WO2020259873A1 - Sonnenwelle mit verbundwerkstoff - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an arrangement according to the preamble of claim 1.
- Noise emissions are a major problem with wind power gear units.
- the solar wave of the last planetary stage is largely responsible for the generation of vibrations in the audible spectrum.
- the fight against the vibrations is difficult at this point, because the sun shaft has a tapered Be rich, which is required as a grinding outlet for the sun gear.
- the invention is based on the object of improving the vibration behavior of a gearbox. In particular, the noise emissions should be reduced.
- the arrangement includes a gear and a shaft.
- the gear wheel can be a spur gear, in particular an externally toothed spur gear.
- a shaft is a completely rotatably mounted machine element, i.e. without limitation of the angle of rotation, which is used to transfer rotary work.
- the gear wheel and the shaft are in the present case connected to one another in a rotationally fixed manner. Due to the non-rotatable connection, the gear and the shaft rotate at the same speed around a common axis of rotation. Rotations of the gear around this axis of rotation relative to one another are not possible.
- the gear and the shaft are also rigid, that is, connected to one another without the possibility of any relative movement.
- the gear and the shaft consist of different materials. This makes it possible to manufacture the gear from a conventional material that is as suitable as possible for use as a gear. So the dental wheel are made of steel. A material can be selected for the shaft which has improved properties with regard to the vibration behavior of the arrangement.
- the shaft consists of a composite material.
- This is a material that consists of at least two different interconnected materials.
- the materials are preferably connected in a material and / or form-fitting manner. It can, for example, be a fiber composite material in which fibers are laminated with a binder. In the case of a fiber composite material, the rigidity of the shaft can be specifically modified by choosing the fiber angle.
- the gear and the shaft according to the development can be connected to one another in a rotationally fixed manner, for example by means of a clamping device.
- Another material that is suitable for the shaft is bainized iron cast.
- a diameter of the shaft is greater than a root diameter of the gear wheel in a grinding runout of the gear.
- the grinding run-out is an area that the tool sweeps over when manufacturing the toothing of the gear. This area extends radially inwards up to the root diameter of the gear.
- at least part of the shaft is located in the grinding outlet. This is possible because, as a result of the invention, the gear wheel and the shaft are designed in two parts, that is to say form parts that are physically separate from one another.
- the shaft is used to transfer rotational work between the gear and at least one other component.
- this component is a spline.
- a spline is a set of teeth that is designed to form a non-rotatable connection together with another spline. The splines cannot be rotated relative to one another.
- the present spline is preferably removablebil det as an external toothing.
- the splines and the shaft are non-rotatably connected to one another. At least part of the shaft is axially arranged between the gear and the splines. The part of the shaft is located between a first and a second plane which are oriented orthogonally to the above-mentioned axis of rotation.
- the gear and the part of the shaft are on different sides of the first level.
- the splines and the part of the shaft are on different sides of the second level.
- a flange can be provided to which the shaft is connected in a rotationally fixed manner. In this case, the rotating work is transferred between the gear and the flange.
- the flange allows elastomers to be integrated into the arrangement, the dampening properties of which have a positive effect on the vibration behavior.
- the arrangement is preferably developed as part of a planetary stage, the gear wheel serving as a sun wheel.
- the planetary stage has a ring gear, a planet carrier and one or more planet gears.
- the plane ten wheels are rotatably mounted in the planet carrier and mesh with the ring gear and / or the sun gear. At least two of the three components ring gear, plane carrier and sun gear are rotatably mounted.
- the third component is preferably arranged fixed to the housing.
- the planetary stage in turn is preferably part of a transmission. In addition to the first-mentioned planetary stage, this can have a further planetary stage, which is connected upstream of the first-mentioned planetary stage. It is preferably a wind power transmission.
- the planetary stages drive a generator directly or via an interposed spur gear stage.
- Fig. 1 represents the prior art. Preferred embodiments of the invention are contained in the other figures. Matching reference numbers identify identical or functionally identical features. In detail shows: 1 shows a sun shaft with a sun gear and splines;
- FIGS. 3A to C variants of the sun shaft shows a sun shaft made of a composite material
- a sun gear 101, a sun shaft 103 and a fitting toothing 105 are integrally connected to one another.
- the sun gear 101, the sun shaft 103 and the splines 105 are made from a common blank.
- the sun shaft 103 In order to grind the toothing of the sun gear 101, it is necessary for the sun shaft 103 to have a grinding outlet 107.
- the sun shaft 103 tapers in this area. It therefore has a reduced diameter in the area of the grinding outlet 107. This has a negative effect on the vibration behavior of the arrangement.
- the sun shaft 201 shown in FIG. 2 consists of a composite material.
- the sun shaft 201 and the sun gear 101 can be joined together in the case after the teeth of the sun gear 101 have been manufactured. Therefore, the sun shaft 201 does not have to have a grinding runout. Accordingly, the grinding outlet 107 can be made shorter here.
- a sun shaft 201 made of a composite material allows various variants to be implemented. Three variants are shown by way of example in FIGS. 3 a) to c).
- the variant according to FIG. 3 a) shows a sun shaft 201 with a diameter which is smaller than the root diameter of the toothing of the sun gear 101.
- the diameter of the sun shaft 201 can be varied.
- An enlarged diameter is shown in Fig. 3B is.
- the diameter of the sun shaft 201 is greater than the tip circle diameter of the toothing of the sun gear 101.
- An arrangement with a flange 301 is shown in Fig. 3C.
- the flange 301 is non-rotatably connected to the sun shaft 201 instead of the spline 105.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Zahnrad (101) und einer Welle (103); wobei das Zahnrad (101) und die Welle (103) drehfest miteinander verbunden sind. Das Zahnrad (101) und die Welle (103) bestehen aus unterschiedlichen Materialien.
Description
Sonnenwelle mit Verbundwerkstoff
Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Bei Windkraftgetrieben stellen Geräuschemissionen ein großes Problem dar. Maß geblich verantwortlich für die Entstehung von Schwingungen im hörbaren Spektrum ist die Sonnenwelle der letzten Planetenstufe. Die Bekämpfung der Schwingungen gestaltet sich an dieser Stelle schwierig, da die Sonnenwelle einen verjüngten Be reich aufweist, der als Schleifauslauf für das Sonnenrad benötigt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Schwingungsverhalten eines Getrie bes zu verbessern. Insbesondere sollen die Geräuschemissionen verringert werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung nach Anspruch 1. Bevorzugte Wei terbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten und ergeben sich aus den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen.
Die Anordnung umfasst ein Zahnrad und eine Welle. Bei dem Zahnrad kann es sich um ein Stirnrad, insbesondere ein außenverzahntes Stirnrad handeln.
Eine Welle ist ein vollständig, das heißt ohne Begrenzung des Drehwinkels drehbar gelagertes Maschinenelement, das zum Übertragen von Dreharbeit dient.
Das Zahnrad und die Welle sind vorliegend drehfest miteinander verbunden. Durch die drehfeste Verbindung rotieren das Zahnrad und die Welle mit gleicher Geschwin digkeit um eine gemeinsame Drehachse. Verdrehungen des Zahnrads um diese Drehachse relativ zueinander sind nicht möglich. Bevorzugt sind das Zahnrad und die Welle darüber hinaus starr, das heißt, ohne die Möglichkeit jeglicher Relativbe wegung, miteinander verbunden.
Das Zahnrad und die Welle bestehen erfindungsgemäß aus unterschiedlichen Mate rialien. Dies ermöglicht es, das Zahnrad aus einem herkömmlichen, für die Verwen dung als Zahnrad bestmöglich geeigneten Material herzustellen. So kann das Zahn-
rad etwa aus Stahl bestehen. Für die Welle kann ein Material gewählt werden, das hinsichtlich des Schwingungsverhaltens der Anordnung verbesserte Eigenschaften aufweist.
In einer bevorzugten Weiterbildung besteht die Welle aus einem Verbundwerkstoff. Dies ist ein Werkstoff, der aus mindestens zwei verschiedenen miteinander verbun denen Materialien besteht. Die Verbindung der Materialien erfolgt vorzugsweise stoff und/oder formschlüssig. Es kann sich beispielsweise um einen Faserverbundwerk stoff handeln, bei dem Fasern mit einem Bindemittel laminiert werden. Bei einem Fa serverbundwerkstoff lässt sich die Steifigkeit der Welle durch Wahl des Faserwinkels gezielt modifizieren. Das Zahnrad und die weiterbildungsgemäße Welle können etwa mittels einer Klemmvorrichtung drehfest miteinander verbunden werden.
Ein weiteres, für die Welle geeignetes Material ist bainisierter Ferroguss.
Ein Durchmesser der Welle ist in einem Schleifauslauf des Zahnrads in einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung größer als ein Fußkreisdurchmesser des Zahn rads. Der Schleifauslauf ist ein Bereich, den das Werkzeug bei der Fertigung der Verzahnung des Zahnrads überstreicht. Dieser Bereich erstreckt sich radial nach in nen hin bis zum Fußkreisdurchmesser des Zahnrads. Weiterbildungsgemäß befindet sich also mindestens ein Teil der Welle in dem Schleifauslauf. Dies ist möglich, da durch die Erfindung bedingt das Zahnrad und die Welle zweistückig ausgeführt sind, das heißt physisch voneinander getrennte Teile bilden.
Die Welle dient der Übertragung von Dreharbeit zwischen dem Zahnrad und wenigs tens einer anderen Komponente. Bei dieser Komponente handelt es sich in einer be vorzugten Weiterbildung um eine Passverzahnung. Eine Passverzahnung ist eine Verzahnung, die ausgebildet ist, zusammen mit einer weiteren Passverzahnung eine drehfeste Verbindung zu bilden. Die Passverzahnungen sind relativ zueinander nicht verdrehbar.
Die vorliegende Passverzahnung ist vorzugsweise als Außenverzahnung ausgebil det.
Die Passverzahnung und die Welle sind drehfest miteinander verbunden. Mindestens ein Teil der Welle ist axial zwischen dem Zahnrad und der Passverzahnung ange ordnet. Der Teil der Welle befindet sich zwischen einer ersten und einer zweiten Ebene, die orthogonal zu der oben genannten Drehachse ausgerichtet sind. Das Zahnrad und der Teil der Welle befinden sich auf unterschiedlichen Seiten der ersten Ebene. Entsprechend befinden sich die Passverzahnung und der Teil der Welle auf unterschiedlichen Seiten der zweiten Ebene.
Anstelle der Passverzahnung kann ein Flansch vorgesehen sein, mit dem die Welle drehfest verbunden ist. In diesem Fall wird die Dreharbeit zwischen dem Zahnrad und dem Flansch übertragen. Der Flansch erlaubt es, Elastomere in die Anordnung zu integrieren, deren dämpfende Eigenschaften sich positiv auf das Schwingungs verhalten auswirken.
Bevorzugt ist die Anordnung als Teil einer Planetenstufe weitergebildet, wobei das Zahnrad als Sonnenrad dient. Die Planetenstufe weist neben dem Sonnenrad ein Hohlrad, einen Planetenträger und ein oder mehrere Planetenräder auf. Die Plane tenräder sind drehbar in dem Planetenträger gelagert und kämmen mit dem Hohlrad und/oder dem Sonnenrad. Mindestens zwei der drei Komponenten Hohlrad, Plane tenträger und Sonnenrad sind drehbar gelagert. Die dritte Komponente ist bevorzugt gehäusefest angeordnet.
Die Planetenstufe wiederum ist bevorzugt Teil eines Getriebes. Dieses kann neben der erstgenannten Planetenstufe eine weitere Planetenstufe aufweisen, die der erst genannten Planetenstufe vorgeschaltet ist. Vorzugsweise handelt es sich um ein Windkraftgetriebe. Die Planetenstufen treiben hier direkt oder über eine zwischenge schaltete Stirnradstufe einen Generator an.
Fig. 1 stellt Stand der Technik dar. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den weiteren Figuren enthalten. Übereinstimmende Bezugsziffern kennzeich nen dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale. Im Einzelnen zeigt:
Fig. 1 eine Sonnenwelle mit Sonnenrad und Passverzahnung;
Fig. 2 eine aus einem Verbundwerkstoff bestehende Sonnenwelle; und Fig. 3A bis C Varianten der Sonnenwelle.
Gemäß Fig. 1 sind ein Sonnenrad 101 , eine Sonnenwelle 103 und eine Passverzah nung 105 einstückig miteinander verbunden. Das Sonnenrad 101 , die Sonnenwelle 103 und die Passverzahnung 105 sind aus einem gemeinsamen Rohteil gefertigt.
Um die Verzahnung des Sonnenrads 101 zu schleifen, ist es erforderlich, dass die Sonnenwelle 103 einen Schleifauslauf 107 aufweist. In diesem Bereich verjüngt sich die Sonnenwelle 103. Sie weist also im Bereich des Schleifauslaufs 107 einen ver ringerten Durchmesser auf. Dies wirkt sich negativ auf das Schwingungsverhalten der Anordnung aus.
Die in Fig. 2 dargestellte Sonnenwelle 201 besteht aus einem Verbundmaterial. Die Sonnenwelle 201 und das Sonnenrad 101 können in dem Fall miteinander gefügt werden, nachdem die Verzahnung des Sonnenrads 101 gefertigt wurde. Daher muss die Sonnenwelle 201 keinen Schleifauslauf aufweisen. Entsprechend lässt sich hier der Schleifauslauf 107 kürzer gestalten.
Eine aus einem Verbundwerkstoff bestehende Sonnenwelle 201 erlaubt die Realisie rung verschiedenartiger Varianten. Drei Varianten sind beispielhaft in den Figuren 3 a) bis c) dargestellt.
Die Variante gemäß Fig. 3 a) zeigt eine Sonnenwelle 201 mit einem Durchmesser, der kleiner ist als der Fußkreisdurchmesser der Verzahnung des Sonnenrads 101.
Um das Schwingungsverhalten der Anordnung zu ändern, lässt sich der Durchmes ser der Sonnenwelle 201 variieren. Ein vergrößerter Durchmesser ist in Fig. 3B dar gestellt. Hier ist der Durchmesser der Sonnenwelle 201 größer als der Kopfkreis durchmesser der Verzahnung des Sonnenrads 101 .
Eine Anordnung mit einem Flansch 301 ist in Fig. 3C dargestellt. Der Flansch 301 ist anstelle der Passverzahnung 105 drehfest mit der Sonnenwelle 201 verbunden.
Bezuaszeichen Sonnenrad
Sonnenwelle
Passverzahnung
Schleifauslauf
Sonnenwelle
Flansch
Claims
1. Anordnung mit einem Zahnrad (101 ) und einer Welle (103); wobei
das Zahnrad (101 ) und die Welle (103) drehfest miteinander verbunden sind;
dadurch gekennzeichnet, dass
das Zahnrad (101 ) und die Welle (103) aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
2. Anordnung nach Anspruch 1 ; dadurch gekennzeichnet, dass
die Welle (130) aus einem Verbundmaterial besteht.
3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass
ein Durchmesser der Welle (130) in einem Schleifauslauf des Zahnrads (101 ) größer ist als ein Fußkreisdurchmesser des Zahnrads (101 ).
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; gekennzeichnet durch eine Passverzahnung (105); wobei
die Passverzahnung (105) und die Welle (103) drehfest miteinander verbunden sind; und wobei
mindestens ein Teil der Welle (103) axial zwischen dem Zahnrad (101 ) und der Passverzahnung (105) angeordnet ist.
5. Planetenstufe; gekennzeichnet durch
eine Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; wobei
das Zahnrad (101 ) als Sonnen rad ausgebildet ist.
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