WO2016155957A1 - Performance-enhancing lubricant actuator - Google Patents

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Dirk Leimann
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Zf Friedrichshafen Ag
Zf Wind Power Antwerpen N.V.
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    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/04—Features relating to lubrication or cooling or heating
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    • F16H2057/02039—Gearboxes for particular applications
    • F16H2057/02078—Gearboxes for particular applications for wind turbines

Definitions

  • the invention relates to a method for designing a transmission according to the preamble of claim 1.
  • the standard IEC61400-4 refers to the design of gearboxes to the ISO 6366 series of standards. Part 2 (ISO 6366-2) of this series describes a determination of the durability of the surfaces of gears. According to equation 6, clause 5.4.2 of ISO 6366-2, the permissible surface pressure (GHP) can be determined as a function of a number of variables, including a so-called lubricant factor (Z L ).
  • Sections 12.3.1 .1 .1 and 12.3.1 .1 .2 of ISO 6336-2 specify how to determine the lubricant factor (Z L ).
  • the standard ISO 6336-2 is used in particular in the field of wind power.
  • the lubricant factor Z L is first determined according to Sections 12.3.1 .1 .1 and 12.3.1 .1 .12. With equation 6 from section 5.4.2 this results in the permissible surface pressure (GHP).
  • the permissible surface pressure ( ⁇ ⁇ ⁇ ) is used regardless of the lubricant used.
  • the permissible surface pressure (GHP) is determined for both mineral lubricants and synthetic lubricants according to ISO 6336-2.
  • the invention has for its object to improve the performance of a transmission, bypassing the known from the prior art solutions inherent disadvantages.
  • the performance of the transmission is to be improved when using a synthetic lubricant.
  • a method for designing a first transmission is proposed. The method is part of a method for producing the first transmission. This means that the process for the design is followed by further process steps which, together with the method of design, form the method of production.
  • the design of a gearbox is understood to be the definition of at least one technical parameter and / or a technical property of the gearbox.
  • the first gearbox to be designed according to the method according to the invention is filled with a synthetic lubricant.
  • the permissible surface pressure (GHP) for at least one engaged tooth pair is determined in accordance with method B of standard ISO 6336-2 as a function of the lubricant factor (Z L ).
  • permissible surface pressure For a definition of the permissible surface pressure (GHP), see section 5.3 of the ISO 6336-2 standard.
  • standard ISO 6336-2 defines the procedure described in section 5.4.2.
  • the permissible surface pressure ( ⁇ ⁇ ⁇ ) is calculated according to Equation 6, inter alia as a function of the lubricant factor (Z L ).
  • a determination of the permissible surface pressure (GHP) according to method B of standard ISO 6336-2 is therefore equivalent to a calculation of the permissible surface pressure ( ⁇ ⁇ ⁇ ) according to equation 6 in section 5.4.2 of standard ISO 6336-2.
  • the first gear is designed in such a way that the values for the surface pressure ( ⁇ ⁇ ⁇ ) for the engaged tooth pair during operation of the gearbox do not exceed the permissible surface pressure ( ⁇ ⁇ ⁇ ).
  • the surface pressure (GHP) is defined in section 5.3 of ISO 6336-2.
  • the engaged tooth pair is formed by a first tooth and a second tooth.
  • the first tooth is part of a toothing of a first gear, the second tooth corresponding part of a toothing of a second gear.
  • the first gear and the second gear mesh with each other so that a tooth flank of the first tooth comes into contact with a tooth flank of the second tooth.
  • the engaged tooth pair is representative of the teeth of the first gear and the second gear.
  • the permissible surface pressure (GHP) for the tooth pair is therefore equivalent to a determination of the permissible surface pressure ( ⁇ ⁇ ⁇ ) for the first gear and the second gear or for the teeth of the first gear and the toothing of the second gear.
  • the permissible surface pressure (GHP) applies to each engaged tooth pair formed by a third tooth and a fourth tooth, wherein the third tooth is part of the toothing of the first gear and the fourth tooth part of the toothing of a second gear.
  • the lubricant factor (Z L ) is determined experimentally, ie in at least one experiment, using at least one second transmission. Methods for the experimental determination of the lubricant factor (Z L ) are known to the person skilled in the art. Such methods are based, for example, on the determination of the lubricant factor (ZL) described in Sections 1 2.3.1 .1 .1 and 1 2.3.1 .1 .2 of the ISO 6336-2 standard.
  • the second gear for the experimental determination of the lubricant factor (Z L ) is filled with a second lubricant whose chemical composition is similar to the chemical composition of the first lubricant.
  • the first lubricant and the second lubricant contain the same mass fractions of the same chemical substances.
  • the first lubricant and the second lubricant thus consist of the same chemical substances whose mass proportions are the same.
  • the invention is based on the finding that synthetic lubricants are more efficient than corresponding mineral lubricants.
  • sections 1 2.3.1 .1 .1 and 1 2.3.1 .1 .2 of ISO 6336-2 are based on experiments with mineral lubricants.
  • Z L lubricant factor
  • the method according to the invention is based on method B of standard ISO 6336-2. This makes it possible to certify the inventive method.
  • the inventive method allows the design of the first transmission with a 10% increased lubricant factor (Z L ).
  • the lubricant factor (Z L ) is correspondingly at least 1, 1, 1, 25, 1, 149 or 1, 1561.
  • the first lubricant with which the first transmission is filled is a lubricant according to ISO VG 320.
  • the lubricant factor (Z L ) is greater than 1.1.
  • a first lubricant according to ISO VG 460 with a lubricant factor (Z L ) greater than 1.125 or a first lubricant according to ISO VG 680 with a lubricant factor (Z L ) greater than 1.149 is preferred.
  • the pair of teeth which is case-hardened is case-hardened.
  • the above-mentioned first gear and the second gear are case hardened accordingly. This makes it possible to achieve a further increase in the lubricant factor (Z L ).

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Abstract

The invention relates to a method for designing a first transmission. The first transmission is filled with a first lubricant, and the first lubricant is a synthetic lubricant. The permissible surface pressure (σHP) for at least one meshing tooth pair is ascertained according to method B of the ISO 6336-2 standard dependent on a lubricant actuator (ZL), and the lubricant actuator (ZL) is determined experimentally using at least one second transmission. The second transmission is filled with a second lubricant, and the chemical compositions of the first lubricant and the second lubricant are identical.

Description

Leistunqssteiqernder Schmierstoffaktor  Power-increasing lubricant actuator
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auslegung eines Getriebes nach dem Oberbegriff nach Anspruch 1 . The invention relates to a method for designing a transmission according to the preamble of claim 1.
Die Norm IEC61400-4 verweist zur Auslegung von Getrieben auf die Normenreihe ISO 6366. Teil 2 (ISO 6366-2) dieser Normreihe beschreibt eine Ermittlung der Haltbarkeit der Oberflächen von Zahnrädern. Gemäß Gleichung 6, Abschnitt 5.4.2 von ISO 6366-2 lässt sich die zulässige Flächenpressung (GHP) in Abhängigkeit mit einer Reihe von Größen, zu denen ein sogenannter Schmierstofffaktor (ZL) zählt, ermitteln. The standard IEC61400-4 refers to the design of gearboxes to the ISO 6366 series of standards. Part 2 (ISO 6366-2) of this series describes a determination of the durability of the surfaces of gears. According to equation 6, clause 5.4.2 of ISO 6366-2, the permissible surface pressure (GHP) can be determined as a function of a number of variables, including a so-called lubricant factor (Z L ).
Die Abschnitte 12.3.1 .1 .1 und 12.3.1 .1 .2 der Norm ISO 6336-2 geben an, wie der Schmierstofffaktor (ZL) zu ermitteln ist. Sections 12.3.1 .1 .1 and 12.3.1 .1 .2 of ISO 6336-2 specify how to determine the lubricant factor (Z L ).
Die Norm ISO 6336-2 findet insbesondere im Bereich der Windkraft Anwendung. Um ein Windkraftgetriebe auszulegen wird zunächst gemäß der Abschnitte 12.3.1 .1 .1 bzw. 12.3.1 .1 .12 der Schmierstofffaktor ZL ermittelt. Mit Gleichung 6 aus Abschnitt 5.4.2 ergibt sich daraus die zulässige Flächenpressung (GHP). The standard ISO 6336-2 is used in particular in the field of wind power. In order to design a wind power transmission, the lubricant factor Z L is first determined according to Sections 12.3.1 .1 .1 and 12.3.1 .1 .12. With equation 6 from section 5.4.2 this results in the permissible surface pressure (GHP).
Dieses Vorgehen zur Berechnung der zulässige Flächenpressung (σΗρ) kommt unabhängig von dem verwendeten Schmierstoff zur Anwendung. Die zulässige Flächenpressung (GHP) wird sowohl für mineralische Schmierstoffe als auch für synthetische Schmierstoffe gemäß ISO 6336-2 ermittelt. This procedure for calculating the permissible surface pressure (σ Η ρ) is used regardless of the lubricant used. The permissible surface pressure (GHP) is determined for both mineral lubricants and synthetic lubricants according to ISO 6336-2.
Allerdings basiert die in den Abschnitten 12.3.1 .1 .1 und 12.3.1 .1 .2 der Norm However, it is based on sections 12.3.1 .1 .1 and 12.3.1 .1 .2 of the standard
ISO 6336-2 beschriebene Bestimmung des Schmierstofffaktors ZL ausschließlich aufISO 6336-2 described determination of the lubricant factor Z L exclusively on
Versuchen mit mineralischen Schmierstoffen. Try with mineral lubricants.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Leistungsfähigkeit eines Getriebes unter Umgehung der den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen innewohnenden Nachteile zu verbessern. Insbesondere soll die Leistungsfähigkeit des Getriebes bei Verwendung eines synthetischen Schmierstoffes verbessert werden. Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Auslegung eines ersten Getriebes vorgeschlagen. Das Verfahren ist Teil eines Verfahrens zur Herstellung des ersten Getriebes. Dies bedeutet, dass sich an das Verfahren zur Auslegung weitere Verfahrensschritte anschließen, die zusammen mit dem Verfahren zur Auslegung das Verfahren zur Herstellung bilden. The invention has for its object to improve the performance of a transmission, bypassing the known from the prior art solutions inherent disadvantages. In particular, the performance of the transmission is to be improved when using a synthetic lubricant. According to the invention, a method for designing a first transmission is proposed. The method is part of a method for producing the first transmission. This means that the process for the design is followed by further process steps which, together with the method of design, form the method of production.
Unter der Auslegung eines Getriebes ist die Festlegung mindestens eines technischen Parameter und/oder einer technischen Eigenschaft des Getriebes zu verstehen. The design of a gearbox is understood to be the definition of at least one technical parameter and / or a technical property of the gearbox.
Das gemäß den erfindungsgemäßen Verfahren auszulegende erste Getriebe wird mit einem synthetischen Schmierstoff befüllt. The first gearbox to be designed according to the method according to the invention is filled with a synthetic lubricant.
Die zulässige Flächenpressung (GHP) für mindestens ein in Eingriff stehendes Zahnpaar wird gemäß Methode B der Norm ISO 6336-2 in Abhängigkeit des Schmierstofffaktors (ZL) ermittelt. The permissible surface pressure (GHP) for at least one engaged tooth pair is determined in accordance with method B of standard ISO 6336-2 as a function of the lubricant factor (Z L ).
Eine Definition für die zulässige Flächenpressung (GHP) ist Abschnitt 5.3 der Norm ISO 6336-2 zu entnehmen. Als Methode B definiert die Norm ISO 6336-2 das in Abschnitt 5.4.2 dargestellte Verfahren. Dabei wird die zulässige Flächenpressung (σΗρ) gemäß Gleichung 6 unter anderem in Abhängigkeit des Schmierstofffaktors (ZL) berechnet. Eine Ermittlung der zulässigen Flächenpressung (GHP) gemäß Methode B der Norm ISO 6336-2 ist also gleichbedeutend mit einer Berechnung der zulässigen Flächenpressung (σΗρ) gemäß Gleichung 6 in Abschnitt 5.4.2 der Norm ISO 6336-2. For a definition of the permissible surface pressure (GHP), see section 5.3 of the ISO 6336-2 standard. As method B, standard ISO 6336-2 defines the procedure described in section 5.4.2. The permissible surface pressure (σ Η ρ) is calculated according to Equation 6, inter alia as a function of the lubricant factor (Z L ). A determination of the permissible surface pressure (GHP) according to method B of standard ISO 6336-2 is therefore equivalent to a calculation of the permissible surface pressure (σ Η ρ) according to equation 6 in section 5.4.2 of standard ISO 6336-2.
Das erste Getriebe wird so ausgelegt, dass die im Betrieb des Getriebes auftretenden Werte für die Flächenpressung (σΗρ) für das in Eingriff stehende Zahnpaar die zulässige Flächenpressung (σΗρ) nicht überschreiten. The first gear is designed in such a way that the values for the surface pressure (σ Η ρ) for the engaged tooth pair during operation of the gearbox do not exceed the permissible surface pressure (σ Η ρ).
Die Flächenpressung (GHP) ist im Abschnitt 5.3 der Norm ISO 6336-2 definiert. The surface pressure (GHP) is defined in section 5.3 of ISO 6336-2.
Das in Eingriff stehende Zahnpaar wird gebildet durch einen ersten Zahn und einen zweiten Zahn. Der erste Zahn ist Teil einer Verzahnung eines ersten Zahnrads, der zweite Zahn entsprechend Teil einer Verzahnung eines zweiten Zahnrads. Das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad kämmen miteinander, so dass eine Zahnflanke des ersten Zahns mit einer Zahnflanke des zweiten Zahns in Kontakt kommt. Das in Eingriff stehende Zahnpaar steht stellvertretend für die Verzahnungen des ersten Zahnrads und des zweiten Zahnrads. Die Ermittlung der zulässigen Flächenpressung The engaged tooth pair is formed by a first tooth and a second tooth. The first tooth is part of a toothing of a first gear, the second tooth corresponding part of a toothing of a second gear. The first gear and the second gear mesh with each other so that a tooth flank of the first tooth comes into contact with a tooth flank of the second tooth. The engaged tooth pair is representative of the teeth of the first gear and the second gear. The determination of the permissible surface pressure
(GHP) für das Zahnpaar ist also gleichbedeutend mit einer Ermittlung der zulässigen Flächenpressung (σΗρ) für das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad bzw. für die Verzahnung des ersten Zahnrads und die Verzahnung des zweiten Zahnrads. Insbesondere gilt die zulässige Flächenpressung (GHP) für jedes in Eingriff stehende Zahnpaar, gebildet durch einen dritten Zahn und einen vierten Zahn, wobei der dritte Zahn Teil der Verzahnung des ersten Zahnrads und der vierte Zahn Teil der Verzahnung eines zweiten Zahnrads sind. (GHP) for the tooth pair is therefore equivalent to a determination of the permissible surface pressure (σ Η ρ) for the first gear and the second gear or for the teeth of the first gear and the toothing of the second gear. In particular, the permissible surface pressure (GHP) applies to each engaged tooth pair formed by a third tooth and a fourth tooth, wherein the third tooth is part of the toothing of the first gear and the fourth tooth part of the toothing of a second gear.
Der Schmierstofffaktor (ZL) wird unter Verwendung mindestens eines zweiten Getriebes experimentell, d. h. in mindestens einem Versuch, bestimmt. Verfahren zur experimentellen Bestimmung des Schmierstofffaktors (ZL) sind dem Fachmann bekannt. Derartige Verfahren sind etwa Grundlage der in den Abschnitten 1 2.3.1 .1 .1 und 1 2.3.1 .1 .2 der Norm ISO 6336-2 beschriebenen Ermittlung des Schmierstofffaktors (ZL). The lubricant factor (Z L ) is determined experimentally, ie in at least one experiment, using at least one second transmission. Methods for the experimental determination of the lubricant factor (Z L ) are known to the person skilled in the art. Such methods are based, for example, on the determination of the lubricant factor (ZL) described in Sections 1 2.3.1 .1 .1 and 1 2.3.1 .1 .2 of the ISO 6336-2 standard.
Erfindungsgemäß wird das zweite Getriebe zur experimentellen Bestimmung des Schmierstofffaktors (ZL) mit einem zweiten Schmierstoff befüllt, dessen chemische Zusammensetzung der chemischen Zusammensetzung des ersten Schmierstoffs gleicht. Dies bedeutet, dass der erste Schmierstoff und der zweite Schmierstoff die gleichen Massenanteile derselben chemischen Stoffe enthalten. Der erste Schmierstoff und der zweite Schmierstoff bestehen also aus denselben chemischen Stoffen, deren Massenanteile sich jeweils gleichen. According to the invention, the second gear for the experimental determination of the lubricant factor (Z L ) is filled with a second lubricant whose chemical composition is similar to the chemical composition of the first lubricant. This means that the first lubricant and the second lubricant contain the same mass fractions of the same chemical substances. The first lubricant and the second lubricant thus consist of the same chemical substances whose mass proportions are the same.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass synthetische Schmierstoffe leistungsfähiger sind als entsprechende mineralische Schmierstoffe. Die Abschnitte 1 2.3.1 .1 .1 und 1 2.3.1 .1 .2 der Norm ISO 6336-2 basieren aber auf Experimenten mit mineralischen Schmierstoffen. Indem erfindungsgemäß von der Norm ISO 6336-2 abgewichen und der Schmierstofffaktor (ZL) stattdessen experimentell unter Verwen- dung eines synthetischen Schmierstoffs bestimmt wird, lässt sich das Potenzial dieses Schmierstoff erst ausschöpfen. The invention is based on the finding that synthetic lubricants are more efficient than corresponding mineral lubricants. However, sections 1 2.3.1 .1 .1 and 1 2.3.1 .1 .2 of ISO 6336-2 are based on experiments with mineral lubricants. By deviating from the ISO 6336-2 standard according to the invention and instead using the lubricant factor (Z L ) experimentally using If a synthetic lubricant is determined, the potential of this lubricant can only be exploited.
Dennoch basiert das erfindungsgemäße Verfahren auf der Methode B der Norm ISO 6336-2. Dies ermöglicht es, das erfindungsgemäße Verfahren zertifizieren zu lassen. Nevertheless, the method according to the invention is based on method B of standard ISO 6336-2. This makes it possible to certify the inventive method.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Auslegung des ersten Getriebes mit einem um 10% erhöhten Schmierstofffaktor (ZL). In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung beträgt der Schmierstofffaktor (ZL) entsprechend mindestens 1 ,1 , 1 ,25, 1 ,149 oder 1 ,1561 . The inventive method allows the design of the first transmission with a 10% increased lubricant factor (Z L ). In a further preferred development, the lubricant factor (Z L ) is correspondingly at least 1, 1, 1, 25, 1, 149 or 1, 1561.
In einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung handelt es sich bei dem ersten Schmierstoff, mit dem das erste Getriebe befüllt wird, um einen Schmierstoff nach ISO VG 320. In diesem Fall ist der Schmierstofffaktor (ZL) größer als 1 ,1 . Bevorzugt wird darüber hinaus ein erster Schmierstoff nach ISO VG 460 mit einem Schmierstofffaktor (ZL) größer als 1 ,125 oder ein erster Schmierstoff nach ISO VG 680 mit einem Schmierstofffaktor (ZL) größer als 1 ,149. In a further preferred development, the first lubricant with which the first transmission is filled is a lubricant according to ISO VG 320. In this case, the lubricant factor (Z L ) is greater than 1.1. Furthermore, a first lubricant according to ISO VG 460 with a lubricant factor (Z L ) greater than 1.125 or a first lubricant according to ISO VG 680 with a lubricant factor (Z L ) greater than 1.149 is preferred.
In einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung ist das Zahnpaar, das in Eingriff steht einsatzgehärtet. Vorzugsweise sind entsprechend das oben genannte erste Zahnrad und das zweite Zahnrad einsatzgehärtet. Hierdurch lässt sich eine weitere Erhöhung des Schmierstofffaktors (ZL) erzielen. In a further preferred development, the pair of teeth which is case-hardened is case-hardened. Preferably, the above-mentioned first gear and the second gear are case hardened accordingly. This makes it possible to achieve a further increase in the lubricant factor (Z L ).

Claims

Patentansprüche claims
1 . Verfahren zur Auslegung eines ersten Getriebes; wobei 1 . Method for designing a first transmission; in which
das erste Getriebe mit einem ersten Schmierstoff befüllt wird; wobei the first transmission is filled with a first lubricant; in which
es sich bei dem ersten Schmierstoff um einen synthetischen Schmierstoff handelt; wobei the first lubricant is a synthetic lubricant; in which
die zulässige Flächenpressung (GHP) für mindestens ein in Eingriff stehendes Zahnpaar gemäß Methode B der Norm ISO 6336-2 in Abhängigkeit eines Schmierstofffaktors (ZL) ermittelt wird; und wobei the permissible surface pressure (GHP) for at least one engaged tooth pair is determined according to method B of standard ISO 6336-2 as a function of a lubricant factor (Z L ); and where
der Schmierstofffaktor (ZL) unter Verwendung mindestens eines zweiten Getriebes experimentell bestimmt wird; dadurch gekennzeichnet, dass the lubricant factor (Z L ) is determined experimentally using at least one second gear; characterized in that
das zweite Getriebe mit einem zweiten Schmierstoff befüllt wird; wobei the second gear is filled with a second lubricant; in which
die chemischen Zusammensetzungen des ersten Schmierstoffs und des zweitenthe chemical compositions of the first lubricant and the second
Schmierstoffs sich gleichen. Lubricant equal.
2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass 2. The method according to any one of the preceding claims; characterized in that
der Schmierstofffaktor (ZL) mindestens 1 .1 , 1 .125, 1 .149 oder 1 .1561 beträgt. the lubricant factor (Z L ) is at least 1 .1, 1 .125, 1 .149 or 1 .1561.
3. Verfahren nach Anspruch 1 ; dadurch gekennzeichnet, dass 3. The method of claim 1; characterized in that
das erste Getriebe mit einem Schmierstoff nach ISO VG 320 befüllt wird, the first gearbox is filled with a lubricant according to ISO VG 320,
ist. is.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass 4. The method according to any one of the preceding claims; characterized in that
das erste Getriebe mit einem Schmierstoff nach ISO VG 460 befüllt wird. the first gearbox is filled with a lubricant according to ISO VG 460.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass 5. The method according to any one of the preceding claims; characterized in that
das erste Getriebe mit einem Schmierstoff nach ISO VG 680 befüllt wird. the first gearbox is filled with a lubricant according to ISO VG 680.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass 6. The method according to any one of the preceding claims; characterized in that
Zahnpaar einsatzgehärtet ist.  Tooth pair is case hardened.
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