DE102017223356A1 - Flexible connection between input shaft and planet carrier - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft in Getriebe mit mindestens einer Planetenstufe (103); wobei ein Hohlrad (111) der Planetenstufe (103) ausgebildet ist, drehfest fixiert zu werden; wobei ein Planetenträger (113) der Planetenstufe (103) ein Verbindungselement (125) zum Herstellen einer drehfesten Verbindung zwischen dem Planetenträger (113) und einer Eingangswelle (101) aufweist. Das Verbindungselement (125) ist gegenüber Verkippungen der Eingangswelle (101) und des Planetenträgers (113) relativ zueinander nachgiebig ausgestaltet.The invention relates in transmission with at least one planetary stage (103); wherein a ring gear (111) of the planetary stage (103) is adapted to be rotationally fixed; wherein a planetary carrier (113) of the planetary stage (103) has a connecting element (125) for establishing a rotationally fixed connection between the planet carrier (113) and an input shaft (101). The connecting element (125) is made resilient relative to tilting of the input shaft (101) and of the planetary carrier (113) relative to one another.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a transmission according to the preamble of claim 1.

Im Antriebsstrang einer Windkraftanlage ist gewöhnlich eine Eingangswelle vorgesehen, die eine drehfeste Verbindung zwischen einem vom Wind angetriebenen Rotor und einem drehbar gelagerten Planetenträger herstellt. Der Planetenträger ist Teil einer Planetenstufe mit einem Hohlrad, einem Sonnenrad und mehreren Planetenrädern. Die Planetenräder sind drehbar in dem Planetenträger gelagert und kämmen mit dem Hohlrad und dem Sonnenrad.In the drive train of a wind turbine usually an input shaft is provided which produces a rotationally fixed connection between a rotor driven by the wind and a rotatably mounted planet carrier. The planet carrier is part of a planetary stage with a ring gear, a sun gear and several planetary gears. The planet gears are rotatably mounted in the planet carrier and mesh with the ring gear and the sun gear.

Da die Eingangswelle den Rotor trägt und dieser eine hohe Masse aufweist, ist die Eingangswelle an mehreren Stellen in der Triebwerksgondel gelagert. Zwischen der Triebwerksgondel und dem Hohlrad besteht eine drehfeste Verbindung.Since the input shaft carries the rotor and this has a high mass, the input shaft is mounted at several points in the engine nacelle. There is a non-rotatable connection between the engine nacelle and the ring gear.

Eine derartige Anordnung ist statisch überbestimmt. Dies hat zur Folge, dass Lageabweichungen der Eingangswelle über den Planetenträger in das Getriebe eingeleitet werden. Da das Hohlrad in der Triebwerksgondel fixiert ist, kann es die Lageabweichungen nicht ausgleichen. Infolgedessen kommt es zu erhöhten Belastungen in der Lagerung des Planetenträgers sowie im Zahneingriff zwischen den Planetenrädern und dem Hohlrad.Such an arrangement is statically overdetermined. This has the consequence that position deviations of the input shaft are introduced via the planet carrier in the transmission. Since the ring gear is fixed in the engine nacelle, it can not compensate for the positional deviations. As a result, there are increased loads in the storage of the planet carrier and in meshing engagement between the planetary gears and the ring gear.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen innewohnenden Nachteile zu eliminieren. Insbesondere sollen die Belastungen der antriebsseitigen Planetenstufe des Getriebes einer Windkraftanlage verringert werden.The invention has for its object to eliminate the inherent disadvantages of the prior art solutions disadvantages. In particular, the loads on the drive-side planetary stage of the transmission of a wind turbine should be reduced.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Getriebe nach Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.This object is achieved by a transmission according to claim 1. Preferred developments are contained in the subclaims.

Das Getriebe weist mindestens eine Planetenstufe auf. Eine Planetenstufe ist eine Getriebestufe mit einem Hohlrad, einem Planetenträger, mehreren Planetenrädern und einem Sonnenrad. Die Planetenräder sind drehbar in dem Planetenträger gelagert und kämmen mit dem Hohlrad und/oder dem Sonnenrad.The transmission has at least one planetary stage. A planetary stage is a gear stage with a ring gear, a planet carrier, multiple planetary gears and a sun gear. The planet gears are rotatably mounted in the planet carrier and mesh with the ring gear and / or the sun gear.

Das Hohlrad der Planetenstufe des erfindungsgemäßen Getriebes ist ausgebildet, drehfest fixiert zu werden, etwa in einer Gondel einer Windkraftanlage. Hierzu kann das Hohlrad zum Beispiel mit einer oder mehreren Drehmomentstützen versehen sein. Auch ist es möglich, das Hohlrad mittels einer Flanschverbindung drehfest zu fixieren.The ring gear of the planetary stage of the transmission according to the invention is designed to be fixed against rotation, for example in a nacelle of a wind turbine. For this purpose, the ring gear may for example be provided with one or more torque arms. It is also possible to fix the ring gear rotatably by means of a flange connection.

Zum Herstellen einer drehfesten Verbindung zwischen dem Planetenträger und einer Eingangswelle weist der Planetenträger ein Verbindungselement auf. Über die drehfeste Verbindung bzw. über das Verbindungselement wird ein Antriebsdrehmoment von der Eingangswelle auf den Planetenträger übertragen. Dies impliziert, dass der Planetenträger drehbar gelagert ist.For producing a rotationally fixed connection between the planet carrier and an input shaft, the planet carrier has a connecting element. About the non-rotatable connection or via the connecting element, a drive torque is transmitted from the input shaft to the planet carrier. This implies that the planet carrier is rotatably mounted.

Erfindungsgemäß ist das Verbindungselement gegenüber Verkippungen der Eingangswelle und des Planetenträgers relativ zueinander nachgiebig ausgestaltet. Mit Verkippungen werden Rotationen um eine radial, d.h. orthogonal zu einer Drehachse der Eingangswelle und des Planetenträgers verlaufende Achse bezeichnet.According to the invention, the connecting element is designed to be resilient relative to tilting of the input shaft and of the planet carrier relative to one another. With tilts, rotations are rotated radially, i. denotes orthogonal to an axis of rotation of the input shaft and the planet carrier extending axis.

Die Verkippungen gehen einher mit Fluchtfehlern der Drehachse der Eingangswelle und der Drehachse des Planetenträgers. Ein Fluchtfehler liegt vor, wenn die beiden Drehachsen in einem von 180° abweichenden Winkel zueinander stehen.The tiltings are accompanied by alignment errors of the axis of rotation of the input shaft and the axis of rotation of the planet carrier. An alignment error occurs when the two axes of rotation are at an angle other than 180 ° to each other.

Durch die Erfindung wird die Planetenstufe von den Verkippungen entkoppelt. Die ansonsten infolge der Verkippung auftretenden Belastungen werden daher reduziert.By the invention, the planetary stage is decoupled from the Verkippungen. The otherwise occurring due to the tilting loads are therefore reduced.

Ein im Sinne der Erfindung gegenüber Verkippungen nachgiebig ausgestaltetes Verbindungselement ist ein Element, dessen Nachgiebigkeit gegenüber den Verkippungen größer ist als die Nachgiebigkeit der Eingangswelle und des Planetenträgers. Das Verbindungselement kann der Verkippung einen Widerstand entgegensetzen. Allerdings ist dieser Widerstand geringer als der Widerstand, den die Eingangswelle und der Planetenträger der Verkippung entgegensetzen.A compliant in the context of the invention against tilting designed connecting element is an element whose compliance with the tilting is greater than the flexibility of the input shaft and the planet carrier. The connecting element can oppose the tilting a resistance. However, this resistance is less than the resistance that oppose the input shaft and the planet carrier of tilting.

Die Nachgiebigkeit des Verbindungselements lässt sich auf verschiedene Arten realisieren. So ist in einer bevorzugten Weiterbildung ein Außendurchmesser mindestens eines Teils des Verbindungselements gegenüber einem Außendurchmesser eines Anschlussstücks für die Eingangswelle verringert, d.h. das Verbindungselement verjüngt sich in dem mindestens einen Teil axial. Der Außendurchmesser des Anschlussstücks entspricht einem Außendurchmesser der Eingangswelle. Insbesondere ist daher der Außendurchmesser des mindestens einen Teils des Verbindungselements gegenüber dem Außendurchmesser der Eingangswelle verringert. Durch den verringerten Außendurchmesser erhöht sich in dem mindestens einen Teil die Nachgiebigkeit gegenüber Verkippungen.The flexibility of the connecting element can be realized in various ways. Thus, in a preferred embodiment, an outer diameter of at least a part of the connecting element with respect to an outer diameter of a connecting piece for the input shaft is reduced, i. the connecting element tapers axially in the at least one part. The outer diameter of the fitting corresponds to an outer diameter of the input shaft. In particular, therefore, the outer diameter of the at least one part of the connecting element with respect to the outer diameter of the input shaft is reduced. Due to the reduced outer diameter increases in the at least one part of the compliance against tilting.

Alternativ kann das Verbindungselement in einer bevorzugten Weiterbildung als scheibenförmiges Element ausgestaltet sein. Das scheibenförmige Element ist bevorzugt radial ausgerichtet. Es ist in einem ersten Bereich drehfest mit dem Planetenträger verbunden. In einem zweiten Bereich ist es drehfest mit der Eingangswelle verbindbar. Der erste Bereich und der zweite Bereich sind radial unterschiedlich weit außerhalb angeordnet. So ist ein minimaler Abstand zwischen dem ersten Bereich und der Drehachse der Eingangswelle bzw. des Planetenträgers größer als ein maximaler Abstand im zweiten Bereich und der Drehachse der Eingangswelle bzw. des Planetenträgers, oder ein minimaler Abstand zwischen dem zweiten Bereich und der Drehachse der Eingangswelle bzw. des Planetenträgers ist größer als ein maximaler Abstand zwischen dem ersten Bereich und der Drehachse der Eingangswelle bzw. des Planetenträgers. Der minimale Abstand eines Bereichs bezeichnet das Minimum der Abstände sämtlicher Punkte dieses Bereichs. Entsprechend bezeichnet ein maximaler Abstand eines Bereichs das Maximum der Abstände sämtlicher Punkte dieses Bereichs.Alternatively, the connecting element can be configured in a preferred development as a disk-shaped element. The disk-shaped element is preferably aligned radially. It is rotatably connected to the planet carrier in a first area. In a second area it is rotatably connected to the input shaft connectable. The first region and the second region are arranged radially differently far outside. Thus, a minimum distance between the first region and the axis of rotation of the input shaft or planet carrier is greater than a maximum distance in the second region and the axis of rotation of the input shaft or the planet carrier, or a minimum distance between the second region and the axis of rotation of the input shaft or of the planet carrier is greater than a maximum distance between the first region and the axis of rotation of the input shaft or of the planet carrier. The minimum distance of an area indicates the minimum of the distances of all points of this area. Accordingly, a maximum distance of an area denotes the maximum of the distances of all points of this area.

Der erste Bereich umfasst vorzugsweise sämtliche Teilbereiche, in denen das scheibenförmige Element drehfest mit dem Planetenträger verbunden ist. Ebenso umfasst der zweite Bereich vorzugsweise sämtliche Teilbereiche, in denen das scheibenförmige Element drehfest mit der Eingangswelle verbindbar ist.The first region preferably comprises all subregions in which the disc-shaped element is non-rotatably connected to the planet carrier. Likewise, the second region preferably comprises all partial regions in which the disk-shaped element can be connected in a rotationally fixed manner to the input shaft.

Durch die unterschiedliche radiale Anordnung des ersten Bereichs und des zweiten Bereichs ermöglicht das scheibenförmige Element eine Verkippung des ersten Bereichs und des zweiten Bereichs relativ zueinander und infolgedessen eine Verkippung der Eingangswelle und des Planetenträgers relativ zueinander.Due to the different radial arrangement of the first region and the second region, the disc-shaped element allows tilting of the first region and of the second region relative to one another and, as a result, tilting of the input shaft and of the planet carrier relative to one another.

Alternativ kann das Verbindungselement in einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung als Hardyscheibe, auch Laschengelenkscheibe genannt, ausgestaltet sein.Alternatively, the connecting element may be configured in a further preferred development as a hard disk, also called a plate joint disk.

Das Getriebe ist bevorzugt Teil einer Anordnung mit einer Eingangswelle. Die Eingangswelle ist mindestens zweifach, d.h. mittels mindestens zweier Lager gelagert und drehfest mit dem Planetenträger verbunden. Durch die mindestens zweifache Lagerung sind fünf von sechs Bewegungsfreiheitsgraden der Eingangswelle festgelegt. Lediglich ein rotatorischer Freiheitsgrad entlang der Drehachse der Eingangswelle verbleibt. Dadurch kommt es zu der oben beschriebenen statischen Überbestimmtheit, deren Folgen durch das nachgiebig ausgestaltete Verbindungselement gemildert werden.The transmission is preferably part of an arrangement with an input shaft. The input shaft is at least two times, i. stored by at least two bearings and rotatably connected to the planet carrier. Due to the at least double storage five of six degrees of freedom of movement of the input shaft are fixed. Only a rotational degree of freedom along the axis of rotation of the input shaft remains. This leads to the above-described static overdetermination, the consequences of which are alleviated by the flexibly designed connecting element.

In einer bevorzugten Weiterbildung weist die Anordnung eine Tragstruktur auf. Insbesondere kann es sich bei der Tragstruktur um den Maschinenträger einer Gondel einer Windkraftanlage handeln. Die Eingangswelle ist drehbar in der Tragstruktur gelagert. Das Hohlrad der Planetenstufe ist drehfest in der Tragstruktur fixiert.In a preferred embodiment, the arrangement has a support structure. In particular, the support structure may be the machine carrier of a nacelle of a wind power plant. The input shaft is rotatably supported in the support structure. The ring gear of the planetary stage is rotationally fixed in the support structure.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. Übereinstimmende Bezugsziffern kennzeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale. Im Einzelnen zeigt:

  • 1: ein sich verjüngendes Verbindungselement;
  • 2: einen lagerlosen Planetenträger; und
  • 3: ein scheibenförmiges Verbindungselement.
Preferred embodiments of the invention are shown in the figures. Matching reference numbers identify identical or functionally identical characteristics. In detail shows:
  • 1 a tapered connector;
  • 2 a bearingless planet carrier; and
  • 3 a disk-shaped connecting element.

In 1 ist eine Eingangswelle 101 mit einer eingangsseitigen Planetenstufe 103 einer Windkraftanlage dargestellt. Die Eingangswelle 101 ist mittels eines ersten Lagers 105 und eines zweiten Lagers 107 drehbar in einem Maschinenträger 109 einer Gondel der Windkraftanlage gelagert.In 1 is an input shaft 101 with an input-side planetary stage 103 a wind turbine shown. The input shaft 101 is by means of a first camp 105 and a second camp 107 rotatable in a machine carrier 109 a gondola of the wind turbine stored.

Die Planetenstufe 103 weist ein Hohlrad 111, einen Planetenträger 113, mehrere Planetenräder 115 und ein Sonnenrad 117 auf. Das Hohlrad 111 ist über eine Drehmomentstütze 119 drehfest in dem Maschinenträger 109 fixiert.The planetary stage 103 has a ring gear 111 , a planet carrier 113 , several planet gears 115 and a sun wheel 117 on. The ring gear 111 is via a torque arm 119 rotatably in the machine frame 109 fixed.

Mittels eines dritten Lagers 121 und eines vierten Lagers 123 ist der Planetenträger 113 drehbar gelagert. In dem Planetenträger 113 wiederum sind die Planetenräder 115 drehbar gelagert. Das Sonnenrad 117 ist drehbar und wird durch die Planetenräder 115 axial in Position gehalten.By means of a third camp 121 and a fourth camp 123 is the planet carrier 113 rotatably mounted. In the planet carrier 113 in turn are the planet wheels 115 rotatably mounted. The sun wheel 117 is rotatable and is driven by the planet gears 115 held axially in position.

Der Planetenträger 113 bildet ein Verbindungselement 125 aus. Dieses besteht aus einem axial verjüngten Bereich 127 und einer Flanschverbindung 129. In der Flanschverbindung 129 ist das Verbindungselement 125 mit einem entsprechenden Gegenstück der Eingangswelle 101 verschraubt.The planet carrier 113 forms a connecting element 125 out. This consists of an axially tapered area 127 and a flange connection 129 , In the flange connection 129 is the connecting element 125 with a corresponding counterpart of the input shaft 101 screwed.

Der verjüngte Bereich 127 ist gegenüber Verkippungen der Eingangswelle 101 und des Planetenträgers 113 nachgiebig. Dies verhindert, dass es infolge der Verkippungen zu erhöhten Belastungen des dritten Lagers 121 und des vierten Lagers 123 sowie Lagerabweichungen des Planetenträgers 113 relativ zu dem Hohlrad 111 kommt.The rejuvenated area 127 is opposite tilting of the input shaft 101 and the planet carrier 113 yielding. This prevents it due to the tilting to increased loads on the third camp 121 and the fourth camp 123 and bearing deviations of the planet carrier 113 relative to the ring gear 111 comes.

Ist die Eingangswelle 101 - wie gemäß dem Stand der Technik üblich - direkt, d.h. ohne das Verbindungselement 125 mit dem Planetenträger 113 verbunden, sind das dritte Lager 121 und das vierte Lager 123 erforderlich, um Verkippungen der Eingangswelle 101 abzustützen. Andernfalls würden die Verkippungen direkt auf die Verzahnungen des Hohlrads 111 und der Planetenräder 115 übertragen werden.Is the input shaft 101 - As usual according to the prior art - directly, ie without the connecting element 125 with the planet carrier 113 connected, are the third camp 121 and the fourth camp 123 required to tilt the input shaft 101 support. Otherwise, the tilts would be directly on the gears of the ring gear 111 and the planet wheels 115 be transmitted.

Das Verbindungselement 125 ermöglicht es, auf das dritte Lager 121 und das vierte Lager 123, wie in 2 dargestellt, zu verzichten. Der Planetenträger 113 hängt dann an der Eingangswelle 101. Die Lagerung des Planetenträgers 113 erfolgt ausschließlich mit dem ersten Lager 105 und dem zweiten Lager 107.The connecting element 125 allows it to the third camp 121 and the fourth camp 123 , as in 2 presented to dispense. The planet carrier 113 then hangs on the input shaft 101 , The storage of the planet carrier 113 takes place exclusively with the first bearing 105 and the second camp 107 ,

Ohne die Abstützung durch das dritte Lager 121 und das vierte Lager 123 werden auch hier Verkippungen der Eingangswelle 101 direkt übertragen. Allerdings sind die daraus resultierenden Kräfte in den Verzahnungen des Hohlrads 111 und der Planetenräder 115 aufgrund der Nachgiebigkeit des Verbindungselements 125 reduziert.Without the support of the third camp 121 and the fourth camp 123 Here are also tilts of the input shaft 101 transferred directly. However, the resulting forces in the gears of the ring gear 111 and the planet wheels 115 due to the compliance of the connecting element 125 reduced.

3 stellt ein scheibenförmiges Element 301 dar, das anstelle des verjüngten Bereichs 127 verwendet werden kann, um die erforderliche Verringerung der Biegesteifigkeit des Verbindungselements 125 zu erzielen. Das scheibenförmige Element 301 erstreckt sich ausgehend von dem Flansch 129 in axialer Richtung nach außen hin, wo das scheibenförmige Element 301 in den Planetenträger 113 übergeht. 3 represents a disk-shaped element 301 instead of the tapered area 127 can be used to reduce the required flexural rigidity of the fastener 125 to achieve. The disk-shaped element 301 extends from the flange 129 in the axial direction outwards, where the disk-shaped element 301 in the planet carrier 113 passes.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

101101
Eingangswelleinput shaft
103103
Planetenstufeplanetary stage
105105
erstes Lagerfirst camp
107107
zweites Lagersecond camp
109109
Maschinenträgermachine support
111111
Hohlradring gear
113113
Planetenträgerplanet carrier
115115
Planetenradplanet
117117
Sonnenradsun
119119
Drehmomentstützetorque arm
121121
drittes Lagerthird camp
123123
viertes Lagerfourth camp
125125
Verbindungselementconnecting element
127127
verjüngter Bereichrejuvenated area
129129
Flanschflange
301301
scheibenförmiges Elementdisk-shaped element

Claims (6)

Getriebe mit mindestens einer Planetenstufe (103); wobei ein Hohlrad (111) der Planetenstufe (103) ausgebildet ist, drehfest fixiert zu werden; wobei ein Planetenträger (113) der Planetenstufe (103) ein Verbindungselement (125) zum Herstellen einer drehfesten Verbindung zwischen dem Planetenträger (113) und einer Eingangswelle (101) aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (125) gegenüber Verkippungen der Eingangswelle (101) und des Planetenträgers (113) relativ zueinander nachgiebig ausgestaltet ist.Transmission with at least one planetary stage (103); wherein a ring gear (111) of the planetary stage (103) is adapted to be rotationally fixed; wherein a planetary carrier (113) of the planetary stage (103) has a connecting element (125) for establishing a rotationally fixed connection between the planetary carrier (113) and an input shaft (101); characterized in that the connecting element (125) opposite to tilting of the input shaft (101) and the planet carrier (113) is designed to be compliant relative to each other. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass ein Außendurchmesser mindestens eines Teils (127) des Verbindungselements (125) gegenüber einem Anschlussstück (109) für die Eingangswelle (101) verringert ist.Transmission according to one of the preceding claims; characterized in that an outer diameter of at least a part (127) of the connecting element (125) is reduced relative to a connecting piece (109) for the input shaft (101). Getriebe nach Anspruch 1; gekennzeichnet durch ein scheibenförmiges Element (301) als Verbindungselement; wobei das scheibenförmige Element (301) in einem ersten Bereich drehfest mit dem Planetenträger (113) verbunden ist; wobei das scheibenförmige Element (301) in einem zweiten Bereich drehfest mit der Eingangswelle (101) verbindbar ist; und wobei der erste Bereich radial weiter außerhalb als der zweite Bereich oder der zweite Bereich radial weiter außerhalb als der erste Bereich angeordnet ist.Gearbox after Claim 1 ; characterized by a disc-shaped element (301) as a connecting element; wherein the disc-shaped element (301) in a first region in rotation with the planet carrier (113) is connected; wherein the disk-shaped element (301) in a second region rotatably connected to the input shaft (101) is connectable; and wherein the first region is located radially further outside than the second region or the second region is located radially further outside than the first region. Getriebe nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (125) als Hardyscheibe ausgestaltet ist.Gearbox after Claim 1 ; characterized in that the connecting element (125) is designed as a Hardyscheibe. Anordnung mit einer Eingangswelle (101); gekennzeichnet durch ein Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche; wobei die Eingangswelle (101) mindestens zweifach gelagert und mittels des Verbindungselements (125) drehfest mit dem Planetenträger (113) verbunden ist.Arrangement with an input shaft (101); characterized by a transmission according to one of the preceding claims; wherein the input shaft (101) is mounted at least twice and by means of the connecting element (125) rotatably connected to the planet carrier (113). Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch; gekennzeichnet durch eine Tragstruktur (109); wobei die Eingangswelle (101) mindestens zweifach in der Tragstruktur (109) gelagert ist; und wobei das Hohlrad (111) drehfest in der Tragstruktur (109) fixiert ist.Arrangement according to the preceding claim; characterized by a support structure (109); the input shaft (101) being supported at least twice in the support structure (109); and wherein the ring gear (111) is fixed in a rotationally fixed manner in the support structure (109).
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