Die Erfindung betrifft einen Planetenbolzen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Planetenbolzen, d.h. Bolzen, die zur Lagerung von Planetenrädern in einem Plane- tenträger fixiert sind, sind in der Regel Verformungen unterworfen. Verformungen können etwa aus Kräften resultieren, die in der Verzahnung der Planetenräder auf- treten oder aus Belastungen durch Drehmomente, die der Planetenträger zu übertra- gen hat.

Die Verformungen des Planetenbolzens sind insbesondere bei gleitgelagerten Plane- tenrädern kritisch. Der verschleißfreie Betrieb eines Gleitlagers setzt einen großflä- chig vorhandenen Schmierfilm voraus. Verformungen führen aber dazu, dass der Schmierfilm lokal zusammenbricht, sodass die Lagerschalen in Kontakt kommen und Festkörperreibung entsteht. Die Folge ist ein erhöhter Verschleiß an den entspre- chenden Stellen.

Aus den Druckschriften US 8 790 213 B1 und JP-H 09 177 758 A1 sind Gleitlager bekannt, deren Lauffläche eine ballige Kontur aufweist. Dadurch werden Durchbie- gungen, die etwa durch radial wirkende Kräfte verursacht werden können, kompen- siert. Nicht kompensiert werden allerdings Verformungen, die durch axial angreifende Kräfte hervorgerufen werden.

In Planetengetrieben auftretenden Belastungen gehen mit S-förmigen Verformungen der Planetenbolzen einher. Besonders stark sind derartige Verformungen in hochbe- lasteten Getrieben von Windkraftanlagen ausgeprägt. Lösungen zur Kompensation S-förmigen Verformungen sind bisher nicht bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verschleißfestigkeit gleitgelagerter Planetenräder zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Planetenbolzen nach Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten. Die Erfindung sieht eine gezielte Korrektur einer Außenkontur des Planetenbolzens in mindestens einem Längsschnitt vor. Bei dem Längsschnitt handelt es sich um eine Schnittdarstellung, die gemäß DIN ISO 128-40 und DIN ISO 128-50 definiert ist. Die Schnittebene ist vorliegend so ausgerichtet, dass sie eine Mittelachse eines auf den Planetenbolzen fixierten oder gelagerten Planetenrads beinhaltet. Die Mittelachse ist mit einer Drehachse des Planetenrads identisch.

Die Mittelachse verläuft durch den Planetenbolzen und schneidet den Planetenbol- zen ausschließlich in Punkten, die einen Flächenschwerpunkt einer orthogonal zu der Mittelachse ausgerichteten Schnittfläche darstellen. Im Falle eines rotationssym- metrischen Planetenbolzens ist dessen Symmetrieachse ist gleichzeitig Mittelachse.

Bei der Außenkontur handelt es sich um die Körperkanten des Planetenbolzens im unbelasteten Zustand. Der Planetenbolzen nimmt den unbelasteten Zustand an, wenn keinerlei Kräfte auf ihn einwirken.

Die Außenkontur des Planetenbolzens wird durch eine Funktion r(x) beschrieben. In Abhängigkeit der axialen Position x verläuft die Außenkontur in einem Abstand r(x) zu der Mittelachse des Planetenbolzens. Dies bedeutet, dass es sich bei mindestens einem Teil der Außen kontur um einen Graphen der Funktion r(x) handelt. Die axiale Position bezeichnet einen Punkt der Mittelachse. Dieser ist definiert durch einen Ab- stand x zu einem ebenfalls auf der Mittelachse liegenden Referenzpunkt. Orthogonal dazu befindet sich in einem Abstand r(x) ein Punkt der Außenkontur.

Erfindungsgemäß ist r(x) über mindestens einem Intervall [x ₁ , x ₂ ] wie folgt aus drei Teilfunktionen zusammengesetzt: r(x) = Z(x) + g(x ) + o(x), für alle x e [x ₁ , x ₂ ], mit einer linearen Funktion Z(x).

Dabei kann etwa x _± = 0 sein, sodass der obengenannte Referenzpunkt bei x _± liegt. Die Funktion g ist auf dem Intervall [x ₁ , x ₂ ] konvex. Der lineare Verlauf der Außenkor- rektur des Planetenbolzens wird also durch die Funktion g mit einer konvexen Kor- rektur versehen.

Um eine S-förmige Verformung des Planetenbolzens zu kompensieren, erfolgt eine zusätzliche, S-förmigen Korrektur. Eine entsprechende Korrekturfunktion o verläuft S- förmig. Im Einzelnen gilt o(x ₀ ) = 0 für mindestens ein x ₀ e \x ₁ , x ₂ [, wobei die Funkti- on o auf dem Intervall [xi, x ₀ ] konkav, auf dem Intervall [x ₀ ,x ₂ ] konvex und

in x ₀ fallend ist, d.h. es gilt: o'(x ₀ ) < 0.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Funktion g stetig und/oder die Funktion o ist stetig.

Die Funktion l in einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung auf dem Intervall [x _1; x ₂ ] positiv.

I kann als eine konstante Funktion oder als eine fallende Funktion, mit 1{c ) > Z(x ₂ ), weitergebildet sein.

Die Funktion g weist in einer bevorzugten Weiterbildung auf dem Intervall ]x _1; x ₂ [ ein Minimum auf.

Insbesondere kann g auf dem Intervall ]x _1; x ₂ [ negativ sein. Dies bedeutet, dass für alle x e ]x _1; x ₂ [ gilt: g(x) < 0.

In einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung gilt:

#Oi) = 5 O2) = 0.

Die Funktion g ist bevorzugt auf dem Intervall [xi, x ₂ ] größer als -l. Dies bedeutet, dass für alle x e [x _1; x ₂ ] gilt: g(x) >— Z(x).

Zudem wird eine spiegelsymmetrische Weiterbildung von g auf dem Intervall [x ₁ , x ₂ \ bevorzugt. Dabei gilt für alle x e \x ₁ ,^ {x ₁ + x ₂ )]: r(x) = r(x + x ₂ — x)

Die Funktion o weist in einer bevorzugten Weiterbildung auf dem Intervall [xi, x ₀ ] ein Maximum auf.

Auch werden positive Werte der Funktion o auf dem Intervall [xi, x ₀ [ bevorzugt.

Auf dem Intervall [x ₀ ,x ₂ ] weist die Funktion o in einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung ein Minimum auf.

Auf dem Intervall [x ₀ ,x ₂ ] werden negative Werte der Funktion o bevorzugt.

In einer zudem bevorzugten Weiterbildung gilt: o(xi) = o(x ₂ ) = 0.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. Im Einzelnen zeigt:

Fig. 1 einen herkömmlichen Planetenbolzen;

Fig. 2 einen verformungsoptimierten Planetenbolzen; und

Fig. 3 den verformungsoptimierten Planetenbolzen im belasteten Zustand.

Der in Fig. 1 dargestellte Planetenbolzen 101 ist in einem Planetenträger 103 fixiert. Mittels eines Gleitlagers 105 ist ein Planetenrad 107 drehbar auf dem Planetenbol- zen 101 gelagert. Durch die im Betrieb auftretenden Belastungen verformt sich der Planetenträger 103. Eine erste Wange 103a und eine zweite Wange 103b des Planetenträgers 103 ver- schieben sich gegeneinander. Dies führt zu einer S-förmigen Verformung des Plane- tenbolzens 101. Infolgedessen verläuft eine Mittelachse 109 des Planetenbolzens 101 S-förmig. Da der Planetenbolzen im unbelasteten Zustand zylinderförmig ist, ver- laufen dessen axiale Körperkanten parallel zu der Mittelachse 109 und somit im be- lasteten Zustand ebenfalls S-förmig.

Die Verformungen des Planetenbolzens 101 wirken sich auf einen Lagerspalt 111 des Gleitlagers 105 aus. Durch den S-förmigen Verlauf der Außenkontur vergrößert sich stellenweise der Lagerspalt. Stellenweise verkleinert er sich. In den Bereichen mit verkleinertem Lagerspalt kommt es zu Festkörperreibung. Dies führt zu lokal er- höhtem Verschleiß.

Ein verformungsoptimierter Planetenbolzen 201 ist in Fig. 2 dargestellt. Die Kontur des Planetenbolzens 201 ist so korrigiert, dass eine S-förmige Verformung weitest- gehend kompensiert wird. Dies lässt sich durch einen S-förmigen Verlauf der Außen- kontur erreichen. Der Verlauf der Außenkontur entspricht einem abgeflachten Nega- tivprofil des S-förmigen Verlaufs der Mittelachse 109 im belasteten Zustand.

Der Planetenbolzen 201 besteht aus drei Abschnitten - einem ersten Endabschnitt 203, einem zweiten Endabschnitt 205 und einem Mittelteil 207. Der Mittelteil 207 ist axial zwischen dem ersten Endabschnitt 203 und dem zweiten Endabschnitt 205 an- geordnet und verbindet beide Endabschnitte 203, 205 miteinander. Die Endabschnit- te 203, 205 dienen dazu, den Planetenbolzen 201 jeweils in einer Wange eines Pla- netenträgers zu fixieren. Entsprechend sind die Endabschnitte 203, 205 zylinderför- mig.

Ein Durchmesser des ersten Endabschnitts 203 ist kleiner als ein Durchmesser d ₂ des zweiten Endabschnitts 205.

Ausgehend von einer - aufgrund der unterschiedlichen Durchmesse der Endab- schnitte 203, 205- kegelförmigen Grundform des Mittelteils 207 erfolgt eine verfor- mungsoptimierte Korrektur des Planetenbolzens 201 in zwei Schritten: In einem ers- ten Schritt wird die Kontur des Mittelteils 207 so modifiziert, dass sich ein konkaver Verlauf ergibt. Der kegelstumpfförmige Mittelteil 207 wird dazu mit einer konkaven Korrekturfunktion überlagert. Die konkave Korrektur nach dem ersten Schritt ist in Fig. 2 gestrichelt eingezeichnet.

In einem zweiten Schritt erfolgt eine S-förmige Korrektur des konkaven Mittelteils 207. Dazu wird die Kontur des konkaven Mittelteils 207 mit einer S-förmigen Korrek- turfunktion überlagert. Die S-förmige Korrekturfunktion bewirkt eine Vergrößerung des Einzugs aufseiten des ersten Endstücks 203 und eine Verringerung des Einzugs aufseiten des zweiten Endstücks 205.

Bei der Anwendung des ersten Schritts und des zweiten Schritts zur verformungsop- timierten Korrektur des Planetenbolzens 203 handelt es sich um Berechnungsverfah- ren. Gefertigt wird schließlich die Kontur, die als Ergebnis des Berechnungsverfah- rens resultiert.

Fig. 3 zeigt den verformungsoptimierten Planetenbolzen 203 im belasteten Zustand. Der Verlauf der Mittelachse 109 entspricht dabei dem in Fig. 1 dargestellten Verlauf.

Der hypothetische Verlauf der Außenkontur des Planetenbolzens 201 ohne Korrektu- ren ist zur Veranschaulichung in Fig. 3 gestrichelt dargestellt. Dieser Verlauf ent- spricht dem Verlauf der Außenkontur des in Fig. 1 dargestellten Planetenbolzens 101. Es ist zu erkennen, dass die oben beschriebenen Korrekturen zu einem begra- digten Verlauf der Außenkontur führen. Dies bewirkt einen gleichförmigeren Verlauf des Lagerspalts 111. Bezuaszeichen Planetenbolzen

Planetenträger

a Wange

b Wange

Gleitlager

Planetenrad

Mittelachse

Lagerspalt

Planetenbolzen