert.
Erfindungsgemäß weist mindestens ein Teilbereich des zweiten Bereichs eine mindestens teilweise, d.h. in mindestens eine radiale Richtung, verminderte Biegesteifig- keit auf. Insbesondere kann die Biegesteifigkeit des zweiten Bereichs vollständig, d.h. in jede radiale Richtung, vermindert sein.
Die Biegesteifigkeit kann gegenüber der Biegesteifigkeit mindestens eines Teilbereichs des ersten Bereichs oder gegenüber der Biegesteifigkeit mindestens eines Teilbereichs des dritten Bereichs, mindestens teilweise vermindert sein. Beide Alternativen realisieren unabhängig voneinander die der Erfindung zugrundeliegende Idee einer Entkopplung von Verbiegung und Fixierung des Planetenbolzens. Auch eine Kombination der Alternativen, d.h. eine gegenüber der Biegesteifigkeit mindestens eines Teilbereichs des ersten Bereichs und gegenüber der Biegesteifigkeit mindestens eines Teilbereichs des dritten Bereichs mindestens teilweise verminderte Biegesteifigkeit des ersten Bereichs ist erfindungsgemäß möglich.
Bei dem ersten Bereich handelt es sich vorzugsweise um einen Bereich des Planetenbolzens, der zur Fixierung des Planetenbolzens in einem Bolzensitz des Planetenträgers ausgebildet ist. Der erste Bereich des Planetenbolzens wird in den Bolzensitz eingeführt und dort in einem Pressverband mit dem Planetenträger fixiert. Vorzugsweise wird der Planetenträger auf den ersten Bereich des Planetenbolzens aufgeschrumpft. Eine Oberfläche des ersten Bereichs, auf die der Planetenträger aufgeschrumpft wird, ist vorzugsweise als Mantelfläche eines geraden Kreiszylinders ausgestaltet. Insbesondere kann der gesamte erste Bereich zylinderförmig ausgestaltet sein.
Vorzugsweise dient der dritte Bereich der Aufnahme mindestens eines Planetenlagers. Mit Aufnahme des Planetenlagers ist die Möglichkeit gemeint, das Planetenlager auf den dritten Bereich aufzubringen, so dass es dort mindestens in radialer Richtung durch den dritten Bereich fixiert wird. Eine Fixierung in axialer Richtung erfolgt, wie oben beschrieben, durch die Schulter und vorzugsweise durch den Planetenträger. Als vorteilhaft hat sich in dieser Hinsicht erwiesen, wenn neben dem ersten Bereich auch der dritte Bereich eine in Form einer Mantelfläche eines geraden Kreiszylinders ausgestaltete Oberfläche aufweist. Insbesondere kann ein zur Aufnahme des Planetenlagers ausgebildeter Teilbereich des dritten Bereichs zylinderförmig ausgestaltet sein.
Im Betrieb wird über die Planetenlager eine Last auf den Planetenbolzen aufgebracht. Hierdurch kommt es zu einer Verbiegung des dritten Bereichs. Aufgrund der innerhalb des zweiten Bereichs verminderten Biegesteifigkeit wird aber der erste Bereich von dieser Verbiegung entkoppelt. Die Verbiegung kann sich also nicht auf den ersten Bereich übertragen.
Die Biegesteifigkeit in einer radialen Richtung bezeichnet die Steifigkeit bezüglich einer in diese Richtung auf den Planetenbolzen wirkenden Kraft, d.h. bezüglich eines auf den Planetenbolzen wirkenden radial, d.h. orthogonal zu der Symmetrieachse des Planetenbolzens ausgerichteten, Drehmoments. Dabei ist mit radialer Richtung eine Richtung orthogonal zu der Symmetrieachse des Planetenbolzens beziehungsweise zu der Drehachse des Planetenrads gemeint.
Gewöhnlich ist der Planetenbolzen rotationssymmetrisch. Die genannten Biegestei- figkeiten innerhalb des ersten Bereichs, des zweiten Bereichs und des dritten Be- reichs sind dann unabhängig von der radialen Richtung. In diesem Fall kann die Biegesteifigkeit in mindestens einer radialen Richtung auch als Biegesteifigkeit in radialer Richtung, radiale Biegesteifigkeit oder nur als Biegesteifigkeit bezeichnet werden.
Die Biegesteifigkeit ist abhängig von dem Produkt aus Elastizitätsmodul und Flächenträgheitsmoment. Ein erfindungsgemäßer Planetenbolzen entspricht daher einem Planetenbolzen, bei dem mindestens eine Querschnittsfläche des zweiten Bereichs ein, insbesondere in mindestens einer radialen Richtung, gegenüber mindestens einer Querschnittsfläche des ersten Bereichs vermindertes Produkt aus Elastizitätsmodul und axialem Flächenträgheitsmoment aufweist und/oder mindestens eine Querschnittsfläche des zweiten Bereichs ein, insbesondere in mindestens einer axialen Richtung, gegenüber mindestens einer Querschnittsfläche des dritten Bereichs vermindertes Produkt aus Elastizitätsmodul und Flächenträgheitsmoment aufweist.
Querschnittsfläche bezeichnet dabei eine axial, das heißt orthogonal zu der Symmetrieachse des Planetenbolzens beziehungsweise der Drehachse des Planetenrads, verlaufende Schnittfläche.
Eine besonders wirksame Entkopplung des ersten Bereichs von einer Verbiegung des dritten Bereichs wird erreicht, wenn die Biegesteifigkeit des gesamten zweiten Bereichs gegenüber der Biegesteifigkeit des gesamten ersten Bereichs und/oder der Biegesteifigkeit des gesamten dritten Bereichs mindestens teilweise vermindert ist. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist demgemäß der zweite Bereich nicht nur in einem Teilbereich, sondern insgesamt eine nicht nur gegenüber einem Teilbereich des ersten Bereichs, sondern gegenüber dem ersten Bereich insgesamt mindestens teilweise verminderte Biegesteifigkeit auf. Entsprechend weist jede Querschnittsfläche des zweiten Bereichs in mindestens einer radialen Richtung ein gegenüber jeder Querschnittsfläche des ersten Bereichs vermindertes Produkt aus Elastizitätsmodul und Flächenträgheitsmoment auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der zweite Bereich eine gegenüber dem dritten Bereich mindestens teilweise verminderte Biegesteifigkeit auf. Jede Querschnittsfläche des zweiten Bereichs weist entsprechend in mindestens einer radialen Richtung ein gegenüber jeder Querschnittsfläche des drit- ten Bereichs vermindertes Produkt aus Elastizitätsmodul und Flächenträgheitsmoment auf.
Die in dem zweiten Bereich verminderte Biegesteifigkeit lässt sich auf verschiedene Arten realisieren. Bevorzugt verjüngt sich der zweite Bereich mindestens teilweise in mindestens einem Teilbereich gegenüber mindestens einem Teilbereich des ersten Bereichs und/oder gegenüber mindestens einem Teilbereich des dritten Bereichs. Unter einer Verjüngung ist dabei eine verminderte Ausdehnung in radialer Richtung zu verstehen.
Die Verjüngung entspricht bevorzugt einem verringerten Flächeninhalt einer Querschnittsfläche. Dies bedeutet, dass eine der obengenannten Querschnittsflächen des zweiten Bereichs einen gegenüber einer der obengenannten Querschnittsflächen des ersten Bereichs und/oder gegenüber einer der obengenannten Querschnittsflächen des dritten Bereichs verminderten Flächeninhalt aufweist.
Alternativ oder ergänzend lässt sich eine verminderte Biegesteifigkeit auch durch einen geringeren Elastizitätsmodul realisieren. Entsprechend kann das Material in mindestens einem Teilbereich des zweiten Bereichs einen geringeren Elastizitätsmodul aufweisen, als das Material in mindestens einem Teilbereich des ersten Bereichs und/oder als das Material in mindestens einem Teilbereich des dritten Bereichs. Eine der obengenannten Querschnittsflächen des zweiten Bereichs verläuft dann durch Material mit einem geringeren Elastizitätsmodul, als eine der obengenannten Querschnittsflächen des ersten Bereichs und/oder eine der obengenannten Querschnittsflächen des dritten Bereichs. Verläuft also die Querschnittsfläche des ersten Bereichs durch ein erstes Material, die Querschnittsfläche des zweiten Bereichs durch ein zweites Material und die Querschnittsfläche des dritten Bereichs durch ein drittes Material, so weist das zweite Material einen geringeren Elastizitätsmodul als das erste Material und/oder als das dritte Material auf.
Eine weitere Verbesserung der Belastbarkeit des Planetenbolzens lässt sich durch eine Kante erreichen, die zwischen dem ersten Bereich des Planetenbolzens und dem zweiten Bereich des Planetenbolzens verläuft. Insbesondere verläuft die Kante entlang der Grenzfläche zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich, beziehungsweise entlang der Begrenzungslinie, der Umrandung beziehungsweise des Rands der Grenzfläche. Insbesondere die Verjüngung des zweiten Bereichs eignet sich, diese Kante auszubilden.
Die Kante ist als Schneide ausgestaltet, so dass sie eine Einkerbung in dem Planetenbolzen hervorrufen kann, wenn der Planetenbolzen belastet wird. Durch die Belastung kommt es im Bereich der Kante zu einer Druckspitze, die zur Einkerbung des Planetenbolzens führt. Schließlich verhakt sich die Kante in der Einkerbung. Zwischen der Kante und der Einkerbung und damit zwischen dem Planetenträger und dem Planetenbolzen entsteht also eine formschlüssige Verbindung, die den Planetenbolzen in dem Planetenträger fixiert.
Um die Kerbwirkung zu erzielen, besteht vorzugsweise der Planetenbolzen, insbesondere ein Bereich des Planetenbolzens, der die Kante umfasst, aus einem härteren Material als der Planetenträger. Härte bezeichnet hier eins der bekannten Maße zur Quantifizierung des mechanischen Widerstands, den ein Werkstoff der mechanischen Eindringung eines härteren Prüfkörpers entgegensetzt, etwa Shore-Härte, Wickershärte oder Brinellhärte.
In den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend näher beschrieben. Dabei kennzeichnen übereinstimmende Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Merkmale. Im Einzelnen zeigt
Fig. 1 einen Planetenbolzen mit einer Verjüngung; und
Fig. 2 eine Verjüngung mit optimierter Geometrie.
Der in Fig. 1 dargestellte Planetenbolzen 101 besteht aus einem ersten Bereich 103, einem zweiten Bereich 105 und einem dritten Bereich 107. Eine erste axial ausgerichtete Grenzfläche 109 trennt den ersten Bereich von dem zweiten Bereich. Der zweite Bereich 105 wird von dem dritten Bereich 107 durch eine zweite axial ausgerichtete Grenzfläche 1 1 1 getrennt. Der dritte Bereich 107 besteht aus zwei zylinderförmigen Segmenten. Ein erstes, in Fig. 1 auf der linken Seite dargestelltes Segment hat einen ersten Durchmesser 1 13. Ein zweites, in Fig. 1 auf der rechten Seite dargestelltes Segment hat einen zweiten Durchmesser 1 15. Beide Segmente grenzen aneinander an. Weiterhin ist der zweite Durchmesser 1 15 größer als der erste Durchmesser 1 13. Dadurch entsteht eine axial ausgerichtete, kreisringförmige Fläche, die eine Schulter 1 17 zur axialen Fixierung der Planetenlager ausbildet.
Das zweite Segment des dritten Bereichs 107 dient weiterhin dazu, den Planetenbolzen 101 in einem ersten Bolzensitz 1 19 eines Planetenträgers 121 zu fixieren. Mittels des ersten Bereichs 103 wird der Planetenbolzen 101 in einem zweiten Bolzensitz 123 des Planetenträgers 121 fixiert.
Zur Fixierung des Planetenbolzens bildet der erste Bolzensitz 1 19 dem zweiten Segment des dritten Bereichs 107 einen Pressverband; der zweite Bolzensitz 123 bildet einen Pressverband mit dem ersten Bereich 103.
Der erste Bereich 103 weist in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel den gleichen Durchmesser 1 13 wie der dritte Bereich 107 auf. Über den zweiten Bereich 105 ist der erste Bereich 103 mit dem dritten Bereich 107 verbunden. Der zweite Bereich 105 verjüngt sich gegenüber dem ersten Bereich 103 und gegenüber dem dritten Bereich 107. Verjüngung ist dabei gleichbedeutend mit einem verringerten Durchmesser.
Wie in Fig. 1 dargestellt, ist also der Durchmesser des zweiten Bereichs 105 an jeder Stelle des zweiten Bereichs 105 geringer als der Durchmesser 1 13 des ersten Bereichs 103 und des zweiten Bereich 107.
Die Verjüngung des zweiten Bereichs 105 erfolgt durch eine Ausnehmung 125. Im Bereich dieser Ausnehmung 125 ist der Durchmesser des Planetenbolzens 101 auf ein Minimum 127 reduziert. Die Ausnehmung 125 und damit das Minimum 127 des Durchmessers des Planetenbolzens 101 ist so gestaltet, dass sich eine Durchbiegung des Planetenbolzens 101 innerhalb des dritten Bereichs 107 nicht auf den ersten Bereich 103 übertragen kann. Insbesondere lässt der zweite Bereich 105 aufgrund seiner verminderten Biegestei- figkeit eine Verbiegung des dritten Bereichs 107 gegenüber dem ersten Bereich 103 zu. Auf diese Weise wird eine Entkopplung des ersten Bereichs 103 von der Durchbiegung in dem dritten Bereich 107 erreicht.
In einem Teilbereich, der sich in axialer Richtung erstreckt, weist der zweite Bereich 105 weiterhin einen Durchmesser 129 auf, der kleiner ist als der Durchmesser 1 13 des ersten Bereichs 103 und des dritten Bereichs 107, aber größer als das Minimum 127. Hierdurch wird ein Kontakt des Planetenbolzens 101 mit dem Planetenträger 121 beziehungsweise dem zweiten Bolzensitz 123 außerhalb des ersten Bereichs 103 vermieden.
Zwischen dem ersten Bereich 103 und dem zweiten Bereich 105 verläuft entlang der ersten Grenzfläche 109 eine Kante 131 . Durch den Pressverband zwischen dem zweiten Bolzensitz 123 und dem ersten Bereich 103 und infolge der auftretenden Belastungen des Planetenbolzens 101 schneidet die Kante 131 eine Kerbe in den zweiten Bolzensitz 123. Zwischen dieser Kerbe und der Kante 131 entsteht eine formschlüssige Verbindung, die zur Fixierung des ersten Bereichs 103 in dem zweiten Bolzensitz 123 beiträgt.
Die in Fig. 2 dargestellte Ausnehmung 125 wurde hinsichtlich der Spannungen, die infolge der Belastung des dritten Bereichs 107 entlang der Ausnehmung 125 auftreten können, optimiert. So weist die Ausnehmung 125 einen ersten Bereich 201 auf, der einen Hinterschnitt darstellt. Der erste Bereich 201 führt die Ausnehmung 125 unter eine Kontaktfläche 203 zwischen dem ersten Bereich 103 des Planetenbolzens 101 und dem zweiten Bolzensitz 123. Die Ausnehmung 125 beziehungsweise Verjüngung des Planetenbolzens 101 hinterschneidet also den ersten Bereich 103 des Planetenbolzens 101 . Neben dem ersten Bereich 201 weist die Ausnehmung 125 einen zweiten Bereich 205 auf, der sich an den ersten Bereich anschließt.
Ein alternatives Ausführungsbeispiel ist in Fig. 3 dargestellt. Hierbei verjüngt sich der zweite Bereich 105 gegenüber dem ersten Bereich 103, nicht aber gegenüber dem dritten Bereich 107. Kennzeichnend für diese Lösung ist, dass der erste Durchmesser 1 13 des dritten Bereichs 107 geringer ist als der Durchmesser 301 des ersten Bereichs 103. Der Durchmesser 1 13 des zweiten Bereichs 105 gleicht dem ersten Durchmesser 1 13 des dritten Bereichs 107.
Neben der Schulter 1 17 zur axialen Fixierung der Planetenlager weist der Planetenbolzen 101 damit eine zweite Schulter 303 auf, die entlang der Grenzfläche 109 zwischen dem ersten Bereich 103 und dem zweiten Bereich 105 verläuft. Um trotzdem die Planetenlager montieren zu können, ist der Planetenbolzen 101 zweiteilig ausgestaltet.
Bezuqszeichen
101 Planetenbolzen
103 erster Bereich des Planetenbolzen
105 zweiter Bereich des Planetenbolzen
107 dritter Bereich des Planetenbolzen
109 erste Grenzfläche
zweite Grenzfläche
1 13 erster Durchmesser
1 15 zweiter Durchmesser
1 17 Schulter
1 19 erster Bolzensitz
121 Planetenträger
123 zweiter Bolzensitz
125 Ausnehmung
127 Minimum
129 Durchmesser
131 Kante
201 erster Bereich der Ausnehmung
203 Kontaktfläche
205 zweiter Bereich der Ausnehmung
301 Durchmesser

Claims

Patentansprüche
1 . Planetenbolzen (101 ), mit einem ersten Bereich (103), einem zweiten Bereich (105) und einem dritten Bereich (107), mit
genau einer Grenzfläche (109) zwischen dem ersten Bereich (103) und dem zweiten Bereich (105), und mit
genau einer Grenzfläche (1 1 1 ) zwischen dem zweiten Bereich (105) und dem dritten Bereich (107); wobei
die Grenzfläche (109) zwischen dem ersten Bereich (103) und dem zweiten Bereich (105) und die Grenzfläche (1 1 1 ) zwischen dem zweiten Bereich (105) und dem dritten Bereich (107) radial verlaufen, und wobei
der dritte Bereich (107) eine Schulter (1 17) zur axialen Fixierung mindestens eines Planetenlagers aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens ein Teilbereich des zweiten Bereichs (105) eine gegenüber mindestens einem Teilbereich des ersten Bereichs (103) mindestens teilweise verminderte Bie- gesteifigkeit aufweist, und/oder dass
mindestens ein Teilbereich des zweiten Bereichs (105) eine gegenüber mindestens einem Teilbereich des dritten Bereichs (107) mindestens teilweise verminderte Bie- gesteifigkeit aufweist.
2. Planetenbolzen (101 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite Bereich (105) eine gegenüber dem ersten Bereich (103) mindestens teilweise verminderte Biegesteifigkeit aufweist.
3. Planetenbolzen (101 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite Bereich (105) eine gegenüber dem dritten Bereich (107) mindestens teilweise verminderte Biegesteifigkeit aufweist.
4. Planetenbolzen (101 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
sich der zweite Bereichs (105) in mindestens einem Teilbereich gegenüber mindestens einem Teilbereich des ersten Bereichs (103) mindestens teilweise verjüngt.
5. Planetenbolzen (101 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
sich der zweite Bereich (105) in mindestens einem Teilbereich gegenüber mindestens einem Teilbereich des dritten Bereichs (107) mindestens teilweise verjüngt.
6. Planetenbolzen (101 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Material in mindestens einem Teilbereich des zweiten Bereichs (105) einen geringeren Elastizitätsmodul aufweist, als das Material in mindestens einem Teilbereich des ersten Bereichs (103).
7. Planetenbolzen (101 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Material in mindestens einem Teilbereich des zweiten Bereichs (105) einen geringeren Elastizitätsmodul aufweist, als das Material in mindestens einem Teilbereich des dritten Bereichs (107).
8. Planetenbolzen (101 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
eine zwischen dem ersten Bereich (103) und dem zweiten Bereich (105) verlaufende Kante (131 ).
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