EP4623223A1

EP4623223A1 - Zahnrad oder welle mit schwingungstilger

Info

Publication number: EP4623223A1
Application number: EP23793856.8A
Authority: EP
Inventors: Emre Kanpolat; Sebastian Schmidt; Luc Jonckheere
Original assignee: ZF Wind Power Antwerpen NV; ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Wind Power Antwerpen NV; ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-11-23
Filing date: 2023-10-23
Publication date: 2025-10-01
Also published as: CN120035720A; WO2024110132A1; DE102022212522A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit mindestens einem Schwingungstilger (101). Der Schwingungstilger (101) ist an einem Zahnrad (111) oder einer Welle (113, 501, 701) des Getriebes angebracht.

Description

Zahnrad oder Welle mit Schwingungstilger

Die Erfindung betrifft ein Getriebe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 12.

Windkraftgetriebe sind häufig kritischen Schwingungen ausgesetzt. Diese können zur Beschädigung des Getriebes und zu unerwünschten Geräuschemissionen führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Schwingungsverhalten eines Getriebes zu verbessern. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Getriebe nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 12. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten und ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung.

Das erfindungsgemäße Getriebe weist mindestens einen Schwingungstilger auf. Dies ist ein Mittel zur Tilgung bzw. Reduzierung von Körperschall.

Erfindungsgemäß ist der Schwingungstilger an einem Zahnrad oder einer Welle des Getriebes angebracht. Dies bedeutet, dass der Schwingungstilger oder ein Teil des Schwingungstilgers mit dem Zahnrad oder der Welle gefügt ist. Vorzugsweise tilgt der Schwingungstilger Rotationsschwingungen des Zahnrads bzw. der Welle.

Das Zahnrad ist vorzugsweise drehfest mit der Welle verbunden. Insbesondere kann das Zahnrad mit der Welle gefügt sein, vorzugsweise einstückig.

Durch die erfindungsgemäße Anbringung des Schwingungstilgers direkt an dem Zahnrad oder der Welle lässt sich Körperschall am Ort seines Entstehens eliminieren. Dadurch wird verhindert, dass der Körperschall sich in dem Getriebe ausbreitet und zu Schäden führt oder als zu lautes Geräusch bzw. Luftschall emittiert wird.

In einer bevorzugten Weiterbildung weist der mindestens eine Schwingungstilger eine primäre Tilgermasse auf. Dies ist ein ein- oder mehrstückiges Mittel, das über eine oder mehrere Federn und/oder über einen oder mehrere Dämpfer des Schwingungstilgers mit Schwingungen beaufschlagt wird. Bevorzugt handelt es sich dabei um Rotationsschwingungen.

Mit Feder wird hier ein Mittel bezeichnet, das zwei Elemente miteinander koppelt und Bewegungen dieser Elemente relativ zueinander eine Federkraft entgegensetzt. Die Feder kann als Stahlfeder oder Elastomer ausgeführt sein. Auch Federn mit nichtlinearer Kennlinie oder Federn, deren Federsteifigkeit in Abhängigkeit eines Signals variabel ist, können verwendet werden.

Ein Dämpfer ist ein Mittel, das die Relativbewegungen der beiden Elemente dämpft.

Vorliegend ist die primäre Tilgermasse über die Federn und/oder Dämpfer mit dem Zahnrad oder der Welle gekoppelt. Dies bedeutet, dass es sich bei den beiden Elementen um die primäre Tilgermasse und das Zahnrad oder die Welle handelt. Entsprechend sind die Feder und/oder Dämpfer auf der einen Seite mit der primären Tilgermasse und auf der anderen Seite mit dem Zahnrad oder der Welle gefügt. Gegenüber dem Zahnrad bzw. der Welle ist die primäre Tilgermasse weiterbildungsgemäß beweglich, vorzugsweise rotationsbeweglich.

In einer alternativ bevorzugten Weiterbildung weist der Schwingungstilger neben der primären Tilgermasse eine sekundäre Tilgermasse auf. Auch die sekundäre Tilgermasse ist bevorzugt einstückig ausgeführt. Sie ist mit dem Zahnrad oder der Welle gefügt.

Die Weiterbildung sieht vor, dass die primäre Tilgermasse nicht direkt, sondern über die sekundäre Tilgermasse mit dem Zahnrad oder der Welle gekoppelt ist. Dies bedeutet, dass die primäre Tilgermasse über die ein oder mehreren Federn und/oder über die ein oder mehreren Dämpfer mit der sekundären Tilgermasse gekoppelt ist. Weiterbildungsgemäß handelt es sich bei den Elementen, deren Relativbewegungen den Federn entgegenwirken und/oder die durch die Dämpfer gedämpft werden, um die primäre Tilgermasse und die sekundäre Tilgermasse. Im Einzelnen sind die Federn und/oder Dämpfer auf der einen Seite mit der primären Tilgermasse gefügt und auf der anderen Seite mit der sekundären Tilgermasse. Weiterbildungsgemäß ist die primäre Tilgermasse gegenüber der sekundären Tilgermasse beweglich, vorzugsweise rotationsbeweglich.

Bevorzugt ist die sekundäre Tilgermasse als ein Gehäuse weitergebildet. In diesem sind die Federn und/oder Dämpfer des Schwingungstilgers angeordnet.

Die primäre Tilgermasse und/oder die sekundäre Tilgermasse sind in einer bevorzugten Weiterbildung zu einer Drehachse des Zahnrads, die identisch ist mit einer Drehachse der Welle, rotationssymmetrisch. Bevorzugt sind die primäre Tilgermasse und/oder die sekundäre Tilgermasse zudem konzentrisch zu der Drehachse angeordnet. Dadurch ergibt sich ein ausgeglichenes Drehverhalten ohne Unwuchten.

Darüber hinaus bevorzugt haben die primäre Tilgermasse und/oder die sekundäre Tilgermasse die Grundform eines Toroids. Dies ist ein Rotationskörper mit einem mittigen Loch. Der Rotationskörper entsteht durch Rotation einer Fläche um eine Rotationsachse. Bei der Fläche handelt es sich etwa um ein Rechteck.

Die Grundform eines Körpers oder eines Teils des Körpers bezeichnet die Form eines ursprünglichen Körpers oder Teils des Körpers, aus dem der erstgenannte Körper bzw. Teil durch Eliminieren einzelner Bereiche, etwa durch Einfügen von Aussparungen und/oder durch Hinzufügen einzelner Bereiche entstanden ist, oder dessen Form der Form des erstgenannten Körpers entspricht.

In einer bevorzugten Weiterbildung weisen die primäre Tilgermasse und/oder die sekundäre Tilgermasse eine durchgehende Aussparung auf. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die primäre Tilgermasse und/oder die sekundäre Tilgermasse die Grundform eines Toroids haben. Weiterbildungsgemäß verläuft die Welle durch die Aussparung in der primären Tilgermasse und/oder durch die Aussparung in der sekundären Tilgermasse hindurch.

Die Welle kann in einem von einer Eingangswelle des Getriebes zu einer Ausgangswelle des Getriebes verlaufenden Drehmomentfluss liegen und entsprechend mit einem Drehmoment, das Teil dieses Drehmomentflusses ist, beaufschlagt sein. In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Welle hingegen drehmomentfrei. Die Welle liegt also nicht in einem von einer Eingangswelle zu einer Ausgangswelle verlaufenden Drehmomentfluss.

Stattdessen wird die Welle weiterbildungsgemäß von einer anderen Welle angetrieben, die ihrerseits in dem genannten Drehmomentfluss liegt. Die andere Welle leitet also ein Drehmoment, das Teil des Drehmomentflusses ist. Sie ist triebwirksam mit der erstgenannten Welle verbunden, sodass diese Welle von der anderen Welle angetrieben wird. Der Antrieb erfolgt bevorzugt derart, dass die erstgenannte Welle sich schneller als die andere Welle dreht. Dadurch werden Schwingen der erstgenannten Welle mit vergrößerter Amplitude auf die andere Welle übertragen. Dies ist von Vorteil, da sich die Dämpfungsleistung erhöht.

Das Getriebe ist bevorzugt als Windkraftgetriebe weitergebildet. Eine derartige Weiterbildung ist von Vorteil, da die oben beschriebene Schwingungsproblematik bei Windkraftgetrieben besonders ausgeprägt ist.

Das Getriebe ist bevorzugt mit mindestens einer Planetenstufe weitergebildet. Als Sonnenwelle dieser Planetenstufe ist die oben genannte Welle weitergebildet. Das oben genannte Zahnrad bildet weiterbildungsgemäß ein Sonnenrad der Planetenstufe.

Bevorzugt ist eine Eingangswelle des Getriebes als Hohlwelle weitergebildet. Die Eingangswelle und die obengenannte Welle sind weiterbildungsgemäß koaxial zueinander ausgerichtet, d.h. weisen dieselbe Drehachse auf.

Eine als Hohlwelle weitergebildete Eingangswelle ist vorteilhaft, da sie entsprechend einem erfindungsgemäßen Verfahren ermöglicht, den Schwingungstilger durch die Eingangswelle hindurchzuführen und an dem Zahnrad oder der obengenannten Welle anzubringen. Bevorzugt ist zu diesem Zweck auch ein Planetenträger der oben beschriebenen Planetenstufe hohl, d.h. weist mindestens eine bezüglich seiner Drehachse mittige bzw. zentrierte Aussparung auf. Insbesondere kann eine Wange, vorzugsweise eine rotorseitige Wange des Planetenträgers eine solche Aussparung aufweisen. Durch die Weiterbildung lässt sich ein Getriebe im eingebauten Zustand mit dem Schwingungstilger nachrüsten. Insbesondere ist es möglich, eine Windkraftgetriebe im Turm einer Windkraftanlage nachzurüsten.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. Übereinstimmende Bezugsziffern kennzeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale. Im Einzelnen zeigt:

Fig. 1 einen Schwingungstilger an einem Sonnenrad;

Fig. 2 einen generatorseitig auf einer Sonnenwelle angebrachten Schwingungstilger;

Fig. 3 einen rotorseitig an einer Sonnenwelle angebrachten Schwingungstilger;

Fig. 4 die Montage eines Schwingungstilgers im Inneren einer Sonnenwelle;

Fig. 5 einen Schwingungstilger auf einer Ausgangswelle;

Fig. 6 einen rotorseitig auf einer Ausgangswelle angebrachten Schwingungstilger; und

Fig. 7 einen auf einer Zwischenwelle angebrachten Schwingungstilger.

In den Figuren 1 bis 7 ist jeweils ein Schwingungstilger 101 dargestellt. Dieser weist eine primäre Tilgermasse 103 und eine sekundäre Tilgermasse 105 auf. Die primäre Tilgermasse 103 ist über Federn 107 und Dämpfer 109 mit der sekundären Tilgermasse gekoppelt.

Die sekundäre Tilgermasse 105 dient dazu, Schwingungen eines Bauteils aufzunehmen und zu mindern. Dazu ist die sekundäre Tilgermasse 105 starr, das heißt ohne die Möglichkeit einer Relativbewegung zwischen der sekundären Tilgermasse 105 und dem Bauteil, in dem Bauteil fixiert. Gemäß Fig. 1 handelt es sich bei dem Bauteil, in dem die sekundäre Tilgermasse 105 fixiert ist, um ein Sonnenrad 111 eines Windkraftgetriebes. Ausgehend von dem Sonnenrad 111 ist der Schwingungstilger 101 generatorseitig angeordnet. Die sekundäre Tilgermasse 105 ist in einer generatorseitigen Stirnfläche des Sonnenrads 111 fixiert.

Das Sonnenrad 111 ist drehfest mit einer Sonnenwelle 113 verbunden. Diese verläuft durch ein mittiges Loch der primären Tilgermasse 103 und der sekundären Tilgermasse 105 hindurch.

Der in Fig. 2 dargestellte Schwingungstilger 101 unterscheidet sich von dem Schwingungstilger aus Fig. 1 dadurch, dass die sekundäre Tilgermasse 105 nicht an dem Sonnenrad 111 , sondern an der Sonnenwelle 113 angebracht ist. Dazu weist die Sonnenwelle 113 einen Flansch 201 auf. Mit diesem ist die sekundäre Tilgermasse 105 gefügt.

Wie in Fig. 2 dargestellt, befindet sich der Flansch 201 und entsprechend der Schwingungstilger 101 ausgehend von dem Sonnenrad 111 generatorseitig. Eine rotorseitige Anordnung hingegen zeigt Fig. 3. Hier befindet sich der Flansch 201 der Sonnenwelle 113 ausgehend von dem Sonnenrad 111 rotorseitig. Entsprechend ist der Schwingungstilger 101 rotorseitig angeordnet.

Gemäß Fig. 4 ist das oben beschriebene Sonnenrad 111 Teil einer generatorseitigen Planetenstufe 401 . Diese ist einer rotorseitigen Planetenstufe 403 nachgeschaltet. Die rotorseitige Planetenstufe 403 wiederum ist mit einer Rotorwelle 405 gekoppelt.

Eine Sonnenwelle 407 der rotorseitigen Planetenstufe und die Rotorwelle 405 sind als Hohlwellen ausgeführt. Dies ermöglicht es einem Monteur 409, den Schwingungstilger 401 durch die Rotorwelle 405 und die Sonnenwelle 407 der rotorseitigen Planetenstufe 403 hindurchzuführen und an dem Flansch 201 zu fixieren.

Wie in Fig. 5 dargestellt, lässt sich der Schwingungstilger 101 auch auf einer Ausgangswelle 501 anbringen. Die Ausgangswelle 501 ist Teil einer Stirnradstufe. Sie ragt generatorseitig aus einem Gehäuse des Getriebes hinaus. Dort ist der Schwingungstilger 101 angebracht.

Im Einzelnen ist die sekundäre Tilgermasse 105 außerhalb des Getriebegehäuses mit der Ausgangswelle 501 gefügt. Auch die primäre Tilgermasse 103, die Federn 107 und die Dämpfer 109 befinden sich außerhalb des Getriebegehäuses. Durch die Anordnung des Schwingungstilgers 101 außerhalb des Getriebegehäuses ist eine nachträgliche Montage möglich.

Auch eine Anbringung des Schwingungstilgers 101 an der rotorseitigen Stirnfläche der Ausgangswelle 501 ist möglich. Eine derartige Anordnung zeigt Fig. 6. Die sekundäre Tilgermasse 105 ist hier stirnseitig mit der Ausgangswelle 501 gefügt.

Fig. 7 zeigt eine Anbringung des Schwingungstilgers 101 an einer Zwischenwelle 701. Die sekundäre Tilgermasse 105 ist mit der Zwischenwelle 701 gefügt.

Die Zwischenwelle 701 wird von der Sonnenwelle 113 angetrieben. Sie wird ausschließlich von der Sonnenwelle 113 angetrieben und treibt selbst keine weitere Welle an. Eine Zahnradübersetzung zwischen der Sonnenwelle 113 und der Zwischenwelle ist so ausgelegt, dass die Zwischenwelle 701 schneller dreht als die Sonnenwelle. Das führt zu höheren relativen Beschleunigungen im Schwingungstilger 101 und damit zu einer höheren Dämpfungsleistung.

Bezugszeichen

Schwingungstilger

Tilgermasse

Feder

Dämpfer

Sonnenrad

Sonnenwelle

Flansch

Planetenstufe

Rotorwelle

Sonnenwelle

Monteur

Ausgangswelle

Zwischenwelle

Claims

Patentansprüche

1. Getriebe mit mindestens einem Schwingungstilger (101 ); dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungstilger (101 ) an einem Zahnrad (111 ) oder einer Welle (113, 501 , 701 ) des Getriebes angebracht ist.

2. Getriebe nach Anspruch 1 ; dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Schwingungstilger (101 ) eine primäre Tilgermasse (103) aufweist, die über eine oder mehrere Federn (107) und/oder über einen oder mehrere Dämpfer (109) mit dem Zahnrad (111 ) oder der Welle (113, 501 , 701 ) gekoppelt ist.

3. Getriebe nach Anspruch 1 ; dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Schwingungstilger (101 ) eine primäre Tilgermasse (103) und eine sekundäre Tilgermasse (105) aufweist; wobei die sekundäre Tilgermasse (105) mit dem Zahnrad (111 ) oder der Welle (113, 501 , 701 ) gefügt ist; wobei die primäre Tilgermasse (103) die über eine oder mehrere Federn (107) und/oder einen oder mehrere Dämpfer (109) mit der sekundären Tilgermasse (105) gekoppelt ist.

4. Getriebe nach dem vorhergehenden Anspruch; dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Tilgermasse (105) ein Gehäuse ausbildet, in dem die primäre Tilgermasse (103), die ein oder mehreren Federn (107) und/oder die ein oder mehreren Dämpfer (109) angeordnet sind.

5. Getriebe nach einem der Ansprüche Anspruch 2 bis 4; dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Tilgermasse (103) und/oder die sekundäre Tilgermasse (105) zu einer Drehachse des Zahnrads (111 ) und/oder der Welle (113, 501 , 701 ) rotationssym metrisch sind.

6. Getriebe nach dem vorhergehenden Anspruch; dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Tilgermasse (103) und/oder die sekundäre Tilgermasse (105) die Grundform eines Toroids haben.

7. Getriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 6; dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (113, 501 , 701 ) durch eine Aussparung in der in der primären Tilgermasse (103) und/oder durch eine Aussparung in der sekundären Tilgermasse (105) hindurch verläuft.

8. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (701 ) nicht in einem von einer Eingangswelle (405) zu einer Ausgangswelle (501 ) verlaufenden Drehmomentfluss liegt und von einer in dem Drehmomentfluss liegenden Welle (113) angetrieben wird.

9. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass

Getriebe als Windkraftgetriebe ausgestaltet ist.

10. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (113) als Sonnenwelle einer Planetenstufe (401 ) ausgestaltet ist; wobei das Zahnrad (111 ) als Sonnenrad der Planetenstufe (401 ) ausgestaltet ist.

11 . Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche; gekennzeichnet durch eine als Hohlwelle ausgestaltete Eingangswelle (405); wobei die Eingangswelle (405) und die Welle (113) koaxial zueinander ausgerichtet sind.

12. Verfahren zur Montage des Schwingungstilgers (101 ) eines Getriebes nach dem vorhergehenden Anspruch an der Welle (113); dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungstilger (101 ) durch die Eingangswelle (405) hindurchgeführt und an dem Zahnrad (111 ) oder der Welle (113, 501 , 701 ) angebracht wird.