DE102014218098A1 - Metallschaumelement und Lageranordnung mit einem Metallschaumelement - Google Patents
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Abstract
Offenbart ist ein Metallschaumelement mit dem Schwingungen eines Lagers oder eines Getriebebauteils gedämpft werden können. Das Metallschaumelement weist hierzu eine axiale Abstützfläche auf, die mit einer vergleichsweise hohen Genauigkeit maschinenbearbeitbar ist. Des Weiteren ist eine Lageranordnung oder ein Getriebe oder ein Planetengetriebe mit einem Metallschaumelement vorgesehen, bei dem das Metallschaumelement zur Abstützung eines Lagers oder eines Getriebebauteils, wie eines Gehäuses oder eines Hohlrads, ausgebildet ist.
Description
- Die Erfindung geht aus von einem Metallschaumelement zum Dämpfen von Schwingungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und von einer Lageranordnung mit einem derartigen Metallschaumelement.
- Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass Bauteile aus Stahl oder Gusseisen schlechte Dämpfungseigenschaften aufweisen. Beim Einsatz derartiger Bauteile, beispielsweise in Windkraftanlagen, insbesondere in Windkraftgetrieben, werden durch Zahn- oder Wellenanregungen auftretende Schwingungen nur gering gedämpft. Über Ankoppelpunkte des Windkraftgetriebes können die Schwingungen in eine Struktur der Windkraftanlage übertragen werden. Bauteile dieser Struktur, wie beispielsweise Rotorblätter, ein Turm oder ein Gondelgehäuse können dann den durch die Schwingungen gebildeten Körperschall als störenden Luftschall in die Umgebung abgeben.
- Des Weiteren ist aus dem Stand der Technik bekannt, Lager in Getrieben üblicherweise mit Lagerflanschen aus Stahl oder Gusseisen zu lagern. Gehäuseteile von Windkraftgetrieben werden ferner üblicherweise direkt miteinander verschraubt. Des Weiteren ist bekannt, Lager axial über Lagerdeckel aus Stahl oder Gusseisen zu fixieren.
- Zur Dämpfung von Schwingungen beispielsweise in einer Lageranordnung ist aus der
DE 10 2012 216 365 B3 bekannt, Metallschaumelemente einzusetzen. Hierbei ist vorgesehen einen Lagerring in eine Metallschaumhülse einzupassen oder in eine Aussparung einer Hülse einzusetzen und durch nachträgliches Ausfüllen der Hülse mit Metallschaum zu befestigen. - Nachteilig hierbei ist, dass in bestimmten Einsatzgebieten, beispielsweise bei einer Lagerung von schräg verzahnten Zahnradpaarungen, wie sie in Windkraftgetrieben eingesetzt sind, es trotzt Metallschaumelemente ein erheblicher Luftschall auftritt.
- Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Metallschaumelement zu schaffen, das verbesserte Dämpfungseigenschaften, insbesondere für Lager und/oder schwingungsbelastete Getriebebauteile aufweist. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, eine Lageranordnung mit einem Metallschaumelement zu schaffen, das verbesserte Dämpfungseigenschaften, insbesondere für ein Lager und/oder ein schwingungsbelastetes Getriebebauteil aufweist.
- Die Aufgabe hinsichtlich des Metallschaumelements wird gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Lageranordnung gemäß den Merkmalen 13.
- Erfindungsgemäß ist ein Metallschaumelement beziehungsweise Metallschaumbauelement zum Dämpfen von Schwingungen eines Lagers, insbesondere eines Drehlagers, und/oder eines schwingungsbelasteten Getriebebauteils vorgesehen. Vorteilhafterweise ist das Metallschaumelement derart ausgestaltet, dass es eine präzise maschinenbearbeitbare Abstützfläche zur axialen Abstützung, insbesondere in Richtung einer Drehachse, für das Lager und/oder für das schwingungsbelastete Getriebebauteil bereitstellt.
- Es hat sich gezeigt, dass eine axiale Abstützung des Lagers und/oder des schwingungsbelasteten Getriebebauteils im Unterschied zu einer radialen Abstützung, so wie es im Stand der Technik vorgesehen ist, zu verbesserten Dämpfungseigenschaften führt. Die axiale Abstützung erfordert allerdings üblicherweise geringe Toleranzen beziehungsweise Lagertoleranzen, weswegen es äußert vorteilhaft ist, dass die Abstützfläche präzise maschinenbearbeitbar ist. Erst durch das Vorsehen einer derartigen Abstützfläche ist es überhaupt möglich, ein Metallschaumelement für eine axiale Abstützung des Lagers und/oder des schwingungsbelasteten Getriebebauteils einzusetzen.
- Schwingungen aufgrund von Zahn- und Wellenanregungen können somit vorteilhafterweise durch das erfindungsgemäße Metallschaumelement insbesondere an dem Lager, an einem Lagerdeckel und/oder an einem Gehäuse deutlich stärker gedämpft werden. Das Metallschaumelement führt somit des Weiteren zu einem niedrigeren Körperschall, zu einer verminderten Schallabstrahlung und zu einer verminderten Schwingungsbelastung des Lagers und/oder des schwingungsbelasteten Getriebebauteils.
- Das Lager wird vorzugsweise als Lager drehender Bauteile eingesetzt.
- In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht die Abstützfläche aus einem Vollmaterial, wodurch sie auf einfache Weise maschinenbearbeitbar ist.
- Vorzugsweise kann die Abstützfläche ein Blech oder eine Vollmetallwandfläche sein.
- Ein derartiges Metallschaumelement ist insbesondere für schräg verzahnte Zahnradpaarungen vorteilhaft, da der Hauptteil von Schwingungen eines drehenden Elements über die axiale Abstützfläche in ein Gehäuse übertragen wird.
- Bevorzugterweise ist die Abstützfläche ringförmig, insbesondere kreisringförmig ausgestaltet. Hierdurch ist sie an das Lager oder an das schwingungsbelastete Getriebebauteil angepasst. Mit Vorteil besteht das Metallschaumelement größtenteils oder ausschließlich aus Metallschaum. Alternativ kann das Metallschaumelement auch als metallschaumgefüllte Struktur ausgebildet sein. Denkbar wäre auch, das Metallschaumelement als Metallschaumsandwich auszubilden, womit beispielsweise ein Metallschaum zwischen zwei Vollmaterialflächen oder Vollmaterialteilen ausgebildet ist. Das Metallschaumsandwich weist beispielsweise eine Metallschaumschicht aus Aluminium auf, die zumindest auf einer Seite von einer Aluminiumschicht oder Stahlschicht bedeckt ist.
- Mit Vorteil ist das Metallschaumelement in weiterer Ausgestaltung der Erfindung als Metallschaumflansch ausgebildet, womit es äußerst vorteilhaft für das Lager oder dem schwingungsbelasteten Getriebebauteil eingesetzt werden kann.
- Bevorzugterweise hat das Metallschaumelement, insbesondere in der Form als Metallschaumflansch, einen Radialbund, mit dem es axial an einem Gehäuse abstützbar ist.
- In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat das Metallschaumelement, insbesondere in Form als Metallschaumflansch, einen zylindrischen, insbesondere hohlkreiszylindrischen, Abschnitt, der derart ausgestaltet ist, dass er in eine zylindrische, insbesondere kreiszylindrische Aussparung eines Gehäuses zur radialen Abstützung des Metallschaumelements einsetzbar ist. Vorzugsweise ist die Abstützfläche dann am zylindrischen Abschnitt ausgebildet.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat das Metallschaumelement eine innere axiale Zurückstufung, wobei die Abstützfläche dann ein Stufengrund der Zurückstufung sein kann. Hierdurch ist auf vorrichtungstechnisch einfache Weise eine axiale Abstützung des Lagers und vorteilhafterweise zusätzlich eine radiale Abstützung geschaffen. Die Zurückstufung ist insbesondere zylindrisch oder kreiszylindrisch ausgebildet und vorzugsweise an das Lager angepasst. Durch die innere Zurückstufung kann somit vorteilhafterweise zusätzlich zur axialen Abstützfläche eine radiale Abstützfläche vorgesehen sein. Hierbei ist möglich, diese ebenfalls präzise maschinenbearbeitbar auszubilden, wobei es denkbar ist, dass die Abstützfläche dann ebenfalls aus Blech oder aus einer Vollmetallfläche besteht.
- Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Abstützfläche an einer Stirnfläche des zylindrischen Abschnitts ausgebildet sein. Eine derartige Abstützfläche ist leicht zugänglich und einfach zu bearbeiten.
- Ist der Abschnitt ringförmig ausgebildet, so kann er vorteilhafterweise durch einen Scheibenabschnitt verschlossen sein, wobei das Metallschaumelement dann einen Lagerdeckel bilden kann.
- Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist denkbar das Metallschaumelement als ringförmigen, insbesondere hohlzylindrischen Metallschaumflansch auszubilden. Die Abstützfläche kann dann eine Stirnfläche des Metallschaumflansches sein. Ein derartiges Metallschaumelement kann dann beispielsweise zwischen zwei Gehäuseteilen als selbsttragendes Gehäuse oder beispielsweise zwischen einem Gehäuse und einem Hohlrad einer Planetenstufe eines Planetengetriebes, beispielsweise einer Windkraftanlage, angeordnet sein.
- Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem Getriebebauteil um einen Teil einer schräg verzahnten Zahnradpaarung und/oder das Lager kann eine schräg verzahnte Zahnradpaarung abstützen.
- Erfindungsgemäß ist eine Lageranordnung oder ist ein Getriebe oder ist ein Planetengetriebe für eine Windkraftanlage mit einem Metallschaumelement gemäß einem der vorhergehenden Aspekte vorgesehen. Die Lageranordnung beziehungsweise das Getriebe beziehungsweise das Planetengetriebe weist hierbei ein Lager, insbesondere ein Drehlager, und/oder ein schwingungsbelastetes Getriebebauteil auf, wobei dann das Lager über das Metallschaumelement abstützbar ist und zusätzlich oder alternativ über ein Metallschaumelement das schwingungsbelastete Getriebebauteil abstützbar ist.
- Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
- Mehrere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Metallschaumelements und einer erfindungsgemäßen Lagerandordnung sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
- Es zeigen
-
1 in einem Längsschnitt ein erfindungsgemäßes Metallschaumelement gemäß einer ersten Ausführungsform, -
2 in einem Längsschnitt das Metallschaumelement gemäß einer zweiten Ausführungsform, -
3 in einem Längsschnitt das Metallschaumelement gemäß einer dritten Ausführungsform und -
4 und5 das Metallschaumelement gemäß einer vierten Ausführungsform. -
1 zeigt ein Metallschaumelement1 , das ein Lager2 axial über eine Abstützfläche4 abstützt. Das Metallschaumelement1 wiederum stützt sich an einem Gehäuse6 ab. Bei dem Lager2 handelt es sich um ein Drehlager, beispielsweise um ein Wälzlager, zur drehbaren Lagerung einer Welle8 . Bei der Welle8 handelt es sich beispielsweise um ein Getriebebauteil, insbesondere um eine Getriebewelle. - Das Metallschaumelement
1 ist als Metallschaumflansch ausgebildet und drehsymmetrisch. Es hat einen etwa hohlzylindrischen Abschnitt10 , der in eine kreiszylindrische Aussparung12 des Gehäuses6 eingesetzt ist und sich darin radial abstützt. Zur axialen Abstützung des Lagers2 ist in den Abschnitt10 eine axiale Zurückstufung13 eingebracht, die kreiszylindrisch ist und einen kreisringförmigen Stufengrund aufweist, der die Abstützfläche4 bildet. Zum axialen Festlegen des Metallschaumelements1 am Gehäuse6 hat dieses endseitig, in Axialrichtung gesehen, einen Radialbund14 . Dieser hat eine ringförmige Stirnfläche16 , die am Gehäuse6 anliegen kann. Es ist denkbar, das Metallschaumelement1 über den Radialbund14 am Gehäuse6 über entsprechende Mittel zu fixieren. Gemäß1 weist die Stirnfläche16 in eine zur Abstützfläche4 entgegengesetzte Richtung, wobei die Stirnfläche16 und die Abstützfläche4 etwa im Parallelabstand zueinander angeordnet sind und in Axialrichtung gesehen etwa zwischen diesen das Lager2 vorgesehen ist. - Vorteilhafterweise ist die Abstützfläche
4 aus einem Blech oder einer Vollmetallwandfläche gebildet, womit sie präzise maschinenbearbeitbar ist. - Eine Innenmantelfläche
18 der Zurückstufung13 dient zur zusätzlichen radialen Abstützung des Lagers2 . - Damit sich die Welle
8 axial am Lager2 abstützen kann, ist an dieser eine Lagerschulter22 vorgesehen, die in eine entgegengesetzte Richtung als die Abstützfläche4 weist. Das Lager2 ist dann zwischen der Abstützfläche4 und der Lagerschulter22 angeordnet. - Gemäß
1 bilden das Metallschaumelement1 und das Lager2 eine vorteilhafte Lageranordnung. - In
2 ist ein Metallschaumelement24 vorgesehen, das ebenfalls den etwa kreisringförmigen Abschnitt10 aufweist, der die axiale Zurückstufung13 hat. Im Unterschied zu1 ist ein Radialbund26 auf einem anderen axialen Endabschnitt des Metallschaumelements24 vorgesehen. Eine zum Gehäuse6 weisende Stirnfläche28 des Radialbunds26 weist in eine gleiche Richtung wie die Abstützfläche4 . In Axialrichtung gesehen ist die Abstützfläche4 dann zwischen dem Lager2 und der Stirnfläche28 angeordnet. - Des Weiteren ist der Abschnitt
10 durch einen Scheibenabschnitt30 verschlossen, der in Axialrichtung gesehen eine gleiche Breite wie der Radialbund26 hat und in einer gleichen Ebene wie der Radialbund26 angeordnet ist. Die Aussparung12 des Gehäuses6 ist somit durch das Metallschaumelement24 verschlossen. Die Triebwelle8 ist in Axialrichtung gesehen dann beabstandet zum Scheibenabschnitt30 angeordnet. - Eine weitere Ausführungsform eines Metallschaumelements
32 gemäß3 hat einen etwa hohlkreiszylindrischen Abschnitt34 , der in die Aussparung12 des Gehäuses6 eingesetzt ist. Dieser bildet stirnseitig eine Abstützfläche36 aus. Somit hat das Metallschaumelement32 im Unterschied zum Metallschaumelement24 aus2 keine Zurückstufung12 . Das Lager2 stützt sich somit lediglich axial am Metallschaumelement32 ab. In radialer Richtung stützt sich das Lager2 direkt am Gehäuse6 ab. - Die Metallschaumelemente
1 und24 der1 und2 dienen somit zur axialen und radialen Aufnahme und Abstützung des Lagers2 in dem Gehäuse6 . Dagegen dient das Metallschaumelement32 aus3 nur zur axialen Aufnahme und Abstützung des Lagers2 in dem Gehäuse6 . - Gemäß
4 ist ein Metallschaumelement38 zur Dämpfung zwischen zwei Gehäuseteilen40 und42 angeordnet. Das Metallschaumelement38 ist hierbei etwa kreisringförmig ausgestaltet und hat zwei Abstützflächen44 und46 . Diese sind etwa im Parallelabstand zueinander angeordnet und erstrecken sich etwa in eine radiale Richtung. Das Metallschaumelement38 kann somit als selbsttragendes Gehäuse oder Gehäuseteil zwischen den Gehäuseteilen40 und42 angeordnet sein. Zumindest eine der Abstützflächen44 ,46 besteht aus Blech oder einer Vollmetallwandfläche. Bei dem Gehäuseteil40 und/oder42 kann es sich um ein schwingungsbelastetes Getriebebauteil handeln. - Gemäß
5 ist anstelle des Gehäuseteils42 ein Hohlrad48 einer Planetenstufe eines Planetengetriebes vorgesehen. Das Hohlrad48 stützt sich über eine ringförmige Stirnfläche50 an der Abstützfläche44 des Metallschaumelements38 ab. - Das Metallschaumelement
38 gemäß den4 und5 bildet somit einen Metallschaumflansch beziehungsweise Zwischenflansch. - Offenbart ist ein Metallschaumelement mit dem Schwingungen eines Lagers oder eines Getriebebauteils gedämpft werden können. Das Metallschaumelement weist hierzu eine axiale Abstützfläche auf, die mit einer vergleichsweise hohen Genauigkeit maschinenbearbeitbar ist. Des Weiteren ist eine Lageranordnung oder ein Getriebe oder ein Planetengetriebe mit einem Metallschaumelement vorgesehen, bei dem das Metallschaumelement zur Abstützung eines Lagers oder eines Getriebebauteils, wie eines Gehäuses oder eines Hohlrads, ausgebildet ist.
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- Metallschaumelement
- 2
- Lager
- 4
- Abstützfläche
- 6
- Gehäuse
- 8
- Welle
- 10
- Abschnitt
- 12
- Aussparung
- 13
- Zurückstufung
- 14
- Radialbund
- 16
- Stirnfläche
- 18
- Innenmantelfläche
- 22
- Lagerschulter
- 24
- Metallschaumelement
- 26
- Radialbund
- 28
- Stirnfläche
- 30
- Scheibenabschnitt
- 32
- Metallschaumelement
- 34
- Abschnitt
- 36
- Abstützfläche
- 38
- Metallschaumelement
- 40
- Gehäuseteil
- 42
- Gehäuseteil
- 44
- Abstützfläche
- 46
- Abstützfläche
- 48
- Hohlrad
- 50
- Stirnfläche
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102012216365 B3 [0004]
Claims (13)
- Metallschaumelement zum Dämpfen von Schwingungen eines Lagers (
2 ) und/oder eines schwingungsbelasteten Getriebebauteils (42 ,48 ), dadurch gekennzeichnet, dass das Metallschaumelement (1 ) derart geformt ist, dass es eine präzise maschinenbearbeitbare axiale Abstützfläche (4 ) für das Lager (2 ) und/oder des schwingungsbelasteten Getriebebauteils (42 ,48 ) bereitstellt. - Metallschaumelement nach Anspruch 1, wobei die Abstützfläche (
4 ) aus einem Vollmaterial besteht. - Metallschaumelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Abstützfläche (
4 ) ein Blech oder eine Vollmetallwandfläche ist. - Metallschaumelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abstützfläche (
4 ) ringförmig ist. - Metallschaumelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses größtenteils aus Metallschaum, oder aus einer metallschaumgefüllten Struktur, oder aus einem Metallschaumsandwich besteht.
- Metallschaumelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei dieses als Metallschaumflansch ausgebildet ist.
- Metallschaumelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses einen Abschnitt (
10 ) hat, der derart ausgestaltet ist, dass er in eine Aussparung (12 ) eines Gehäuses (6 ) zur radialen Abstützung des Metallschaumelements (1 ) einsetzbar ist. - Metallschaumelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses eine innere axiale Zurückstufung (
13 ) hat, wobei die Abstützfläche (4 ) ein Stufengrund der Zurückstufung (13 ) ist. - Metallschaumelement nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Abstützfläche (
36 ) an einer Stirnfläche des Abschnitts (34 ) ausgebildet ist. - Metallschaumelement nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Abschnitt (
10 ) durch einen Scheibenabschnitt (30 ) verschlossen ist. - Metallschaumelement nach Anspruch 6, wobei der Metallschaumflansch (
38 ) ringförmig ausgebildet ist, und die Abstützfläche (44 ) eine Stirnfläche des Metallschaumflansches (38 ) ist. - Metallschaumelement nach Anspruch 11, wobei das dieses ein selbsttragendes Gehäuse oder Gehäuseteil bildet.
- Lageranordnung mit einem Metallschaumelement (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Metallschaumelement (1 ) das Lager (2 ) und/oder das schwingungsbelastete Getriebebauteil (42 ,48 ) abstützt.
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