EP4623226A1

EP4623226A1 - Getriebekomponente mit notschmiervorrichtung

Info

Publication number: EP4623226A1
Application number: EP23793857.6A
Authority: EP
Inventors: Wim De Laet; Rob Lambrechts; Maarten OOMS
Original assignee: ZF Wind Power Antwerpen NV; ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Wind Power Antwerpen NV; ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-11-25
Filing date: 2023-10-23
Publication date: 2025-10-01
Also published as: DE102022212593A1; CN120129792A; WO2024110133A1

Abstract

Getriebekomponente mit Notschmiervorrichtung Getriebekomponente (101), mit mindestens eine Bohrung (103) zum Leiten von Öl zwischen zwei Mündungen (105) und mit einem Mittel (209), das mindestens teilweise in der Bohrung (103) angeordnet und fixiert ist. Die Getriebekomponente (101) weist einen in der Bohrung (103) angeordneten axial verschiebbaren Kolben (205) und eine Feder (207) auf, die zwischen dem Mittel (209) und dem Kolben (205) verspannt ist; wobei die Feder (205) mit dem Mittel (209) und die Mündungen (105) sich auf unterschiedlichen Seiten des Kolbens (205) befinden.

Description

Getriebekomponente mit Notschmiervorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Getriebekomponente nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Im Betrieb befindliche Windkraftanlagen müssen gelegentlich außer Betrieb genommen werden, etwa im Fehlerfall oder bei zu starkem Wind. Beim Anhalten sinkt der von einer mechanisch in den Antriebstrang eingebundenen Schmierstoffpumpe erzeugte Schmierstoffdruck, während das Getriebe durch den weiterhin am Rotor angreifenden Wind voll belastet wird. Infolgedessen kann es aufgrund von Mangelschmierung zu einer Beschädigung der Lager und Zahnräder kommen.

Elektrische Schmierstoffpumpen sind vergleichsweise defektanfällig und zudem auf das Vorhandensein einer elektrischen Energieversorgung angewiesen. Bei einem Defekt der Pumpe oder einem Ausfall der elektrischen Energieversorgung kommt es ebenso zu Mangelschmierung mit den oben beschriebenen Folgen.

Aus EP 3074689 A1 ist ein System zur Notschmierung bekannt. Mittels eines federbelasteten Kolbens wird der Schmierstoff unter Druck gesetzt. Dieser Druck ist ausreichend, um das Getriebe bei einer drohenden Mangelschmierung sicher zum Stillstand bringen zu können. Der Kolben ist in einem separaten Behälter untergebracht. Dies vergrößert zum einen den Bauraumbedarf und verhindert zum anderen, dass der Kolben in unmittelbarer Nähe der Schmierstellen angeordnet werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Notschmierung bereitzustellen. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Getriebekomponente nach Anspruch 1 . Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten und ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung.

Die erfindungsgemäße Getriebekomponente weist mindestens eine Bohrung zum Leiten von Öl auf. Die Bohrung ist also als Teil einer Ölleitung des Getriebes ausgebildet. Dies bedeutet, dass die Bohrung eine Eintritts- und eine Austrittsmündung für das Öl aufweist. Öl, das über die Eintrittsmündung in die Bohrung eintritt, wird von der Bohrung zu der Austrittsöffnung geleitet und tritt dort aus der Bohrung aus. Die Mündungen können jeweils koaxial zu einer Mittelachse der Bohrung oder in einer Mantelfläche der Bohrung angeordnet sein. Insbesondere kann eine Mündung koaxial zu der Mittelachse der Bohrung angeordnet sein, während die andere Mündung in der Mantelfläche angeordnet ist. Eine koaxial zur Mittelachse einer Bohrung angeordnete Mündung ist identisch mit einer Mündung, durch die ein Bohrer beim Fertigen der Bohrung hinterlässt.

Die Getriebekomponente weist darüber hinaus ein Mittel auf, das mindestens teilweise in der Bohrung angeordnet ist. Mindestens ein Teil des Mittels, vorzugsweise das gesamte Mittel, befindet sich also in der Bohrung. Weiterhin ist das Mittel in der Bohrung fixiert. Bevorzugt ist das Mittel starr in der Bohrung fixiert, das heißt derart, dass keinerlei Relativbewegungen zwischen dem Mittel und der Bohrung möglich sind.

Erfindungsgemäß weist die Getriebekomponente einen Kolben auf, der in der Bohrung angeordnet und relativ zu der Bohrung in axialer Richtung, das heißt entlang der Mittelachse der Bohrung, verschiebbar ist. Vorzugsweise ist der Kolben gegenüber einer Mantelfläche der Bohrung fluiddicht abgedichtet. Dazu weist der Kolben beispielsweise eine oder mehrere Dichtringe auf, die koaxial zu der Mittelachse der Bohrung angeordnet sind und zwischen dem Kolben und der Mantelfläche verlaufen.

Weiterhin weist die Getriebekomponente eine Feder auf. Hiermit wird allgemein ein Mittel zum Aufbringen einer Federkraft bezeichnet. Beispielsweise kann es sich um eine Spiralfeder handeln. Die Feder ist zwischen dem Mittel und dem Kolben verspannt. Dies bedeutet, dass die Feder betragsgleiche, entgegengesetzt gerichtete Federkräfte auf das Mittel und den Kolben ausübt. Die Federkräfte wirken ausgehend von der Feder nach außen hin. Dadurch werden das Mittel und der Kolben auseinandergedrückt.

Die Feder mit dem Mittel und die zwei oben genannten Mündungen befinden sich auf unterschiedlichen Seiten des Kolbens. Die Feder befindet sich also mit dem Mittel auf einer Seite des Kolbens, währen sich die Mündungen auf der anderen Seite des Kolbens befinden. Der Kolben unterteilt die Bohrung in einen ersten Hohlraum und einen zweiten Hohlraum. Der erste Hohlraum und der zweite Hohlraum befinden sich auf unterschiedlichen Seiten des Kolbens. Die Feder und das Mittel sind in dem ersten Hohlraum angeordnet. Der zweite Hohlraum weist die Mündungen auf. Er dient entsprechen dem Leiten von Öl von der Eintrittsmündung zu der Austrittsmündung.

Öl, das sich in dem zweiten Hohlraum befindet, wird über die Feder und den Kolben mit einem Druck beaufschlagt. Dies erlaubt es, den Öldruck einen Ausfall primären Schmierstoffversorgung kurzfristig aufrechtzuerhalten und das Getriebe sicher zum Stillstand zu bringen.

Die erfindungsgemäße Ausbildung in einer Getriebekomponente ist besonders vorteilhaft, da kein zusätzlicher Bauraum beansprucht wird. Dies erlaubt eine Anordnung in unmittelbarer Nähe einer Schmierstelle.

Das Mittel ist in einer bevorzugten Weiterbildung in die Bohrung eingeschraubt. Dadurch vereinfacht sich die Anbringung des Mittels. Bevorzugt ist die Bohrung mit einem Innengewinde versehen und das Mittel mit einem Außengewinde, welches in das Innengewinde eingeschraubt ist.

Bevorzugt ist die Getriebekomponente mit einer Hülse weitergebildet, die mindestens teilweise, bevorzugt vollständig, in der Bohrung angeordnet und fixiert ist. Vorzugsweise ist die Hülse starr in der Bohrung fixiert, das heißt derart, dass keinerlei Relativbewegungen zwischen der Hülse und der Bohrung möglich sind. Insbesondere kann es sich um eine mindestens teilweise hohlzylindrische Hülse handeln.

Das Mittel wiederum ist mindestens teilweise, bevorzugt vollständig, in der Hülse angeordnet und fixiert. Vorzugsweise ist das Mittel starr in der Hülse fixiert, das heißt derart, dass keinerlei Relativbewegungen zwischen dem Mittel und der Hülse möglich sind.

Weiterbildungsgemäß ist zudem der Kolben in der Hülse angeordnet. Insbesondere kann der Kolben gegenüber einer Mantelfläche der Hülse fluiddicht abgedichtet sein. Dazu weist der Kolben beispielsweise eine oder mehrere Dichtringe auf, die koaxial zu der Mittelachse der Bohrung angeordnet sind und zwischen dem Kolben und der Mantelfläche verlaufen.

Da der Kolben innerhalb der Bohrung verschiebbar ist und die Hülse in der Bohrung fixiert ist, ist auch der Kolben innerhalb der Hülse verschiebbar. Dadurch übt der Kolben in Zusammenwirkung mit der Hülse die eingangs beschriebene Funktion aus. Auch die Feder ist weiterbildungsgemäß in der Hülse angeordnet.

Die weiterbildungsgemäße Verwendung einer Hülse ist vorteilhaft, da der Kolben, das Mittel und die Feder in der Hülse vormontiert werden können. Anschließend wird die Anordnung bestehend aus Hülse, Mittel, Feder und Kolben in die Bohrung eingesetzt und dort fixiert. Dadurch vereinfacht sich die Montage. Zudem erübrigt sich eine aufwändige Nachbearbeitung zur Glättung der Mantelfläche der Bohrung, da der Kolben von einer Mantelfläche der Hülse geführt wird.

Vorzugsweise weist die Hülse ein Innen- und ein Außengewinde auf. Mit dem Außengewinde ist sie in ein entsprechendes Innengewinde der Bohrung eingeschraubt. Das Mittel wiederum weist bevorzugt ein zu dem Innengewinde der Hülse korrespondierendes Außengewinde auf, mit dem es in das Innengewinde der Hülse eingeschraubt ist.

In einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung weist das Mittel eine Be- und Entlüftungsöffnung auf. Diese verbindet den ersten Hohlraum gasleitend mit der Umgebung. Dadurch wird verhindert, dass sich die in dem ersten Hohlraum befindliche Luft komprimiert und damit gegen die Federkraft arbeitet.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Getriebekomponente als Getriebegehäuse, Planetenträger oder Planetenbolzen ausgestaltet. Das Getriebegehäuse, der Planetenträger oder der Planetenbolzen weist also die oben beschriebene Bohrung, das Mittel, den Kolben und die Feder auf.

Bevorzugt ist die Getriebekomponente als Teil eines Windkraftgetriebes weitergebildet. Dieses weist mindestens eine Ölleitung auf, die zum Versorgen mindestens ei- ner Schmierstelle mit Öl ausgebildet ist. Mit Schmierstelle wird eine Komponente des Windkraftgetriebes bezeichnet, die im Betrieb zum Schutz vor Verschleißt mit Öl versorgt werden muss. Hierbei kann es sich um ein Zahnrad oder ein Lager, beispielsweise ein Planetenradlager, handeln.

Die Bohrung bildet weiterbildungsgemäß einen ersten Teil der Ölleitung. Ein zweiter Teil der Ölleitung ist dann ölleitend mit der Eintritts- oder Austrittsmündung der Bohrung verbunden. Insbesondere kann der zweite Teil ölleitend mit der Eintrittsmündung verbunden sein, während ein dritter Teil der Ölleitung ölleitend mit der Austrittsmündung verbunden ist.

Durch die Weiterbildung wirkt ein Schmierstoffdruck, der durch eine Ölpumpe erzeugt wird, auf den Kolben. Dadurch bewegt sich der Kolben in Richtung des Mittels, sodass die Feder zwischen dem Mittel und dem Kolben verspannt wird. Eine infolgedessen von der Feder auf den Kolben aufgebrachte Kraft wirkt dem Schmierstoffdruck entgegen. Fällt der von der Ölpumpe aufgebrachte Druck ab, wird der Schmierstoffdruck in der Ölleitung eine Weile durch die verspannte Feder aufrechterhalten. Dadurch lässt sich das Windkraftgetriebe ohne die Gefahr einer Mangelschmierung zum Stillstand bringen.

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

Fig. 1 einen Planetenbolzen;

Fig. 2 eine Notschmiervorrichtung im entspannten Zustand; und

Fig. 3 die Notschmiervorrichtung im gespannten Zustand.

Der in Figur 1 dargestellte Planetenbolzen 101 weist eine Bohrung 103 auf. Diese dient der Versorgung eines Planetenradlagers mit Öl. Zu diesem Zweck weist die Bohrung 103 zwei Mündungen 105 auf, durch die das Öl in die Bohrung 103 ein - bzw. aus der Bohrung 103 austritt. Die Mündungen 105 können je nach Flussrichtung des Öls wahlweise als Eintritts- oder Austrittsmündung dienen.

Um das Planetenradlager bei einem Ausfall der regulären Schmierstoffversorgung oder bei einem Stopp des Getriebes ausreichend mit Öl zu versorgen, ist eine Notschmiervorrichtung 107 in die Bohrung 103 eingelassen. Die Bohrung 103 weist ein Innengewinde 109 auf

In den Figuren 2 und 3 ist die Notschmiervorrichtung 107 im Detail dargestellt. Hiernach ist die Notschmiervorrichtung 107 in einer Hülse 201 untergebracht. Diese weist ein Außengewinde 203 auf, das mit dem Innengewinde 109 der Bohrung 103 verschraubt ist.

Innerhalb der Hülse 201 befinden sich ein Kolben 205, eine Feder 207 und ein Stopfen 209. Der Stopfen 209 bildet ein Außengewinde 211 aus, das mit einem entsprechenden Innengewinde 213 der Hülse 201 verschraubt ist.

Die Feder 207 ist zwischen dem Kolben 205 und dem Stopfen 209 verspannt. Sie übt einander entgegengesetzte, nach außen wirkende Federkräfte auf den Kolben 205 und den Stopfen 209 aus.

Fig. 2 zeigt die Notschmiervorrichtung 107 im entspannten Zustand. Diesen Zustand nimmt die Notschmiervorrichtung 107 an, wenn kein Öldruck anliegt.

Wird durch die primäre Ölpumpe im regulären Betrieb ein Öldruck aufgebaut, wirkt dieser auf den Kolben 205 und bewegt ihn in Richtung des Stopfens 209. Eine entsprechende Position des Kolbens 205 ist in Fig. 3 dargestellt.

Durch die Bewegung des Kolbens 205 wird die Feder 207 komprimiert. Bei einem Abfall des Öldrucks bewegt sich der Kolben 205 in entgegengesetzter Richtung. Durch die auf den Kolben 205 wirkende Federkraft kann der Abfall des Öldrucks so lange kompensiert werden, bis der Kolben seine ursprüngliche, in Fig. 2 dargestellte Position erreicht hat. Bezugszeichen

Planetenbolzen

Bohrung

Mündung

Notschm iervorrichtung

Innengewinde

Hülse

Außengewinde

Kolben

Feder

Stopfen

Außengewinde

Innengewinde

Claims

Patentansprüche

1. Getriebekomponente (101 ), mit mindestens eine Bohrung (103) zum Leiten von Öl zwischen zwei Mündungen (105) und mit einem Mittel (209), das mindestens teilweise in der Bohrung (103) angeordnet und fixiert ist; gekennzeichnet durch einen in der Bohrung (103) angeordneten axial verschiebbaren Kolben (205) und eine Feder (207), die zwischen dem Mittel (209) und dem Kolben (205) verspannt ist; wobei die Feder (205) mit dem Mittel (209) und die Mündungen (105) sich auf unterschiedlichen Seiten des Kolbens (205) befinden.

2. Getriebekomponente (101 ) nach Anspruch 1 ; dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (209) in die Bohrung (103) eingeschraubt ist.

3. Getriebekomponente (101 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; gekennzeichnet durch eine mindestens teilweise in der Bohrung (103) angeordnete und fixierte Hülse (201 ); wobei das Mittel (209) mindestens teilweise in der Hülse (201 ) angeordnet und fixiert ist; und wobei der Kolben (205) in der Hülse (201 ) angeordnet ist.

4. Getriebekomponente (101 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (209) eine Be- und Entlüftungsöffnung () aufweist.

5. Als Getriebegehäuse, Planetenträger oder Planetenbolzen (101 ) ausgestaltete Getriebekomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

6. Windkraftgetriebe mit mindestens einer Ölleitung zum Versorgen mindestens einer Schmierstelle mit Öl; gekennzeichnet durch eine Getriebekomponente (101 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; wobei die Bohrung (103) einen Teil der Ölleitung bildet.