WO2018158017A1 - Geräuschoptimierte planetenstufe i - Google Patents

Geräuschoptimierte planetenstufe i Download PDF

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Dirk Leimann
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Zf Friedrichshafen Ag
Zf Wind Power Antwerpen N.V.
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    • F16H48/10—Differential gearings with gears having orbital motion with orbital spur gears
    • F16H48/11—Differential gearings with gears having orbital motion with orbital spur gears having intermeshing planet gears
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    • 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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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/08—General details of gearing of gearings with members having orbital motion

Definitions

  • the invention relates to a planetary stage according to the preamble of claim 1.
  • DE 102015009070 A1 recommends a special arrangement of planet gears.
  • the planet gears are irregularly spaced from each other in the circumferential direction of the rotation axis of a sun gear. This has the consequence that the teeth of the planetary gears at different times of the single intervention to double engagement and so reduce the noise emissions.
  • the invention has for its object to eliminate the inherent disadvantages of the prior art solutions disadvantages.
  • the noise emissions of a planetary stage are to be lowered without impairing their durability and performance.
  • a planetary stage is defined as an associated with a transmission arrangement with a sun gear, a planet carrier, one or more planetary gears and a ring gear.
  • the planet gears are each one relative to the planet carrier fixed axis of rotation mounted on the planet carrier. They mesh respectively with the sun gear and / or the ring gear.
  • Two of the three components sun gear, planet carrier and ring gear are rotatably mounted about a common central axis.
  • the third component is rotationally fixed, preferably stationary, arranged.
  • the planetary stage according to the invention comprises, in addition to a ring gear and a sun gear, a first planetary gear and a second planetary gear.
  • the first planetary gear and the second planetary gear mesh respectively with the ring gear and with the sun gear.
  • a tip diameter of the first planet gear is greater than a tip circle diameter of the second planet gear.
  • the tip diameter of the first planetary gear may be at least 0.2 percent greater than the tip diameter of the second planetary gear.
  • the tip diameter of the first planetary gear is at least 0.4 percent greater than the tip circle diameter of the second planetary gear.
  • the tip diameter defines a boundary of the flanks of the teeth of the first planetary gear and the second planetary gear to the outside. Due to the outer boundary of the tooth flanks, the engagement paths of the tooth engagements of the first planetary gear and the sun gear, the first planet gear and the ring gear, the second planet gear and the sun gear and the second planet gear and the ring gear are set in length.
  • the engagement distances of the first planetary gear are longer than the corresponding engagement distances of the second planetary gear. This results in different profile overlaps.
  • the profile coverage affects the ratio of single intervention to double intervention.
  • the invention thus achieves that the ratios of individual engagement to double engagement differ in the first planetary gear and the corresponding ratios of single engagement to double engagement in the second planetary gear. This has the consequence that the temporal correlation of the engagement shocks of the first planetary gear and the second planetary gear is widened. This reduces tonalities, ie individual peaks in the frequency spectrum of the noise emissions of a transmission. The resulting frequency spectrum corresponds to noise.
  • the planetary stage according to the invention is particularly suitable for use in a wind turbine gearbox.
  • the planetary stage according to the invention is suitable as a second planetary stage of the initially described, known from the prior art, three-stage wind turbine gearbox.
  • the other toothing parameters of the toothings of the first planetary gear and of the second planetary gear preferably coincide.
  • the first planetary gear and the second planetary gear are involute gearwheels whose base circle diameters coincide.
  • the numbers of teeth, the pitch circle diameter and / or the profile displacements or profile displacement factors of the first planetary gear and the second planetary gear coincide.
  • the modules of the first planetary gear and the second planetary gear preferably match.
  • Further parameters of the first planetary gear and the second planetary gear, which preferably coincide, are their Wälz Vietnamese bemesser, supplement Vietnamese bemesser, tooth thicknesses on the pitch circle, pitches on the pitch circle, tooth widths, gap widths on the pitch circle, pitches on the pitch circle.
  • the head heights of the teeth of the first planetary gear and the second planetary gear differ from each other due to the different tip diameter.
  • first planetary gear and the second planetary gear are cylindrical wheels. This means that the totality of all head circles, base circles and pitch circles forms one cylinder each.
  • the first planetary gear and the second planetary gear may be straight or obliquely toothed.
  • the sun gear and a planet carrier of the planetary stage, the sun gear and the ring gear or the planet carrier and the ring gear are preferably further rotatably formed about a common axis of rotation, called central axis.
  • a first, relative to the planet carrier fixed axis of rotation about which the first planetary gear is rotatably mounted on the planet carrier, and a second, fixed relative to the planet carrier rotation axis about which the second planet gear is rotatably mounted on the planet carrier are in one beyond preferred development arranged equidistant from the central axis.
  • the first axis of rotation, the second axis of rotation and the central axis preferably run parallel to one another.
  • the planetary stage may have more than two planet gears.
  • it can be developed with a third planetary gear, which meshes with the ring gear and the sun gear.
  • the head circle diameter of the third planetary gear is smaller than the tip circle diameter of the second planetary gear and thus smaller than the tip circle diameter of the first planetary gear and.
  • the remaining gear parameters of the third planetary gear preferably coincide with the gear parameters of the first planetary gear and the second planetary gear. This applies in particular to the gear parameters listed above, in which the toothings of the first planetary gear and of the second planetary gear coincide.
  • FIG. 1 A preferred embodiment of the invention is shown in FIG. 1 in detail shows:
  • Fig. 1 is a planetary stage.
  • the planetary stage 101 shown in FIG. 1 has a ring gear 103, a first planetary gear 105, a second planetary gear 107, a third planetary gear 109 and a sun gear 111.
  • the first planetary gear 105, the second planetary gear 107 and the third planetary gear 109 mesh with the ring gear 103 and the sun gear 111, respectively.
  • a tip diameter (d ai ) of the first planetary gear 105, a tip circle diameter ⁇ d a2 ) of the second pinion 107, and a tip diameter (d a3 ) of the third pinion 109 For a tip diameter (d ai ) of the first planetary gear 105, a tip circle diameter ⁇ d a2 ) of the second pinion 107, and a tip diameter (d a3 ) of the third pinion 109,

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Planetenstufe (101) mit einem Hohlrad (103), einem Sonnenrad (111), einem ersten Planetenrad (105) und einem zweiten Planetenrad (107); wobei das erste Planetenrad (105) und das zweite Planetenrad (107) mit dem Hohlrad (103) und dem Sonnenrad (111) kämmen. Ein Kopfkreisdurchmesser des ersten Planetenrads (105) ist größer als ein Kopfkreisdurchmesser des zweiten Planetenrads (107).

Description

Geräuschoptimierte Planetenstufe I
Die Erfindung betrifft eine Planetenstufe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Mit höheren Leistungen bei Wind kraftan lagen geht ein Trend hin zu dreistufigen Getrieben mit zwei eingangs hintereinander geschalteten Planetenstufen und einer Stirnradstufe am Getriebeausgang. Insbesondere die zweite Planetenstufe ist aufgrund höherer Drehzahlen kritisch im Hinblick auf Geräuschemissionen.
Um Geräusche in Planetenstufen zu reduzieren, wird in der Druckschrift
DE 102015009070 A1 eine spezielle Anordnung der Planetenräder empfohlen. Die Planetenräder sind in Umfangsrichtung der Drehachse eines Sonnenrads unregelmäßig voneinander beabstandet. Dies hat zur Folge, dass die Verzahnungen der Planetenräder zu verschiedenen Zeiten vom Einzeleingriff zum Doppeleingriff übergehen und so die Geräuschemissionen sinken.
Allerdings gehen unregelmäßig voneinander beabstandete Planetenräder mit Ver- spannungen einher. Es kommt zu erhöhtem Verschleiß und im Extremfall zu Verklemmungen. Diesem Problem kann nur in begrenztem Maße durch ein erhöhtes Flankenspiel begegnet werden. Selbst dann ist ein negativer Einfluss auf die beiden Lastverteilungen und damit eine Leistungsminderung zu erwarten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen innewohnenden Nachteile zu eliminieren. Insbesondere sollen die Geräuschemissionen einer Planetenstufe gesenkt werden, ohne deren Haltbarkeit und Leistungsfähigkeit zu verschlechtern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Planetenstufe nach Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
Eine Planetenstufe ist definiert als eine zu einem Getriebe gehörige Anordnung mit einem Sonnenrad, einem Planetenträger, einem oder mehreren Planetenrädern und einem Hohlrad. Die Planetenräder sind jeweils um eine relativ zu dem Planetenträger feststehende Drehachse auf dem Planetenträger gelagert. Sie kämmen jeweils mit dem Sonnenrad und/oder dem Hohlrad. Zwei der drei Komponenten Sonnenrad, Planetenträger und Hohlrad sind um eine gemeinsame Zentralachse drehbar gelagert. Die dritte Komponente ist drehfest, vorzugsweise ortsfest, angeordnet.
Die erfindungsgemäße Planetenstufe umfasst neben einem Hohlrad und einem Sonnenrad ein erstes Planetenrad und ein zweites Planetenrad. Das erste Planetenrad und das zweite Planetenrad kämmen jeweils mit dem Hohlrad und mit dem Sonnenrad.
Erfindungsgemäß ist ein Kopfkreisdurchmesser des ersten Planetenrads größer als ein Kopfkreisdurchmesser des zweiten Planetenrads. So kann etwa der Kopfkreisdurchmesser des ersten Planetenrads mindestens 0,2 Prozent größer sein als der Kopfkreisdurchmesser des zweiten Planetenrads. Bevorzugt ist der Kopfkreisdurchmesser des ersten Planetenrads mindestens 0,4 Prozent größer als der Kopfkreisdurchmesser des zweiten Planetenrads.
Die Kopfkreisdurchmesser legen eine Begrenzung der Flanken der Verzahnungen des ersten Planetenrads und des zweiten Planetenrads nach außen hin fest. Durch die äußere Begrenzung der Zahnflanken werden die Eingriffstrecken der Zahneingriffe des ersten Planetenrads und des Sonnenrads, des ersten Planetenrads und des Hohlrads, des zweiten Planetenrads und des Sonnenrads sowie des zweiten Planetenrads und des Hohlrads längenmäßig festgelegt.
Durch den größeren Kopfkreisdurchmesser des ersten Planetenrads sind die Eingriffstrecken des ersten Planetenrads länger als die entsprechenden Eingriffstrecken des zweiten Planetenrads. Hieraus ergeben sich unterschiedliche Profilüberdeckungen.
Die Profilüberdeckung beeinflusst das Verhältnis zu Einzeleingriff zu Doppeleingriff. Durch die Erfindung wird somit erreicht, dass die Verhältnisse von Einzeleingriff zu Doppeleingriff bei dem ersten Planetenrad und die entsprechenden Verhältnisse von Einzeleingriff zu Doppeleingriff bei dem zweiten Planetenrad sich unterscheiden. Dies hat zur Folge, dass die zeitliche Korrelation der Eingriffsstöße des ersten Planetenrads und des zweiten Planetenrads aufgeweitet wird. Hierdurch werden Tonalitä- ten, d. h. einzelne Peaks im Frequenzspektrum der Geräuschemissionen eines Getriebes vermindert. Das resultierende Frequenzspektrum entspricht einem Rauschen.
Aufgrund des beschriebenen Geräuschverhaltens eignet sich die erfindungsgemäße Planetenstufe besonders zur Verwendung in einem Windkraftgetriebe. Insbesondere eignet sich die erfindungsgemäße Planetenstufe als zweite Planetenstufe der eingangs beschriebenen, aus dem Stand der Technik bekannten, dreistufigen Windkraftgetriebe.
Abgesehen von den abweichenden Kopfkreisdurchmessern stimmen die übrigen Verzahnungsparameter der Verzahnungen des ersten Planetenrads und des zweiten Planetenrads vorzugsweise überein. So handelt es sich in einer bevorzugten Weiterbildung bei dem ersten Planetenrad und dem zweiten Planetenrad um evolventenverzahnte Zahnräder, deren Grundkreisdurchmesser übereinstimmen.
In darüber hinaus bevorzugten Weiterbildungen stimmen die Zähnezahlen, die Teilkreisdurchmesser und/oder die Profilverschiebungen bzw. Profilverschiebungsfaktoren des ersten Planetenrads und des zweiten Planetenrads überein. Insbesondere die Moduln des ersten Planetenrads und des zweiten Planetenrads stimmen bevorzugt überein. Weitere Parameter des ersten Planetenrads und des zweiten Planetenrads, die bevorzugt übereinstimmen, sind deren Wälzkreisdurchmesser, Fußkreisdurchmesser, Zahndicken auf dem Teilkreis, Teilungen auf dem Teilkreis, Zahnbreiten, Lückenweiten auf dem Teilkreis, Teilungen auf dem Teilkreis. Die Kopfhöhen der Verzahnungen des ersten Planetenrads und des zweiten Planetenrads hingegen weichen aufgrund der unterschiedlichen Kopfkreisdurchmesser voneinander ab.
In einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung handelt es sich bei dem ersten Planetenrad und dem zweiten Planetenrad um Zylinderräder. Dies bedeutet, dass die Gesamtheit aller Kopfkreise, Grundkreise und Teilkreise jeweils einen Zylinder bildet. Das erste Planetenrad und das zweite Planetenrad können gerade oder schrägt verzahnt sein. Das Sonnenrad und ein Planetenträger der Planetenstufe, das Sonnenrad und das Hohlrad oder der Planetenträger und das Hohlrad sind bevorzugt um eine gemeinsame Drehachse, Zentralachse genannt, drehbar weitergebildet.
Eine erste, relativ zu dem Planetenträger feststehende Drehachse, um die das erste Planetenrad drehbar auf dem Planetenträger gelagert ist, und eine zweite, relativ zu dem Planetenträger feststehende Drehachse, um die das zweite Planetenrad drehbar auf dem Planetenträger gelagert ist, sind in einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung äquidistant zu der Zentralachse angeordnet. Insbesondere verlaufen die erste Drehachse, die zweite Drehachse und die Zentralachse bevorzugt parallel zueinander.
Die Planetenstufe kann mehr als zwei Planetenräder aufweisen. Insbesondere kann sie mit einem dritten Planetenrad weitergebildet sein, das mit dem Hohlrad und dem Sonnenrad kämmt. Der Kopfkreisdurchmesser des dritten Planetenrads ist kleiner als die Kopfkreisdurchmesser des zweiten Planetenrads und folglich auch kleiner als der Kopfkreisdurchmesser des ersten Planetenrads und. Die übrigen Verzahnungsparameter des dritten Planetenrads stimmen vorzugsweise mit den Verzahnungsparametern des ersten Planetenrads und des zweiten Planetenrads überein. Insbesondere gilt dies für die oben aufgeführten Verzahnungsparameter, in denen die Verzahnungen des ersten Planetenrads und des zweiten Planetenrads übereinstimmen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 1 dargestellt. Im Einzelnen zeigt:
Fig. 1 eine Planetenstufe.
Die in Fig. 1 dargestellte Planetenstufe 101 weist ein Hohlrad 103, ein erstes Planetenrad 105, ein zweites Planetenrad 107, ein drittes Planetenrad 109 und ein Sonnenrad 111 auf. Das erste Planetenrad 105, das zweite Planetenrad 107 und das dritte Planetenrad 109 kämmen jeweils mit dem Hohlrad 103 und dem Sonnenrad 111. Für einen Kopfkreisdurchmesser (dai ) des ersten Planetenrads 105, einen Kopfkreisdurchmesser {da2 ) des zweiten Planetenrads 107 und einen Kopfkreisdurchmesser (da3 ) des dritten Planetenrads 109 gilt:
Bezuqszeichen
101 Planetenstufe
103 Hohlrad
105 erstes Planeten rad
107 zweites Planetenrad
109 drittes Planetenrad
111 Sonnenrad

Claims

Patentansprüche
1. Planetenstufe (101 ) mit einem Hohlrad (103), einem Sonnenrad (111), einem ersten Planetenrad (105) und einem zweiten Planetenrad (107); wobei
das erste Planetenrad (105) und das zweite Planetenrad (107) mit dem Hohlrad (103) und dem Sonnenrad (111 ) kämmen; dadurch gekennzeichnet, dass
ein Kopfkreisdurchmesser des ersten Planetenrads (105) größer ist als ein Kopfkreisdurchmesser des zweiten Planetenrads (107).
2. Planetenstufe (101 ) nach Anspruch 1 ; dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Planetenrad (105) und das zweite Planetenrad (107) evolventenverzahnt sind; wobei
die Grundkreisdurchmesser des ersten Planetenrads (105) und des zweiten Planetenrads (107) übereinstimmen.
3. Planetenstufe (101 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass
die Zähnezahlen des ersten Planetenrads (105) und des zweiten Planetenrads (107) übereinstimmen.
4. Planetenstufe (101 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ; dadurch gekennzeichnet, dass
die Teilkreisdurchmesser des ersten Planetenrads (105) und des zweiten Planetenrads (107) übereinstimmen.
5. Planetenstufe (101 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass
die Profilverschiebungen des ersten Planetenrads (105) und des zweiten Planetenrads (107) übereinstimmen.
6. Planetenstufe (101 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass
es sich bei dem ersten Planetenrad (105) und dem zweiten Planetenrad (107) um Zylinderräder handelt.
7. Planetenstufe (101 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; gekennzeichnet, durch
einen Planetenträger; wobei
das Sonnenrad () und der Planetenträger (), das Sonnenrad () und das Hohlrad () oder der Planetenträger () und das Hohlrad () um eine gemeinsame Zentralachse () drehbar sind.
8. Planetenstufe (101 ) nach dem vorhergehenden Anspruch; dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Planetenrad (105) drehbar um eine erste, relativ zu dem Planetenträger feststehende Drehachse auf dem Planetenträger gelagert ist; wobei
das zweite Planetenrad (107) drehbar um eine zweite, relativ zu dem Planetenträger feststehende Drehachse auf dem Planetenträger gelagert ist; und wobei
die Abstände der ersten Drehachse und der zweiten Drehachse zu der Zentralachse übereinstimmen.
9. Planetenstufe (101 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; gekennzeichnet durch
ein drittes Planetenrad (109); wobei
das dritte Planetenrad (109) mit dem Hohlrad (103) und dem Sonnenrad (111 ) kämmen; wobei
der Kopfkreisdurchmesser des zweiten Planetenrads (107) größer ist als ein Kopfkreisdurchmesser des dritten Planetenrads (109).
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