DE102011118832A1

DE102011118832A1 - Planetengetriebe mit einem Getriebegehäuse

Info

Publication number: DE102011118832A1
Application number: DE102011118832A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Bauer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2011-11-18
Filing date: 2011-11-18
Publication date: 2013-05-23
Also published as: WO2013072004A1; US20150038284A1; CN104053928A; CN104053928B; US9316290B2

Abstract

Planetenstufe 10 eines Planetengetriebes mit einem Getriebegehäuse, in dem ein ortsfest angeordnetes Hohlrad 23, zumindest zwei in einem zumindest eine Wange 27a, 27b aufweisenden Planetensteg 12 gelagerte Planetenräder 15 und ein Sonnenrad 18 angeordnet sind, wobei der Planetensteg 12 mit einer Eingangswelle 11 verbunden ist und wobei eine Verbindung zwischen der Eingangswelle 11 und einem Bauteil einer weiteren Planetenstufe vorhanden ist. Erfindungsgemäß wird eine Planentenstufe 10 eines Planetengetriebes bereitgestellt, bei dem Torsionsbelastung insbesondere des Planetenstegs 12 verringert ist. Erreicht wird dies dadurch, dass die Verbindung ein mit der von einer Last/Momenteinleitung beaufschlagten Wange 27a des Planetenstegs 12 verbundener Verbindungssteg 19 ist, der im Bereich zwischen zwei Planetenrädern 15 und innerhalb des Hohlrads 23 angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Planetenstufe eines Planetengetriebes mit einem Getriebegehäuse, in dem ein ortsfest angeordnetes Hohlrad, zumindest zwei in einem zumindest eine Wange aufweisenden Planetensteg gelagerte Planetenräder und ein Sonnenrad angeordnet sind, wobei der Planetensteg mit einer Eingangswelle verbunden ist und wobei eine Verbindung zwischen der Eingangswelle und einem Bauteil eines weiteren Planetengetriebes vorhanden ist.
Ein derartiges Planetengetriebe mit mehreren Planetenstufen ist aus der WO2008/104258 A1 bekannt. Das Planetengetriebe ist für eine Windkraftanlage ausgelegt, die kinetische Energie des Windes in elektrische Energie umwandelt und in ein Stromnetz einspeist. Die Planetenstufen des Planetengetriebes wirken miteinander zusammen, wobei eine Lastaufteilung von einer Rotorwelle auf eine erste Planetenstufe und um das Hohlrad der ersten Planetenstufe außen herum auf eine zweite Planetenstufe erfolgt. Diese Ausbildung vergrößert das Bauvolumen des Planetengetriebes und erhöht somit durch die notwendige massive Ausbildung das Gewicht des Planetengetriebes. Zudem ist durch die hohen zu bewegenden Massen das Laufverhalten des Planetengetriebes nachteilig beeinflusst.
Ein weiteres Planetengetriebe ist aus der EP 1 240 443 B1 bekannt. Dieses Planetengetriebe weist ebenfalls eine mit einer Rotorwelle verbundene erste Planetenstufe auf, bei der der Planetensteg der ersten Planetenstufe mit dem Hohlrad einer zweiten Planetenstufe verbunden ist. Dieser Ausgestaltung ist allgemein üblich und wird bei in beispielsweise Windkraftanlagen verbauten Planetengetrieben eingesetzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Planetenstufe eines Planetengetriebes bereitzustellen, bei dem die Torsionsbelastung eines Planetenstegs der Planetenstufe verringert ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, das die Verbindung ein mit der von einer Last/Momenteinleitung beaufschlagten Wange des Planetenstegs verbundener Verbindungssteg ist, der im Bereich zwischen zwei Planetenrädern und innerhalb des Hohlrads angeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung wird die auf eine weitere Planetenstufe zu übertragende Last folglich an dem Planetensteg der ersten Planetenstufe vorbei im Bereich zwischen zwei Planetenrädern durchgeleitet und auf die weitere Planetenstufe übertragen. Dadurch ist einerseits keine Lastführung um das Hohlrad der ersten Planetenstufe herum notwendig und es ist der erste Planetensteg nur Von seiner eigenen Torsion beansprucht, die zumindest zu einer verringerten Kippung und/oder Schiefstellung der Planetenradbolzen der ersten Planetenstufe führt.
In Weiterbildung der Erfindung entspricht die Anzahl der Verbindungsstege der Anzahl der Planetenräder. Insbesondere weist die erste Planetenstufe des Planetengetriebes drei Planetenräder auf und dementsprechend sind drei Verbindungsstege zwischen den Planetenrädern innerhalb des Hohlrades vorgesehen. Diese Ausbildung hat sich als besonders geeignet zur Verbindung der zweiten Planetenstufe mit der ersten Planetenstufe erwiesen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Verbindungssteg einstückig mit der von der Last/Momenteinleitung beaufschlagten Wange des Planetenstegs ausgebildet. Der Planetensteg und der Verbindungssteg beziehungsweise die Verbindungsstege sind bevorzugt als einteiliges Gussstück ausgebildet, wobei die Verbindungsstege durch eine einfache Modifizierung der entsprechenden Gießform herstellbar sind.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt in der mit der Last/Momenteinleitung beaufschlagten Wange eine Last/Momentaufteilung in den Verbindungssteg und in den Planetensteg beziehungsweise in die gegenüberliegende Wange des Planetenstegs. Ist die Planetenstufe beispielsweise, wie nachfolgend noch erläutert wird, Teil eines Windkraftanlagengetriebes, ist die von der Last/Momenteinleitung beaufschlagten Wange mit der Rotorseite und die gegenüberliegende Wange mit der Generatorseite der Windkraftanlage (jeweils bedarfsweise über weitere Getriebestufen beziehungsweise Planetenstufen) verbunden. Die erfindungsgemäße Last/Momentaufteilung erfolgt also zusammenfassend innerhalb des Hohlraddurchmessers der Planetenstufe quasi in den „Leerräumen” zwischen den Planetenrädern und vergrößert das Bauvolumen nicht.
In Weiterbildung der Erfindung sind die Verbindungsstege mit einem Verbindungsring verbunden. Der Verbindungsring kann als durchgehender geschlossener Ring oder auch als unterbrochener Ring in Form von Ringsegmenten ausgebildet sein. Der Verbindungsring ist dementsprechend auf der gegenüberliegenden Seite zu der von der Last/Momenteinleitung beaufschlagten Wange angeordnet und weist für eine problemlose Montage einen Außendurchmesser auf, der geringer ist als der Innendurchmesser der Hohlräder der ersten beziehungsweise auch der zweiten Planetenstufe. Somit ist die Montage des Planetengetriebes mit den einzelnen Planetenstufen in keiner Weise behindert. Bevorzugt ist der Verbindungsring mit den insgesamt drei Verbindungsstegen als einteiliges Gussstück ausgebildet, womit somit in besonders vorteilhafter Ausgestaltung die Eingangswelle, der Planetensteg (mit den beiden Wangen), die Verbindungsstege und der Verbindungsring als ein Bauteil in Form eines bearbeiteten Gussstücks ausgebildet ist.
In Weiterbildung der Erfindung Ist der Verbindungssteg oder der Verbindungsring mit einem Hohlrad oder einem Planetensteg der weiteren Planetenstufe über eine formschlüssige oder reibschlüssige Verbindung, insbesondere über eine Steckverbindung, verbunden. Eine solche Verbindung trägt zu einer problemlosen Montage der einzelnen Getriebestufen bei, wobei diese beispielsweise in eigenständigen Gehäusekomponenten angeordnet sein können.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Steckverbindung als an dem Verbindungsring ausgebildeter Außenzahnring und als an dem Hohlrad oder dem Planetenradträger angeordneter Innenzahnring ausgebildet. Diese Kombination hat sich als besonders geeignet erwiesen, wobei dadurch sowohl die Herstellung als auch die Montage vereinfacht ist.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Planetengetriebe mit der erfindungsgemäß ausgestalteten Planetenstufe ein Strömungskraftanlagengetriebe, insbesondere ein Meeresströmungskraftanlagengetriebe oder ein Windkraftanlagengetriebe. Besonders bevorzugt wird eine Windenergieanlage mit einem derartigen Windkraftanlagengetriebe ausgestattet.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist.
Es zeigen:
1 eine Seitenansicht einer Windkraftanlage mit einem eine erfindungsgemäß ausgestaltete Planetenstufe eines Planetengetriebes aufweisenden Getriebe,
2 ein stirnseitige Schnittdarstellung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Planetenstufe und
3 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgestaltete Planetenstufe.
1 zeigt eine Seitenansicht einer Windkraftanlage 1 mit ihren wesentlichen Baugruppen. Die Windkraftanlage 1 weist einen Turm 2 auf, auf dem eine um eine Vertikalachse drehbar gelagerte Gondel 3 in Form eines Maschinengehäuses angeordnet ist. In der Gondel 3 ist ein Getriebe 4 drehfest befestigt, wobei das Getriebe 4 eine Antriebswelle 5 und eine Abtriebswelle 6 aufweist. Die Antriebswelle 5 des Getriebes 4 ist mit einer Nabe 7 eines mehrere Rotorblätter 8 aufweisenden Rotors verbunden. Die Abtriebswelle 6 ist mit einer anzutreibenden Antriebsvorrichtung in Form eines Generators 9 drehverbunden. Das Getriebe 4 ist so ausgelegt, dass es eine langsame Drehbewegung der Antriebswelle 5 in eine schnelle Drehbewegung der Abtriebswelle 6 umsetzt. Mittels der Windkraftanlage 1 wird elektrische Energie erzeugt, indem der von dem Wind in Drehbewegung versetzte Rotor die Drehbewegung über die Antriebswelle 5 in das Getriebe 4 einleitet. Das Getriebe 4 weist insbesondere ein Planetengetriebe mit einer ersten Planetenstufe 10 und einer zweiten Planetenstufe auf, die mit einem Summiergetriebe verschaltet sind. Das Summiergetriebe ist mit der Abtriebswelle 6 ggf. über ein Stirnradgetriebe verbunden und setzt die Drehbewegung in eine schnellere Drehbewegung um. Schließlich wird über die Abtriebswelle 6 die schnelle Drehbewegung zur Erzeugung von Strom auf den Generator 9 übertragen.
2 zeigt eine stirnseitige Schnittdarstellung der Planetenstufe 10 als Bestandteil des Getriebes 4. Die Planetenstufe 10 weist eine Eingangswelle 11 auf, die direkt oder über ein Stirnradgetriebe mit der Antriebswelle 5 verbunden ist. Die Eingangswelle 11 ist mit einem Planentensteg 12 verbunden, insbesondere einstückig als Gussteil ausgebildet. Der Planetensteg 12 ist angenähert ringförmig ausgebildet und weist insgesamt drei auf dem Umfang des Planetenstegs 12 angeordnete Bohrungen 13 auf, in die Planetenradbolzen 14 (siehe auch 3) eingesetzt sind. Auf den Planetenradbolzen 14 sind Planetenräder 15 über Planetenradlager 16a, 16b gelagert. Der Planetensteg 12 setzt sich aus zwei Wangen 27a, 27b zusammen, die miteinander verbunden sind. Die Wange 27a ist der Last/Momenteinleitung (also der Rotorseite) zugewandt, während die Wange 27b der Generatorseite zugewandt ist. Die Wangen 27a, 27b sind über sogenannte Herzchen 17 verbunden, die primär der genannten Verbindung der Wangen 27a, 27b und sekundär einer Schmiermittelzufuhr zu den miteinander kämmenden Zahnrädern, nämlich einem Hohlrad 23, drei Planetenrädern 15 und einem Sonnenrad 18 (3), dienen.
An die Wange 27a des Planetenstegs 12 sind Verbindungsstege 19 angeformt, die durch den Planetensteg 12 und die Wange 27b hindurch ragen. Die Verbindungsstege 19 sind auf der Seite der Wange 27b mit einem Verbindungsring 20 verbunden beziehungsweise einstückig vorzugsweise als Gussteil ausgebildet.
Der Verbindungsring 20 ist ausweislich der 3 mit einer Außenverzahnung 21 versehen, die mit einer Innenverzahnung 22 insbesondere eines Hohlrades einer zweiten Planetenstufe, die nicht weiter dargestellt ist, zusammenwirkt. Dabei ist die Außenverzahnung 21 so ausgebildet, dass diese durch das Hohlrad 23 der ersten Planetenstufe 10 durchgesteckt werden kann. Das Hohlrad 23 der ersten Planetenstufe 10 ist über eine Drehmomentstütze 24 in dem Gehäuse des Getriebes 4 drehfest angeordnet. In dem Gehäuse bzw. der Drehmomentstütze 24 ist ein erstes Lager 25a und ein zweites Lager 25b angeordnet, in dem der Planetensteg 12 bzw. die Eingangswelle 11 gelagert ist. Wird die Eingangswelle 11 drehbewegt, laufen die Planetenräder 15 auf dem feststehenden Hohlrad 23 ab und setzen das Sonnenrad 18 in eine Drehbewegung, die über eine Sonnenradwelle 26 bevorzugt auf ein Summiergetriebe übertragen wird. Gleichzeitig wird über die drehbewegte Eingangswelle 11 durch die erfindungsgemäße Verbindung das Hohlrad einer zweiten Planetenstufe angetrieben, das einen feststehenden Planetenradträger aufweist. Entsprechend wird in der zweiten Planetenstufe eine Drehbewegung auf ein Sonnenrad der zweiten Planetenstufe ausgeübt, die ebenfalls mit dem Summiergetriebe verschaltet ist. Dabei ist das Sonnenrad der zweiten Planetenstufe mit einer Hohlwelle des Summiergetriebes verschaltet, während das Sonnenrad 18 der ersten Planetenstufe 10 mit einem Planetenradträger des Summiergetriebes verbunden ist. Entsprechend wird über ein Sonnenrad des Summiergetriebes die aufsummierte Drehbewegung auf die Abtriebswelle 6 abgegeben.
Bezugszeichenliste

1: Windkraftanlage
2: Turm
3: Gondel
4: Getriebe
5: Antriebswelle
6: Abtriebswelle
7: Nabe
8: Rotorblatt
9: Generator
10: Planetenstufe
11: Eingangswelle
12: Planetensteg
13: Bohrung
14: Planetenradbolzen
15: Planetenrad
16a, 16b: Planetenradlager
17: Herzchen
18: Sonnenrad
19: Verbindungssteg
20: Verbindungsring
21: Außenverzahnung
22: Innenverzahnung
23: Hohlrad
24: Drehmomentstütze
25a, 25b: Lager
26: Sonnenradwelle
27a, 27a: Wange

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2008/104258 A1 [0002]
EP 1240443 B1 [0003]

Claims

Planetenstufe (10) eines Planetengetriebes mit einem Getriebegehäuse, in dem ein ortsfest angeordnetes Hohlrad (23), zumindest zwei in einem zumindest eine Wange (27a, 27b) aufweisenden Planetensteg (12) gelagerte Planetenräder (15) und ein Sonnenrad (18) angeordnet sind, wobei der Planetensteg (12) mit einer Eingangswelle (11) verbunden ist und wobei eine Verbindung zwischen der Eingangswelle (11) und einem Bauteil einer weiteren Planetenstufe vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung ein mit der von einer Last/Momenteinleitung beaufschlagten Wange (27a) des Planetenstegs (12) verbundener Verbindungssteg (19) ist, der im Bereich zwischen zwei Planetenrädern (15) und innerhalb des Hohlrads (23) angeordnet ist.
Planetenstufe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Verbindungsstege (19) der Anzahl der Planetenräder (15) entspricht.
Planetenstufe (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungssteg (19) einstückig mit der Wange (27a) ausgebildet ist.
Planetenstufe (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wange (27a) eine Last/Momentaufteilung in den Verbindungssteg (19) und die Wange (27b) des Planetenstegs (19) erfolgt.
Planetenstufe (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungssteg (19) mit einem Verbindungsring (20) verbunden ist.
Planetenstufe (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungssteg (19) und/oder der Verbindungsring (20) mit einem Hohlrad oder einem Planetenradträger einer weiteren Planetenstufe des Planetengetriebes über eine Steckverbindung verbunden ist.
Planetenstufe (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckverbindung als eine an dem Verbindungsring (20) ausgebildete Außenverzahnung (21) und als an dem Hohlrad oder dem Planetenradträger der weiteren Planetenstufe angeordnete Innenverzahnung (22) ausgebildet ist.
Planetenstufe (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe ein Strömungskraftanlagengetriebe, insbesondere ein Meeresströmungskraftanlagengetriebe oder ein Windkraftanlagengetriebe ist.
Windenergieanlage nach einem der vorherigen Ansprüche.