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Patent Searching and Data


Title:
NOISE-OPTIMIZED PLANETARY GEAR STAGE I
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/158017
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a planetary stage (101) having a ring gear (103), a sun gear (111), a first planetary gear (105) and a second planetary gear (107); wherein the first planetary gear (105) and the second planetary gear (107) mesh with the ring gear (103) and the sun gear (111). A circle diameter of the first planetary gear (105) is greater than a circle diameter of the second planetary gear (107).

Inventors:
LEIMANN DIRK (BE)
Application Number:
EP2018/052062
Publication Date:
September 07, 2018
Filing Date:
January 29, 2018
Export Citation:
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Assignee:
ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN (DE)
ZF WIND POWER ANTWERPEN NV (BE)
International Classes:
F16H57/08; F16H1/28; F16H48/11
Foreign References:
DE102013217527A12015-03-05
DE102014221126A12016-04-21
DE102015009070A12017-01-19
DE102015009070A12017-01-19
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Claims:
Patentansprüche

1. Planetenstufe (101 ) mit einem Hohlrad (103), einem Sonnenrad (111), einem ersten Planetenrad (105) und einem zweiten Planetenrad (107); wobei

das erste Planetenrad (105) und das zweite Planetenrad (107) mit dem Hohlrad (103) und dem Sonnenrad (111 ) kämmen; dadurch gekennzeichnet, dass

ein Kopfkreisdurchmesser des ersten Planetenrads (105) größer ist als ein Kopfkreisdurchmesser des zweiten Planetenrads (107).

2. Planetenstufe (101 ) nach Anspruch 1 ; dadurch gekennzeichnet, dass

das erste Planetenrad (105) und das zweite Planetenrad (107) evolventenverzahnt sind; wobei

die Grundkreisdurchmesser des ersten Planetenrads (105) und des zweiten Planetenrads (107) übereinstimmen.

3. Planetenstufe (101 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass

die Zähnezahlen des ersten Planetenrads (105) und des zweiten Planetenrads (107) übereinstimmen.

4. Planetenstufe (101 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ; dadurch gekennzeichnet, dass

die Teilkreisdurchmesser des ersten Planetenrads (105) und des zweiten Planetenrads (107) übereinstimmen.

5. Planetenstufe (101 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass

die Profilverschiebungen des ersten Planetenrads (105) und des zweiten Planetenrads (107) übereinstimmen.

6. Planetenstufe (101 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass

es sich bei dem ersten Planetenrad (105) und dem zweiten Planetenrad (107) um Zylinderräder handelt.

7. Planetenstufe (101 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; gekennzeichnet, durch

einen Planetenträger; wobei

das Sonnenrad () und der Planetenträger (), das Sonnenrad () und das Hohlrad () oder der Planetenträger () und das Hohlrad () um eine gemeinsame Zentralachse () drehbar sind.

8. Planetenstufe (101 ) nach dem vorhergehenden Anspruch; dadurch gekennzeichnet, dass

das erste Planetenrad (105) drehbar um eine erste, relativ zu dem Planetenträger feststehende Drehachse auf dem Planetenträger gelagert ist; wobei

das zweite Planetenrad (107) drehbar um eine zweite, relativ zu dem Planetenträger feststehende Drehachse auf dem Planetenträger gelagert ist; und wobei

die Abstände der ersten Drehachse und der zweiten Drehachse zu der Zentralachse übereinstimmen.

9. Planetenstufe (101 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; gekennzeichnet durch

ein drittes Planetenrad (109); wobei

das dritte Planetenrad (109) mit dem Hohlrad (103) und dem Sonnenrad (111 ) kämmen; wobei

der Kopfkreisdurchmesser des zweiten Planetenrads (107) größer ist als ein Kopfkreisdurchmesser des dritten Planetenrads (109).

Description:
Geräuschoptimierte Planetenstufe I

Die Erfindung betrifft eine Planetenstufe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Mit höheren Leistungen bei Wind kraftan lagen geht ein Trend hin zu dreistufigen Getrieben mit zwei eingangs hintereinander geschalteten Planetenstufen und einer Stirnradstufe am Getriebeausgang. Insbesondere die zweite Planetenstufe ist aufgrund höherer Drehzahlen kritisch im Hinblick auf Geräuschemissionen.

Um Geräusche in Planetenstufen zu reduzieren, wird in der Druckschrift

DE 102015009070 A1 eine spezielle Anordnung der Planetenräder empfohlen. Die Planetenräder sind in Umfangsrichtung der Drehachse eines Sonnenrads unregelmäßig voneinander beabstandet. Dies hat zur Folge, dass die Verzahnungen der Planetenräder zu verschiedenen Zeiten vom Einzeleingriff zum Doppeleingriff übergehen und so die Geräuschemissionen sinken.

Allerdings gehen unregelmäßig voneinander beabstandete Planetenräder mit Ver- spannungen einher. Es kommt zu erhöhtem Verschleiß und im Extremfall zu Verklemmungen. Diesem Problem kann nur in begrenztem Maße durch ein erhöhtes Flankenspiel begegnet werden. Selbst dann ist ein negativer Einfluss auf die beiden Lastverteilungen und damit eine Leistungsminderung zu erwarten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen innewohnenden Nachteile zu eliminieren. Insbesondere sollen die Geräuschemissionen einer Planetenstufe gesenkt werden, ohne deren Haltbarkeit und Leistungsfähigkeit zu verschlechtern.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Planetenstufe nach Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Eine Planetenstufe ist definiert als eine zu einem Getriebe gehörige Anordnung mit einem Sonnenrad, einem Planetenträger, einem oder mehreren Planetenrädern und einem Hohlrad. Die Planetenräder sind jeweils um eine relativ zu dem Planetenträger feststehende Drehachse auf dem Planetenträger gelagert. Sie kämmen jeweils mit dem Sonnenrad und/oder dem Hohlrad. Zwei der drei Komponenten Sonnenrad, Planetenträger und Hohlrad sind um eine gemeinsame Zentralachse drehbar gelagert. Die dritte Komponente ist drehfest, vorzugsweise ortsfest, angeordnet.

Die erfindungsgemäße Planetenstufe umfasst neben einem Hohlrad und einem Sonnenrad ein erstes Planetenrad und ein zweites Planetenrad. Das erste Planetenrad und das zweite Planetenrad kämmen jeweils mit dem Hohlrad und mit dem Sonnenrad.

Erfindungsgemäß ist ein Kopfkreisdurchmesser des ersten Planetenrads größer als ein Kopfkreisdurchmesser des zweiten Planetenrads. So kann etwa der Kopfkreisdurchmesser des ersten Planetenrads mindestens 0,2 Prozent größer sein als der Kopfkreisdurchmesser des zweiten Planetenrads. Bevorzugt ist der Kopfkreisdurchmesser des ersten Planetenrads mindestens 0,4 Prozent größer als der Kopfkreisdurchmesser des zweiten Planetenrads.

Die Kopfkreisdurchmesser legen eine Begrenzung der Flanken der Verzahnungen des ersten Planetenrads und des zweiten Planetenrads nach außen hin fest. Durch die äußere Begrenzung der Zahnflanken werden die Eingriffstrecken der Zahneingriffe des ersten Planetenrads und des Sonnenrads, des ersten Planetenrads und des Hohlrads, des zweiten Planetenrads und des Sonnenrads sowie des zweiten Planetenrads und des Hohlrads längenmäßig festgelegt.

Durch den größeren Kopfkreisdurchmesser des ersten Planetenrads sind die Eingriffstrecken des ersten Planetenrads länger als die entsprechenden Eingriffstrecken des zweiten Planetenrads. Hieraus ergeben sich unterschiedliche Profilüberdeckungen.

Die Profilüberdeckung beeinflusst das Verhältnis zu Einzeleingriff zu Doppeleingriff. Durch die Erfindung wird somit erreicht, dass die Verhältnisse von Einzeleingriff zu Doppeleingriff bei dem ersten Planetenrad und die entsprechenden Verhältnisse von Einzeleingriff zu Doppeleingriff bei dem zweiten Planetenrad sich unterscheiden. Dies hat zur Folge, dass die zeitliche Korrelation der Eingriffsstöße des ersten Planetenrads und des zweiten Planetenrads aufgeweitet wird. Hierdurch werden Tonalitä- ten, d. h. einzelne Peaks im Frequenzspektrum der Geräuschemissionen eines Getriebes vermindert. Das resultierende Frequenzspektrum entspricht einem Rauschen.

Aufgrund des beschriebenen Geräuschverhaltens eignet sich die erfindungsgemäße Planetenstufe besonders zur Verwendung in einem Windkraftgetriebe. Insbesondere eignet sich die erfindungsgemäße Planetenstufe als zweite Planetenstufe der eingangs beschriebenen, aus dem Stand der Technik bekannten, dreistufigen Windkraftgetriebe.

Abgesehen von den abweichenden Kopfkreisdurchmessern stimmen die übrigen Verzahnungsparameter der Verzahnungen des ersten Planetenrads und des zweiten Planetenrads vorzugsweise überein. So handelt es sich in einer bevorzugten Weiterbildung bei dem ersten Planetenrad und dem zweiten Planetenrad um evolventenverzahnte Zahnräder, deren Grundkreisdurchmesser übereinstimmen.

In darüber hinaus bevorzugten Weiterbildungen stimmen die Zähnezahlen, die Teilkreisdurchmesser und/oder die Profilverschiebungen bzw. Profilverschiebungsfaktoren des ersten Planetenrads und des zweiten Planetenrads überein. Insbesondere die Moduln des ersten Planetenrads und des zweiten Planetenrads stimmen bevorzugt überein. Weitere Parameter des ersten Planetenrads und des zweiten Planetenrads, die bevorzugt übereinstimmen, sind deren Wälzkreisdurchmesser, Fußkreisdurchmesser, Zahndicken auf dem Teilkreis, Teilungen auf dem Teilkreis, Zahnbreiten, Lückenweiten auf dem Teilkreis, Teilungen auf dem Teilkreis. Die Kopfhöhen der Verzahnungen des ersten Planetenrads und des zweiten Planetenrads hingegen weichen aufgrund der unterschiedlichen Kopfkreisdurchmesser voneinander ab.

In einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung handelt es sich bei dem ersten Planetenrad und dem zweiten Planetenrad um Zylinderräder. Dies bedeutet, dass die Gesamtheit aller Kopfkreise, Grundkreise und Teilkreise jeweils einen Zylinder bildet. Das erste Planetenrad und das zweite Planetenrad können gerade oder schrägt verzahnt sein. Das Sonnenrad und ein Planetenträger der Planetenstufe, das Sonnenrad und das Hohlrad oder der Planetenträger und das Hohlrad sind bevorzugt um eine gemeinsame Drehachse, Zentralachse genannt, drehbar weitergebildet.

Eine erste, relativ zu dem Planetenträger feststehende Drehachse, um die das erste Planetenrad drehbar auf dem Planetenträger gelagert ist, und eine zweite, relativ zu dem Planetenträger feststehende Drehachse, um die das zweite Planetenrad drehbar auf dem Planetenträger gelagert ist, sind in einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung äquidistant zu der Zentralachse angeordnet. Insbesondere verlaufen die erste Drehachse, die zweite Drehachse und die Zentralachse bevorzugt parallel zueinander.

Die Planetenstufe kann mehr als zwei Planetenräder aufweisen. Insbesondere kann sie mit einem dritten Planetenrad weitergebildet sein, das mit dem Hohlrad und dem Sonnenrad kämmt. Der Kopfkreisdurchmesser des dritten Planetenrads ist kleiner als die Kopfkreisdurchmesser des zweiten Planetenrads und folglich auch kleiner als der Kopfkreisdurchmesser des ersten Planetenrads und. Die übrigen Verzahnungsparameter des dritten Planetenrads stimmen vorzugsweise mit den Verzahnungsparametern des ersten Planetenrads und des zweiten Planetenrads überein. Insbesondere gilt dies für die oben aufgeführten Verzahnungsparameter, in denen die Verzahnungen des ersten Planetenrads und des zweiten Planetenrads übereinstimmen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 1 dargestellt. Im Einzelnen zeigt:

Fig. 1 eine Planetenstufe.

Die in Fig. 1 dargestellte Planetenstufe 101 weist ein Hohlrad 103, ein erstes Planetenrad 105, ein zweites Planetenrad 107, ein drittes Planetenrad 109 und ein Sonnenrad 111 auf. Das erste Planetenrad 105, das zweite Planetenrad 107 und das dritte Planetenrad 109 kämmen jeweils mit dem Hohlrad 103 und dem Sonnenrad 111. Für einen Kopfkreisdurchmesser (d ai ) des ersten Planetenrads 105, einen Kopfkreisdurchmesser {d a2 ) des zweiten Planetenrads 107 und einen Kopfkreisdurchmesser (d a3 ) des dritten Planetenrads 109 gilt:

Bezuqszeichen

101 Planetenstufe

103 Hohlrad

105 erstes Planeten rad

107 zweites Planetenrad

109 drittes Planetenrad

111 Sonnenrad