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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hohlwelle für ein Getriebe, insbesondere für eine Windkraftanlage, sowie ein Getriebe mit einer derartigen Hohlwelle gemäß der im Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 10 näher definierten Art.
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Allgemein bekannt sind Hohlwellen für Getriebe, die im Bereich ihres Außenumfangs mit einem Zahnrad drehfest gekoppelt sind. Um eine ausreichende Lebensdauer des Getriebes sicher zu stellen, besteht das gesamte Zahnrad aus qualitativ hochwertigem Verzahnungswerkstoff, insbesondere hochfestem Einsatzstahl für Zahnräder. Derartige Verzahnungswerkstoffe sind sehr schwer und teuer.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Zeichnungen.
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Es wird eine Hohlwelle für ein Getriebe, insbesondere einer Windkraftanlage, vorgeschlagen, die ein mit einer Außenverzahnung ausgebildetes Zahnrad umfasst. Das Zahnrad ist mit der Hohlwelle im Bereich ihres Außenumfangs drehfest gekoppelt. Ein beispielsweise in die Hohlwelle eingeleitetes Drehmoment ist somit auf das Zahnrad übertragbar. Das Zahnrad ist mit einem radial inneren Radkörper und einem radial äußeren Zahnring zweiteilig ausgebildet. Der Zahnring ist drehfest mit dem Radkörper gekoppelt und im Vergleich zu diesem aus einem anderen Material ausgebildet. Infolgedessen kann für den Zahnring und den Radkörper unter Berücksichtigung ihrer individuellen Anforderungen ein für diese jeweils optimales Material gewählt werden. So ist es nicht zwingend notwendig, dass das gesamte Zahnrad beispielsweise aus einem hochfesten Einsatzstahl ausgebildet ist, da nur im Bereich des Zahnrings sehr hohe Belastungen auftreten. Infolgedessen kann der Radkörper anstelle von dem sehr teueren Verzahnungswerkstoff aus einem preiswerteren Material, insbesondere Gussmetall, ausgebildet sein. Hierdurch können die Herstellungskosten des Hohlrades gesenkt werden. Des Weiteren kann eine merkliche Gewichtsersparnis erzielt werden, indem die Materialien für den Radkörper und den Zahnring unabhängig voneinander und gezielt unter Berücksichtigung ihrer jeweiligen Anforderungen gewählt werden, so dass die Vorrichtung, welche die Hohlwelle und das Zahnrad umfasst, ein möglichst geringes Gewicht bei zugleich maximaler Lebensdauer aufweist.
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Vorteilhaft ist es, wenn der Zahnring größtenteils aus Stahl, insbesondere 18CrNiMo7-8, und der Radkörper größtenteils aus Gusseisen besteht. So kann zum einen mittels des aus Gusseisen bestehenden Radkörpers das Gewicht des Zahnrings reduziert und zum anderen die Lebensdauer durch den aus Stahl ausgebildeten Zahnring auf einem gleich hohen Niveau gehalten werden.
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Diese Vorteile sind noch stärker ausgeprägt, wenn der Zahnring in Radialrichtung des Zahnrades dicker als der Radkörper ausgebildet ist.
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Um eine einwandfreie Drehmomentübertragung zwischen dem Radkörper und dem Zahnring sicher zu stellen, ist es vorteilhaft, wenn der Zahnring in Umfangsrichtung des Zahnrads, insbesondere mittels Aufschrumpfung, kraftschlüssig und/oder, insbesondere mittels ineinandergreifender Erhebungen und/oder Vertiefungen, formschlüssig mit dem Radkörper verbunden ist.
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Ebenso ist es vorteilhaft, wenn der Radkörper und/oder der Zahnring in ihrem Verbindungsbereich einen Anschlag, insbesondere eine Ringnut und/oder einen Kragen, aufweisen, bis zu dem der Zahnring bei der Montage von einer Stirnseite des Radkörpers in Axialrichtung aufschiebbar ist. Hierdurch kann eine definierte Einbaulage des Zahnrings relativ zum Radkörper festgelegt werden, so dass eine ordnungsgemäße Befestigung des Zahnrings am Radköper sichergestellt werden kann.
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Des Weiteren kann der Anschlag derart ausgebildet sein, dass er als Zentrierung für den Zahnring wirkt. Diesbezüglich ist es vorteilhaft, wenn der Radkörper im Verbindungsbereich mit dem Zahnring einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Kragen aufweist, der in eine Ringnut des Zahnrings passgenau und/oder formschlüssig eingreift.
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Die Herstellungskosten der Hohlwelle können reduziert werden, wenn die Hohlwelle mit dem Radkörper, insbesondere aus Gusseisen, einteilig ausgebildet ist. Ferner kann somit die Montage der Vorrichtung beschleunigt werden, da eine separate Befestigung des Radkörpers auf der Hohlwelle entfällt.
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Um zum einen das benötigte Bauvolumen des Zahnrads gering zu halten und zum anderen ein Verkippen des Zahnrings gegenüber dem Radkörper ausschließen zu können, ist es vorteilhaft, wenn der Radkörper und der Zahnring in ihrem Verbindungsbereich im Wesentlichen die gleiche Breite aufweisen.
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Das Gewicht des Zahnrads kann zusätzlich reduziert werden, wenn der Radkörper in einem in Radialrichtung vom Verbindungsbereich beabstandeten Bereich eine Taillierung aufweist.
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Eine sehr bauraumsparende Integration der Hohlwelle in ein dafür vorgesehenes Getriebe kann sichergestellt werden, wenn die Hohlwelle an ihrem Innenumfang zumindest im Bereich eines ihrer beiden Enden eine Innenverzahnung zum drehfesten Koppeln mit einer dafür vorgesehenen Sonnenradwelle aufweist.
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Es wird ein Getriebe, insbesondere für eine Windkraftanlage, vorgeschlagen, die eine antriebsseitige Planetenstufe und zumindest eine dieser Planetenstufe nachgeschaltete Parallelstufe aufweist. Die Parallelstufe umfasst eine Hohlwelle, durch die sich eine Sonnenradwelle der Planetenstufe zumindest teilweise erstreckt. Die Sonnenradwelle ist im Bereich ihres freien Endes drehfest mit der Hohlwelle, insbesondere im Bereich des der Sonnenwelle abgewandten Endes, gekoppelt. Die Hohlwelle ist gemäß der vorangegangenen Beschreibung ausgebildet, wobei die genannten Merkmale einzeln oder in beliebiger Kombination vorhanden sein können. Infolgedessen kann für den Zahnring und den Radkörper unter Berücksichtigung ihrer individuellen Anforderungen ein für diese jeweils optimales Material gewählt werden. So ist es nicht zwingend notwendig, dass das gesamte Zahnrad beispielsweise aus einem hochfesten Einsatzstahl ausgebildet ist, da nur im Bereich des Zahnrings sehr hohe Belastungen auftreten. Infolgedessen kann der Radkörper anstelle von dem sehr teueren Verzahnungswerkstoff aus einem preiswerteren Material, insbesondere Gussmetall, ausgebildet sein. Hierdurch können die Herstellungskosten des Hohlrades gesenkt werden. Des Weiteren kann eine merkliche Gewichtsersparnis erzielt werden, indem die Materialien für den Radkörper und den Zahnring unabhängig voneinander und gezielt unter Berücksichtigung ihrer jeweiligen Anforderungen gewählt werden, so dass die die Hohlwelle und das Zahnrad umfassende Vorrichtung ein möglichst geringes Gewicht bei zugleich maximaler Lebensdauer aufweist.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Sonnenradwelle einen Biegebereich aufweist, so dass sie sich zum Ausgleich von Desachsierungen oder Verkippungen gegenüber der Hohlwelle, die im Bereich ihrer beiden Enden drehbar gelagert ist, verbiegen kann.
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Nachfolgend ist die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Getriebes,
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2 eine Baugruppe des Getriebes mit Sonnenradwelle und Hohlwelle im Querschnitt,
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3 ein erstes Ausführungsbeispiel der Hohlwelle mit Zahnrad im Querschnitt und
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4 ein zweites Ausführungsbeispiel der Hohlwelle mit Zahnrad im Querschnitt.
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1 zeigt ein schematisch dargestelltes Getriebe 1, insbesondere für eine Windkraftanlage, das eine Planetenstufe 2, eine erste Parallelstufe 3 und eine zweite Parallelstufe 4 umfasst. Die Planetenstufe 2 ist antriebsseitig angeordnet. Die erste und zweite Parallelstufe 3, 4 sind der Planetenstufe 2 seriell nachgeschaltet. Die Planetenstufe 2 ist gemäß 1 nur in der Halbdarstellung abgebildet.
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Das antriebsseitige Drehmoment wird mittels einer Antriebswelle 5 in das Getriebe 1 eingeleitet. Die Antriebswelle 5 ist mit drehbar gelagerten Planetenrädern 6 gekoppelt, wobei in der Halbansicht nur eines dieser Planetenräder 6 dargestellt ist. Die Planetenräder 6 sind in Radialrichtung zwischen einer zentralen Sonnenradwelle 7 und einem Hohlrad 8 angeordnet. Das Hohlrad 8 umgibt die Sonnenradwelle 7 und ist feststehend ausgebildet. Infolgedessen wälzen sich die durch die Antriebswelle 5 angetriebenen Planetenräder 6 in dem feststehenden Hohlrad 8 ab und treiben die zentrale Sonnenradwelle 7 mit einer im Vergleich dazu erhöhten Drehzahl an.
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Die Sonnenradwelle 7 ist mit einer Hohlwelle 9 der ersten Parallelstufe 3 drehfest gekoppelt. Die Hohlwelle 9 weist ein Zahnrad 10 auf, das in ein erstes Stirnrad 11 einkämmt. Dieses ist wiederum drehfest mit einem zweiten Stirnrad 12 der zweiten Parallelstufe 4 gekoppelt. Die zweite Parallelstufe 4 umfasst ferner eine Abtriebswelle 13, die mit dem zweiten Stirnrad 12 einkämmt.
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2 zeigt eine Detailansicht einer Baugruppe des in 1 dargestellten Getriebes 1. Diese umfasst zum einen die Sonnenradwelle 7 und zum anderen die Hohlwelle 9. Die Hohlwelle 9 umfasst ferner das Zahnrad 10, das eine Außenverzahnung 18 zum Einkämen in das erste Stirnrad 11 aufweist (vgl. 1). Die Hohlwelle 9 weist an ihrem Innenumfang 14 eine Innenverzahnung 15 auf. Die Innenverzahnung 15 ist im Bereich des der Sonnenradwelle 7 abgewandten Endes ausgebildet. Die Sonnenradwelle 7 erstreckt sich zumindest teilweise durch die Hohlwelle 9 und greift im Bereich ihres freien Endes 16 formschlüssig in die Innenverzahnung 15 der Hohlwelle 9 ein, so dass diese drehfest miteinander gekoppelt sind. Die Hohlwelle 9 ist im Bereich ihrer beiden Enden drehbar gelagert, wobei die Lagerungen in 2 nicht dargestellt sind. Die Sonnenradwelle 7 weist einen Biegebereich 17 auf, so dass sie sich gegenüber der drehbar gelagerten Hohlwelle 9 zu verbiegen vermag.
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Ein erstes Ausführungsbeispiel der Hohlwelle 9 ist in 3 dargestellt. Demnach umfasst die Hohlwelle 9 das Zahnrad 10, das am Außenumfang 19 der Hohlwelle 9 angeordnet ist. Das Zahnrad 10 ist vorliegend zweiteilig ausgebildet. Der erste Teil des Zahnrads 10 wird durch einen radial inneren Radkörper 20 und der zweite Teil durch einen radial äußeren Zahnring 21 gebildet, die drehfest miteinander gekoppelt sind. Die Hohlwelle 9 und der Radkörper 20 sind einteilig, insbesondere als einteiliges Gussbauteil ausgebildet. Der Radkörper 20 und der Zahnring 21 sind in ihrem Verbindungsbereich 22 drehfest miteinander gekoppelt. Hierfür ist der Zahnring 21 im vorliegenden Ausführungsbeispiel mittels Aufschrumpfung kraftschlüssig an dem Radkörper 20 befestigt, so dass diese drehfest miteinander gekoppelt sind.
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Alternativ oder zusätzlich ist es aber auch ebenso denkbar, dass der Radkörper und/oder der Zahnring in einem hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel Erhebungen und/oder Vertiefungen aufweisen, die derart ineinander greifen, dass der Radkörper und der Zahnring in Umfangsrichtung formschlüssig miteinander gekoppelt sind.
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Die Außenverzahnung 18 des Zahnrades 10 ist am Außenumfang des Zahnrings 21 ausgebildet. Zur Festlegung einer definierten Einbauposition des Zahnrings 21 gegenüber dem Radkörper 20 weist das Zahnrad 10 gemäß 3 im Verbindungsbereich 22 einen Anschlag 23 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Anschlag 23 im Bereich einer der beiden Stirnseite des Zahnrads 10 am Außenumfang des Radkörpers 20 als Kragen 24 ausgebildet. Dieser greift formschlüssig in eine am Innenumfang des Zahnrings 21 ausgebildete Ringnut 25 des Zahnrings 21 ein. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass der Zahnring 21 in Axialrichtung ordnungsgemäß gegenüber dem Radkörper 20 positioniert ist. Ferner wirkt der Anschlag 23 für den Zahnring 21 als Zentrierung, so dass dessen Außenverzahnung 18 im Wesentlichen parallel zur Hohlwelle 9 ausgerichtet ist.
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Um die Herstellungskosten sowie das Gewicht der die Hohlwelle 9 und das Zahnrad 10 umfassenden Einheit zu reduzieren, ist der Zahnring 21 des Zahnrades 10 im Vergleich zum Radkörper 20 aus einem anderen Material ausgebildet. Demnach ist ausschließlich der Zahnring 21 aus einem teuren Verzahnungswerkstoff, insbesondere Stahl, ausgebildet, um eine möglichst lange Lebensdauer des Getriebes 1 sicherzustellen. Der Radkörper 20 ist im Gegensatz dazu aus einem günstigeren Material, insbesondere Gusseisen, ausgebildet. Die Kosten- und Gewichtsersparnis wird dadurch optimiert, dass der Radkörper 20 dicker als der Zahnring 21 ausgebildet ist. Ferner weist der Radkörper 20 im Bereich seiner Stirnseiten Aussparungen auf, so dass eine Taillierung 26 ausgebildet ist.
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4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Hohlwelle 9. Bei der nachfolgenden Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels werden für im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel gleiche Merkmale auch gleiche Bezugszeichen verwendet. Sofern diese nicht nochmals detailliert erläutert werden, entsprechen deren Ausgestaltungen und Wirkweisen denen der bereits vorstehend beschriebenen Merkmale.
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Der wesentliche Unterschied des zweiten Ausführungsbeispiels besteht darin, dass der Radkörper 20 und der Zahnring 21 nicht nur kraftschlüssig, sondern zusätzlich auch stoffschlüssig mittels einer Schweißnaht 27 miteinander verbunden sind. Die Schweißnaht 27 ist an der dem Anschlag 23 gegenüberliegenden Stirnseite des Zahnrads 10 ausgebildet. Hierdurch wird vorteilhafterweise eine sehr feste Verbindung zwischen dem Radkörper 20 und dem Zahnring 21 sichergestellt, so dass ein Verrutschen dieser beiden in Umfangsrichtung zueinander im Wesentlichen ausgeschlossen ist.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn diese in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebe
- 2
- Planetenstufe
- 3
- erste Parallelstufe
- 4
- zweite Parallelstufe
- 5
- Antriebswelle
- 6
- Planetenräder
- 7
- Sonnenradwelle
- 8
- Hohlrad
- 9
- Hohlwelle
- 10
- Zahnrad
- 11
- erstes Stirnrad
- 12
- zweites Stirnrad
- 13
- Abtriebswelle
- 14
- Innenumfang
- 15
- Innenverzahnung
- 16
- freies Ende
- 17
- Biegebereich
- 18
- Außenverzahnung
- 19
- Außenumfang
- 20
- Radkörper
- 21
- Zahnring
- 22
- Verbindungsbereich
- 23
- Anschlag
- 24
- Kragen
- 25
- Ringnut
- 26
- Taillierung
- 27
- Schweißnaht