DE102012205946A1 - Transmission device, particularly for wind turbine, has bearing unit performed as bearing unit that runs with planetary carrier, where planetary carrier and subsequent stage are supported against one another in axial manner - Google Patents
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Abstract
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung bezieht sich auf eine Getriebeeinrichtung, insbesondere für eine Windkraftanlage die als solche wenigstens eine Planetengetriebestufe und eine sich daran anschließende weitere Getriebestufe umfasst, wobei die Planetengetriebestufe ein schrägverzahntes Sonnenrad aufweist das mit der weiteren, ggf. als Stirnradstufe ausgeführten Getriebestufe über eine Sonnenwelle gekoppelt ist.The invention relates to a transmission device, in particular for a wind turbine as such comprises at least one planetary gear and an adjoining further gear stage, wherein the planetary gear has a helical sun gear which is coupled to the further, possibly designed as a spur gear stage via a sun shaft ,
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Aus
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Getriebeeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich durch einen robusten und langlebigen Aufbau auszeichnet.The invention has for its object to provide a transmission device of the type mentioned above, which is characterized by a robust and durable construction.
Erfindungsgemäße LösungInventive solution
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Getriebeeinrichtung, mit:
- – einer Gehäuseeinrichtung;
- – einer Planetengetriebestufe die in der Gehäuseeinrichtung aufgenommen ist und die ein Hohlrad, einen Planetenträger mit daran geführten Planetenrädern sowie ein Sonnenrad umfasst, welches eine Schrägverzahnung aufweist,
- – einer Folgestufe die ein Stirnrad umfasst das gleichachsig zum Sonnenrad angeordnet und ebenfalls schräg verzahnt ist und das mit dem Sonnenrad der Planetengetriebestufe über eine Sonnenwelle verbunden ist, und
- – einer ersten Lagereinrichtung zur Lagerung des Planetenträgers in der Gehäuseeinrichtung,
- – wobei sich diese Getriebeeinrichtung dadurch auszeichnet, dass eine zweite Lagereinrichtung vorgesehen ist, die als mit dem Planetenträger mitlaufende Lagereinrichtung ausgeführt ist und den Planetenträger und die Folgestufe aneinander axial abstützt.
- - A housing device;
- A planetary gear stage which is accommodated in the housing device and which comprises a ring gear, a planet carrier with planet wheels guided thereon and a sun gear which has a helical toothing,
- A follower stage which comprises a spur gear which is arranged coaxially to the sun gear and is also helically toothed and which is connected to the sun gear of the planetary gear stage via a sun shaft, and
- A first bearing device for mounting the planetary carrier in the housing device,
- - In which this transmission device is characterized in that a second bearing means is provided, which is designed as a follower with the planet carrier bearing means and the planet carrier and the following stage supported each other axially.
Durch das erfindungsgemäße Konzept ergibt sich in vorteilhafter Weise gegenüber bisherigen Aufbauten vergleichbarer Getriebe eine verbesserte Kraftführung und dadurch die Möglichkeit einer erheblichen Reduzierung der Lagergröße bzw. ein Entfall einzelner Lagerstellen. Durch das erfindungsgemäße Konzept erfolgt die Abstützung über ein Axiallager von Welle zu Welle bzw. unmittelbar zwischen den umlaufenden Komponenten. Dadurch werden die Axialkräfte von Welle zu Welle übertragen anstatt wie bisher von der jeweiligen Welle zum Gehäuse.The inventive concept results in an advantageous manner compared to previous structures comparable gear improved power management and thus the possibility of a significant reduction of the bearing size or a elimination of individual bearings. By the inventive concept, the support via a thrust bearing from shaft to shaft or directly between the rotating components. As a result, the axial forces are transmitted from shaft to shaft instead of the respective shaft to the housing as before.
Vorzugsweise ist die Sonnenwelle in der zweiten Lagereinrichtung gelagert und diese zweite Lagereinrichtung ist als mit dem Planetenradträger mitlaufendes Axiallager ausgeführt, das die Sonnenwelle an dem Planetenradträger axial abstützt. Hierbei wird die Axiallast von der Sonnenwelle in den Planetenradträger abgeleitet. Besonders gut geeignet sind Wellen mit entgegen gesetzter axialer Belastung. Dadurch wird die Axiallast subtrahiert und eine weitere Axiallagerung der einzelnen Wellen kann entfallen bzw. kleiner dimensioniert werden. Im Idealfall werden die Axialkräfte aufeinander abgestimmt (z.B. durch Variation des Verzahnungswinkels) und heben sich gegenseitig zumindest weitgehend auf. Generell sind die auftretenden Lasten abhängig von der gewählten Verzahnung und Übersetzung des Getriebes.The sun shaft is preferably mounted in the second bearing device and this second bearing device is designed as an axial bearing running along with the planet carrier, which axially supports the sun shaft on the planet carrier. Here, the axial load is derived from the sun shaft in the planet carrier. Particularly suitable are waves with opposite axial load. As a result, the axial load is subtracted and a further axial bearing of the individual shafts can be omitted or dimensioned smaller. Ideally, the axial forces are matched (e.g., by varying the gearing angle) and cancel each other out at least substantially. In general, the loads occurring depend on the selected gearing and transmission ratio.
Durch das erfindungsgemäße Konzept wird es möglich, die Abstützung der Sonnenwelle ohne Radiallast vorzunehmen und damit eine sich über 360° erstreckende Lastzone zu realisieren die eine maximale Nutzung der Tragfähigkeit des Axiallagers ermöglicht. Weiterhin ergibt sich eine erhöhte Lebensdauer des Axiallagers durch die reduzierte relative Drehzahl. Zudem ergeben sich reduzierte Anforderungen für die restliche Lagerung und deshalb können kleinere Baugrößen und/oder besser geeignete Lager realisiert werden. Es ergeben sich auch geringere Anforderung an das Gehäuse aufgrund der reduzierten Krafteinleitung.The inventive concept, it is possible to carry out the support of the sun shaft without radial load and thus to realize over 360 ° extending load zone which allows maximum use of the load capacity of the thrust bearing. Furthermore, there is an increased life of the thrust bearing due to the reduced relative speed. In addition, reduced requirements for the rest of storage and therefore smaller sizes and / or better suitable bearings can be realized. There are also lower requirements for the housing due to the reduced force.
Die Erfindung sieht eine Axiallagerung zwischen dem Planetenradträger und der Sonnenwelle, oder einer das Stirnrad tragenden Hohlwelle vor, um die Axialbelastung auf das Gehäuse, oder die anderweitige Umgebungskonstruktion sowie einzelner Lagerstellen zu reduzieren bzw. aufzuheben. Dadurch kann zum einen die Anforderung an die Lagerungen generell reduziert werden. Beispielhaft kann z.B. ein großer Kegelrollenlagersatz auf dem Planetenstufenträger durch einen kostengünstigeren kleineren Kegelrollenlagersatz ersetzt werden. Zum anderen kann bei entsprechender Auslegung auf ein Axiallager auf einer der verbunden Wellen verzichtet werden, z.B. kann ein Kegelrollenlagersatz auf der Hohlwelle durch ein kostengünstiges Zylinderrollenlager ersetzt werden. Durch Funktionstrennung, z.B. reine Axiallager und reine Radiallager wird die Effizienz der Lagerung erhöht. Normalerweise führt die ausschließliche Verwendung von Zylinderrollenlagern und Vierpunktlagern zu einer höheren max. zulässigen Grenzdrehzahl im Gegensatz zu Kegelrollenlagern.The invention provides an axial bearing between the planet carrier and the sun shaft, or a spur gear supporting hollow shaft to the axial load on the housing, or the to reduce or cancel the other surrounding construction as well as individual storage locations. As a result, the requirement for the bearings can generally be reduced. For example, for example, a large tapered roller bearing set can be replaced on the planetary stage carrier by a cheaper smaller tapered roller bearing set. On the other hand can be dispensed with appropriate design on a thrust bearing on one of the connected shafts, for example, a tapered roller bearing set can be replaced on the hollow shaft by a cost cylindrical roller bearing. Separation of functions, eg pure thrust bearings and pure radial bearings, increases the efficiency of storage. Normally, the exclusive use of cylindrical roller bearings and four-point bearings leads to a higher max. permissible limit speed in contrast to tapered roller bearings.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Axiallager als Festlager ausgeführt. Hierdurch wird es möglich, das auf der Sonnenwelle sitzende Stirnrad der Folgestufe über den Planetenradträger der Planetenradstufe axial zu positionieren. Etwaige statische Überbestimmungen durch eine axiale Festlegung des Stirnrades mittels einer ebenfalls axial festen Lagerung werden hierdurch vermieden. Dieses Festlager ist so ausgeführt sein, dass dieses in beide einander entgegen gesetzte Richtungen jeweils axial festgelegt ist. Damit kann auch bei einer ggf. vorübergehenden Drehrichtungsumkehr oder bei temporären Lastwechseln das Stirnrad der Folgestufe zuverlässig axial positioniert werden.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the thrust bearing is designed as a fixed bearing. This makes it possible to position the seated on the sun shaft spur gear of the next stage on the planet carrier of the planetary gear axially. Any static over-determination by an axial fixing of the spur gear by means of a likewise axially fixed storage are thereby avoided. This bearing is to be designed so that this is axially fixed in both opposite directions. Thus, even with a possibly temporary reversal of direction or temporary load changes the spur gear of the next stage can be reliably positioned axially.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Axiallager als Wälzlager ausgeführt. Dieses Wälzlager kann so ausgebildet sein, dass dieses einen Innenring aufweist, der axial auf der Sonnenwelle oder an der Hohlwelle gesichert ist. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the thrust bearing is designed as a rolling bearing. This rolling bearing may be formed so that it has an inner ring which is secured axially on the sun shaft or on the hollow shaft.
Vorzugsweise wird die Einbindung der ersten Lagereinrichtung in die Getriebeeinrichtung bewerkstelligt, indem an dem Planetenradträger ein Bundabschnitt ausgebildet ist, auf welchem ein Lagerinnenring der ersten Lagereinrichtung sitzt. Der Bundabschnitt ist vorzugsweise so gestaltet, dass dieser eine Innenöffnung definiert die derart groß bemessen ist, dass die mit dem Sonnenrad bestückte Sonnenwelle durch den Bundabschnitt hindurch axial in den Planetenradträger eingeschoben werden kann. Preferably, the integration of the first bearing device is accomplished in the transmission device by a collar portion is formed on the planet, on which a bearing inner ring of the first bearing device is seated. The collar portion is preferably designed so that this defines an inner opening which is dimensioned so large that the sun shaft equipped with the sun gear can be inserted through the collar portion axially into the planet carrier.
Die geometrische Anordnung des zwischen dem Planetenradträger und der axial auf Schub belasteten Sonnenwelle wirksamen Axiallagers ist vorzugsweise so getroffen, dass das Axiallager in dem Bundabschnitt sitzt. Hierbei wird das Axiallager vorzugsweise derart angeordnet, dass das Axiallager in einem von der ersten Lagereinrichtung umgriffenen Bereich des Bundabschnitts sitzt. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich eine hochsteife Abstützung der Sonnenwelle.The geometric arrangement of the axial bearing between the planet carrier and the axially loaded thrust on the sun shaft thrust bearing is preferably made such that the thrust bearing is seated in the collar portion. In this case, the axial bearing is preferably arranged such that the axial bearing is seated in a region of the collar section encompassed by the first bearing device. In this embodiment, a highly rigid support of the sun shaft.
Die erste Lagereinrichtung die als solche den Planetenradträger lagert ist z.B. so ausgebildet, dass diese axiale und radiale Stütz- oder Reaktionskräfte des Planetenradträgers in das Getriebegehäuse abträgt. The first bearing device which as such supports the planet carrier is e.g. designed so that this removes axial and radial support or reaction forces of the planet carrier in the gear housing.
Eine im Hinblick auf eine Reduktion der Lagerkräfte vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gegeben, dass die Ausrichtung der Schrägverzahnung des Stirnrads der Folgestufe und die Ausrichtung der Verzahnung des Sonnenrades so aufeinander abgestimmt sind, dass die am Stirnrad der Folgestufe angreifenden Axialkräfte der axialen Schubkraft des Planetenradträgers entgegengesetzt sind. Dadurch wird eine Teilkompensation dieser Kräfte erreicht, ohne dass diese über das Erfindungsgemäße Axiallager abgeleitet werden müssen. So ist es insbesondere möglich, die Verzahnung im Bereich der Planetengetriebestufe so auszulegen, dass der Planetenradträger eine auf die Seite des Bundabschnitts schiebende axiale Schubkraft und das Stirnrad eine zum Sonnenrad hin schiebende axiale Gegenkraft erzeugt. Die an der Sonnenwelle angreifende, durch das Stirnrad der Folgestufe generierte Axialkraft entlastet dann die Lagereinrichtung.An advantageous with regard to a reduction of the bearing forces embodiment of the invention is given by the fact that the orientation of the helical teeth of the spur gear of the following stage and the orientation of the teeth of the sun gear are coordinated so that the axial force acting on the spur gear of the next stage of the axial thrust of the planet carrier are opposite. As a result, partial compensation of these forces is achieved without these having to be diverted via the thrust bearing according to the invention. Thus, it is in particular possible to design the teeth in the region of the planetary gear stage so that the planet carrier generates an axial thrust force pushing on the side of the collar portion and the spur gear generates an axial counterforce pushing towards the sun gear. The force acting on the sun shaft, generated by the spur gear of the next stage axial force then relieved the bearing device.
Die Planetengetriebestufe ist vorzugsweise so ausgelegt, dass deren Hohlrad als stationäre Komponente am Getriebegehäuse drehfest festgelegt ist. Die Einleitung eines Antriebsmomentes in die Planetenstufe erfolgt dann durch Einleitung des Drehmomentes in den Planetenträger. Bei dieser Bauform wird über die Planetengetriebestufe eine Übersetzung „ins Schnelle“ und dabei eine Reduktion des am Sonnenrad anliegenden Ausgangsmoments erreicht. Jener hier beschriebenen Planetengetriebestufe kann eine weitere Planetengetriebestufe vorgeschaltet sein. Diese vorgeschaltete Eingangsgetriebestufe kann ebenfalls eine Übersetzung hin zu hohen Drehzahlen bewirken. Durch dieses Getriebekonzept wird es möglich, mit einem großen, jedoch unter einer geringen Drehzahl am Getriebeeingang anstehenden Drehmoment eines Windrades einen schnelllaufenden Generator mit hohem mechanischem Wirkungsgrad anzutreiben. The planetary gear stage is preferably designed so that the ring gear is fixed rotationally fixed as a stationary component on the gear housing. The introduction of a drive torque in the planetary stage is then carried out by introducing the torque in the planet carrier. In this design, a translation is achieved "on the fly" via the planetary gear stage, thereby reducing the output torque applied to the sun gear. The planetary gear stage described here can be preceded by a further planetary gear stage. This upstream input gear stage can also cause a translation to high speeds. This transmission concept makes it possible to drive a high-speed generator with a high mechanical efficiency with a large torque of a wind turbine wheel which is present at a low speed at the transmission input.
Das erfindungsgemäße Konzept eignet sich insbesondere für Großgetriebe und richtet sich im engeren Sinne insbesondere auf Getriebe für Windkraftanlagen die als solche eine Windradnabe mit einer Generatorwelle kinematisch koppeln und dabei den Generator mit einer gegenüber der Windradnabe entsprechend des Getriebeübersetzungsverhältnisses erhöhten Drehzahl und vermindertem Antriebsmoment betreiben.The concept according to the invention is particularly suitable for large gearboxes and, in the narrower sense, is geared in particular to wind turbine gearboxes which, as such, kinematically couple a windmill hub to a generator shaft and thereby operate the generator with an increased rotational speed and reduced drive torque relative to the windmill hub in accordance with the gear ratio ratio.
Kurzbeschreibung der Figuren Brief description of the figures
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:Further details and features of the invention will become apparent from the following description taken in conjunction with the drawings. It shows:
Ausführliche Beschreibung der FigurenDetailed description of the figures
In
Die Planetengetriebestufe
Die Folgestufe
Die Getriebeeinrichtung umfasst eine erste Lagereinrichtung
Das die zweite Lagereinrichtung
Das die zweite Lagereinrichtung
Die Einbindung der ersten Lagereinrichtung
Die geometrische Anordnung des zwischen dem Planetenradträger
Bei der hier gezeigten Ausführungsform der Getriebeeinrichtung sind die Ausrichtung der Schrägverzahnung
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Verzahnung im Bereich der Planetengetriebestufe
Die Planetengetriebestufe
Die hier gezeigte Folgestufe
Die Getriebeeinrichtung kann so aufgebaut sein, dass die Folgestufe
In
Die Planetengetriebestufe
Die Getriebeeinrichtung umfasst eine erste Lagereinrichtung
Das die zweite Lagereinrichtung
In
Die Planetengetriebestufe
Die Getriebeeinrichtung umfasst eine erste Lagereinrichtung
Das die zweite Lagereinrichtung
In
Die Planetengetriebestufe
Die Getriebeeinrichtung umfasst eine erste Lagereinrichtung
Wie in Verbindung mit den
In
Die Planetengetriebestufe
Die Getriebeeinrichtung umfasst eine erste Lagereinrichtung
In
Die Planetengetriebestufe
Die Getriebeeinrichtung umfasst eine erste Lagereinrichtung
Bei den vorangehend beschriebenen Darstellungen sind technische Details zur axialen Fixierung der axial tragenden Lagereinrichtungen zum Teil nicht dargestellt. Diese Fixierung erfolgt vorzugsweise über Stufengeometrien die zum Teil erst durch Einbau hier nicht näher gezeigte Halteorgane, insbesondere Ringe oder Buchsen realisiert werden. In the representations described above, technical details for the axial fixation of the axially supporting bearing devices are not shown in part. This fixation is preferably carried out by means of step geometries which are partly realized only by installation here not shown holding members, in particular rings or sockets.
Bei den Ausführungsbeispielen nach den
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Gehäuseeinrichtung housing means
- 22
- Planetengetriebestufe Planetary gear stage
- 33
- Folgestufe subsequent stage
- 44
- Planetenträger planet carrier
- 55
- Sonnenrad sun
- 5a 5a
- Schrägverzahnung helical teeth
- 66
- Stirnrad spur gear
- 77
- Sonnenwelle sun wave
- 7a 7a
- Außenverzahnung external teeth
- 88th
- erste Lagereinrichtung first storage facility
- 8a8a
- Innenring inner ring
- 8b 8b
- Außenring outer ring
- 99
- Lagereinrichtung Storage facility
- 9a 9a
- Innenring inner ring
- 9b 9b
- Außenring outer ring
- 1010
- Bundabschnitt collar portion
- 1111
- Innenöffnung inner opening
- 1212
- Drehmomenteingang torque input
- 1313
- Hohlwelle hollow shaft
- 1414
- Stirnradlager front wheel bearings
- 1515
- Stirnradlager front wheel bearings
- 1616
- Innenverzahnung internal gearing
- 9090
- zweite Lagereinrichtung second storage facility
- 90a90a
- Innenring inner ring
- 90b 90b
- Außenring outer ring
- 9191
- zweite Lagereinrichtung second storage facility
- 9292
- zweite Lagereinrichtung second storage facility
- F6ax F6ax
- Axialkraft axial force
- F4ax F4ax
- Schubkraft thrust
- XX
- Planetenträgerachse Planet carrier axis
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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