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Title:
PIVOTABLE TRANSMISSION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/007601
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a transmission (101), comprising a rotatable structure (119), a first shaft (103), and a second shaft (105). The first shaft (103) and the second shaft (105) are each an input shaft or an output shaft of the transmission (101). The first shaft (103) and the second shaft (105) are mounted for rotation in the rotatable structure (119). An axis of rotation of the first shaft (103) and an axis of rotation of the rotatable structure (119) are identical. An axis of rotation of the second shaft (105) and the axis of rotation of the rotatable structure (119) are spaced apart from each other.

Inventors:
CAERS, Bart (Strunkelstraat 8, 2480 Dessel, 2480, BE)
Application Number:
EP2018/064599
Publication Date:
January 10, 2019
Filing Date:
June 04, 2018
Export Citation:
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Assignee:
ZF FRIEDRICHSHAFEN AG (Löwentaler Straße 20, Friedrichshafen, 88046, DE)
ZF WIND POWER ANTWERPEN N.V. (Gerard Mercatorstraat 40, 3920 Lommel, 3920, BE)
International Classes:
F16H1/06; F03D17/00; G01M13/02; G01M15/14
Domestic Patent References:
WO2007085259A12007-08-02
Foreign References:
EP3264060A12018-01-03
DE202011004827U12011-07-14
CN105372069A2016-03-02
Other References:
K.-H. GROTE; J. FELDHUSEN: "Dubbel. 22. Auflage", 2007
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Claims:
Patentansprüche

1. Getriebe (101) mit einer drehbaren Struktur (119), einer ersten Welle (103) und einer zweiten Welle (105); wobei

es sich bei der ersten Welle (103) und der zweiten Welle (105) jeweils um eine Eingangs- oder Ausgangswelle des Getriebes (101) handelt; dadurch gekennzeichnet, dass

die erste Welle (103) und die zweite Welle (105) drehbar in der drehbaren Struktur (119) gelagert sind; wobei

eine Drehachse der ersten Welle (103) und eine Drehachse der drehbaren Struktur (119) identisch sind; und wobei

eine Drehachse der zweiten Welle (105) und die Drehachse der drehbaren Struktur (119) voneinander beabstandet sind.

2. Getriebe (101) nach Anspruch 1 ; gekennzeichnet durch

ein erstes Zahnrad (109) und ein zweites Zahnrad (111); wobei

das erste Zahnrad (109) und das zweite Zahnrad (111) miteinander kämmen; wobei das erste Zahnrad (109) drehfest mit der ersten Welle (103) verbunden ist; und wobei das zweite Zahnrad (111 ) drehfest mit der zweiten Welle (105) verbunden ist.

3. Getriebe (101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; gekennzeichnet durch eine dritte Welle (107); wobei

es sich bei der dritten Welle (107) um eine Eingangs- oder Ausgangswelle des Getriebes (101 ) handelt; wobei

die dritte Welle (107) drehbar in der drehbaren Struktur (119) gelagert ist; und wobei eine Drehachse der dritten Welle (107) und die Drehachse der drehbaren Struktur (119) voneinander beabstandet sind.

4. Getriebe (101) nach Anspruch 3 unter Rückbezug auf Anspruch 2; gekennzeichnet durch

ein drittes Zahnrad (113); wobei

das dritte Zahnrad (113) mit dem ersten Zahnrad (109) oder mit dem zweiten Zahnrad (111) kämmt; und wobei

das dritte Zahnrad (113) drehfest mit der dritten Welle (107) verbunden ist.

5. Getriebe (101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; gekennzeichnet durch ein Gehäuse (115) mit einem ersten Teil (119) und einem zweiten Teil (117); wobei der erste Teil (119) drehbar in dem zweiten Teil (117) gelagert ist; wobei

der erste Teil (119) die drehbare Struktur bildet.

6. Anordnung zum Prüfen eines ersten Getriebeprüflings; gekennzeichnet durch ein erstes Getriebe (111 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; wobei eine Ein- oder Ausgangswelle des ersten Getriebeprüflings drehfest mit der zweiten Welle (105) und/oder der dritten Welle (107) des ersten Getriebes (101) verbindbar ist.

7. Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch; gekennzeichnet durch einen Antrieb (205) mit einer Antriebswelle (207) und/oder einen Abtrieb mit einer Abtriebswelle; wobei

die Antriebswelle (207) oder die Abtriebswelle drehfest mit der ersten Welle (103) des ersten Getriebes (101) verbunden ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 oder 7; gekennzeichnet durch

mindestens eine horizontal verfahrbare Plattform (203); wobei

das erste Getriebe (101) und/oder der Antrieb (205) und/oder der Abtrieb an der Plattform (203) fixiert sind.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8; dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle des ersten Getriebeprüflings und eine Eingangswelle eines zweiten Getriebeprüflings drehfest miteinander verbindbar sind; wobei

der erste Getriebeprüfling und der zweite Getriebeprüfling baugleich sind.

10. Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch; gekennzeichnet durch ein zweites Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5; wobei

die Ausgangswelle des zweiten Getriebeprüflings drehfest mit der zweiten Welle und/oder der dritten Welle des zweiten Getriebes verbindbar ist; wobei die Antriebswelle (207) des Antriebs (205) drehfest mit der ersten Welle (103) des ersten Getriebes (101) verbunden ist; und wobei

die Abtriebswelle des Abtriebs drehfest mit der ersten Welle des zweiten Getriebes verbunden ist.

Description:
Schwenkbares Getriebe

Die Erfindung betrifft ein Getriebe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Aus dem Stand der Technik sind sogenannte Back-to-Back-Prüfstände für Windkraftgetriebe bekannt. Bei einem Back-to-Back-Prüfstand werden zwei Prüflinge einander gegenüber gestellt und mit ihren Eingangswellen drehfest gekoppelt. Ein Motor treibt die Ausgangswelle eines Prüflings an. Die Ausgangswelle des anderen Prüflings wird mit einem Generator gekoppelt.

Die Bauformen und Dimensionen der Prüflinge können variieren. Daher ist erforderlich, den Motor und den Generator sowohl vertikal als auch horizontal verfahrbar auszugestalten. Hierzu dienen aufwändige Plattformen, auf denen der Motor und der Generator angebracht sind. Die Plattformen haben einen wesentlichen Anteil an den Gestehungskosten eines solchen Prüfstands.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen innewohnenden Nachteile zu eliminieren. Insbesondere soll ein Prüfstand für Windkraftgetriebe verfügbar gemacht werden, der kostengünstig ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Getriebe nach Anspruch 1 und eine Anordnung nach Anspruch 6.

Das Getriebe weist eine drehbare Struktur, eine erste Welle und eine zweite Welle auf. Die Struktur ist vorzugsweise um einen beliebigen Winkel um genau eine Drehachse, gegebenenfalls auch mehrere Drehachsen, drehbar. Der Winkel kann insbesondere mindestens 360° betragen.

Die erste Welle und die zweite Welle sind kinematisch gekoppelt. Vorzugsweise sind die Wellen zwangsläufig, d.h. mit einem Getriebefreiheitsgrad von 1 gekoppelt. Eine allgemeine Definition des Begriffs Getriebefreiheitsgrad, auch Getriebelaufgrad genannt, findet sich im„Dubbel" (K.-H. Grote, J. Feldhusen:„Dubbel". 22. Auflage 2007). Bei der ersten Welle und der zweiten Welle handelt es sich jeweils um eine Eingangs- oder Ausgangswelle. Entweder ist also die erste Welle eine Eingangswelle und die zweite Welle eine Ausgangswelle, oder die erste Welle ist eine Ausgangswelle und die zweite Welle eine Eingangswelle.

Eingangs- und Ausgangswellen zeichnen sich dadurch aus, dass sie aus einem Gehäuse des Getriebes hinausragen und von außen zugänglich sind, so dass sie drehfest mit weiteren Wellen oder drehbaren Bauteilen verbunden werden können. Die Eingangswelle dient der Einleitung eines Drehmoments in das Getriebe. Entsprechend dient die Ausgangswelle der Leitung eines Drehmoments aus dem Getriebe heraus. Auf diese Weise kommt ein von der Eingangs- zu der Ausgangswelle verlaufender Drehmomentfluss zustande.

Erfindungsgemäß sind die erste Welle und die zweite Welle drehbar in der drehbaren Struktur gelagert. Insbesondere sind die erste Welle und die zweite Welle relativ zu der drehbaren Struktur drehbar.

Eine Drehachse der ersten Welle und eine Drehachse der drehbaren Struktur sind identisch. Eine Drehung der ersten Welle und eine Drehung der drehbaren Struktur erfolgt also um eine gemeinsame Drehachse. Bei einer Drehung der drehbaren Struktur bleibt infolge dessen die Position der ersten Welle unverändert.

Die zweite Welle hingegen ist bezüglich der drehbaren Struktur exzentrisch angeordnet. Eine Drehachse der zweiten Welle hingegen und die Drehachse der drehbaren Struktur sind also voneinander beabstandet. Dies bedeutet, dass die Drehachse der zweiten Welle und die Drehachse der drehbaren Struktur sich nicht schneiden. Insbesondere sind die Drehachse der zweiten Welle und die Drehachse der drehbaren Struktur nicht identisch. Vorzugsweise verlaufen beide Drehachsen parallel zueinander.

Die exzentrische Anordnung der zweiten Welle führt dazu, dass sich die Drehachse der zweiten Welle bei einer Drehung der drehbaren Struktur auf einer Kreisbahn um deren Drehachse bewegt. Somit ist es möglich, durch Drehung der drehbaren Struktur die Position der zweiten Welle zu ändern. Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Getriebes in einem Prüfstand wird somit die oben beschriebene Plattform obsolet. Ein entsprechender Prüfstand wird weiter unten beschrieben.

Das Getriebe weist in einer bevorzugten Weiterbildung ein erstes Zahnrad und ein zweites Zahnrad auf, die miteinander kämmen. Das erste Zahnrad ist drehfest mit der ersten Welle verbunden, das zweite Zahnrad drehfest mit der zweiten Welle. Durch Variation der Größe des ersten Zahnrads und des zweiten Zahnrads lässt sich nicht nur die Übersetzung des Getriebes, sondern auch der Verfahrbereich der zweiten Welle variieren.

Darüber hinaus kann das Getriebe mit einer dritten Welle weitergebildet sein. Auch bei der dritten Welle handelt es sich um eine Eingangs- oder Ausgangswelle. Die dritte Welle ist der gleichen Art wie die zweite Welle. Handelt es sich bei der zweiten Welle um eine Eingangswelle, ist auch die dritte Welle als Eingangswelle ausgebildet. Umgekehrt ist die dritte als Ausgangswelle ausgebildet, wenn die zweite Welle eine Ausgangswelle darstellt.

Wie die zweite Welle ist auch die dritte Welle drehbar in der drehbaren Struktur gelagert und bezüglich der drehbaren Struktur exzentrisch angeordnet. Eine Drehachse der dritten Welle und die Drehachse der drehbaren Struktur sind also voneinander beabstandet. Vorzugsweise verläuft zudem die Drehachse der dritten Welle parallel zu der Drehachse der drehbaren Struktur. Durch die dritte Welle vervielfältigen sich die Konfigurationsmöglichkeiten eines mit dem Getriebe aufgebauten Prüfstands.

Die dritte Welle ist in einer bevorzugten Weiterbildung über ein drittes Zahnrad, das drehfest mit der dritten Welle verbunden ist, in das Getriebe integriert. Das dritte Zahnrad kämmt mit dem ersten Zahnrad oder mit dem zweiten Zahnrad.

In einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung bildet ein erster Teil eines Gehäuses des Getriebes die drehbare Struktur. Der erste Teil ist drehbar in einem zweiten Teil des Gehäuses gelagert. Mit Gehäuse eines Getriebes wird allgemein eine Hülle bezeichnet, welche die übrigen Bauteile des Getriebes kapselt. Die von dem Gehäuse verschiedenen Bauteile des Getriebes befinden sich mindestens teilweise im Inneren des Getriebes. Gewöhnlich sind zudem die Wellen des Getriebes in dem Gehäuse gelagert.

Das erfindungsgemäße Getriebe und seine bevorzugten Weiterbildungen eignen sich zur Verwendung in einem Getriebeprüfstand. Eine entsprechende Anordnung zum Prüfen eines Getriebes - eines ersten Getriebeprüflings - weist ein erstes Getriebe auf. Bei dem ersten Getriebe handelt es sich um ein erfindungsgemäßes Getriebe oder eine bevorzugte Weiterbildung. Eine Eingangs- oder Ausgangswelle des ersten Getriebeprüflings ist drehfest mit der zweiten Welle, falls vorhanden, mit der dritten Welle des ersten Getriebes verbindbar.

Bevorzugt ist die Anordnung durch einen Antrieb mit einer Antriebswelle und/oder einem Abtrieb mit einer Abtriebswelle weitergebildet. Die Antriebswelle oder die Abtriebswelle ist drehfest mit der ersten Welle des ersten Getriebes verbunden. Durch Drehung der drehbaren Struktur lässt sich nun die Position der zweiten Welle und, falls vorhanden, der dritten Welle den baulichen Gegebenheiten des ersten Getriebeprüflings anpassen, so dass dessen Ein- oder Ausgangswelle drehfest mit der zweiten Welle oder gegebenenfalls der dritten Welle des ersten Getriebes verbunden werden kann.

In einer bevorzugten Weiterbildung umfasst die Anordnung mindestens eine horizontale verfahrbare Plattform. Die Plattform ist translatorisch in horizontaler Richtung verschieb- bzw. verfahrbar. Das erste Getriebe und/oder der Antriebe und/oder der Abtrieb sind an der Plattform, vorzugsweise auf der Plattform fixiert. Mit der Plattform sind somit auch das erste Getriebe und/oder der Antrieb und/oder der Abtrieb horizontal verfahrbar. Auf diese Weise lässt sich der horizontale Positionierbereich der zweiten Welle optimieren.

Zur vertikalen Positionierung der zweiten Welle erscheint der durch Drehung der drehbaren Struktur abdeckbare Bereich ausreichend. Auf eine vertikale Verfahrbar- keit der Plattform kann daher verzichtet werden. Dies spart gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Prüfständen Kosten.

Die Anordnung ist bevorzugt als Back-to-Back-Prüfstand zur Aufnahme eines zweiten Getriebeprüflings weitergebildet. Der erste Getriebeprüfling und der zweite Getriebeprüfling sind baugleich. Es handelt sich also um baugleiche Getriebe.

Zwei Komponenten sind baugleich, wenn sie in ihren physikalischen Parametern - insbesondere hinsichtlich ihrer Material- und Geometrieeigenschaften - im Rahmen von Fertigungstoleranzen übereinstimmen.

Die Eingangswelle des ersten Getriebeprüflings und eine Eingangswelle des zweiten Getriebeprüflings sind drehfest miteinander verbunden. Weiterbildungsgemäß ist vorgesehen, die Ausgangswelle des ersten Getriebeprüflings drehfest mit der zweiten Welle oder, falls vorhanden, mit der dritten Welle des ersten Getriebes zu verbinden. Dazu wird die Position der zweiten Welle oder gegebenenfalls der dritten Welle des ersten Getriebes durch Verdrehen der drehbaren Struktur des ersten Getriebes und gegebenenfalls Verfahren der Plattform angepasst.

Auch der zweite Getriebeprüfling wird in einer bevorzugten Weiterbildung über ein erfindungsgemäßes Getriebe in den Prüfstand eingebunden. Eine entsprechende Anordnung umfasst ein zweites Getriebe mit den Merkmalen der Erfindung. Bevorzugt sind das erste Getriebe und das zweite Getriebe baugleich. Drehfest mit der ersten Welle des ersten Getriebes verbunden ist weiterbildungsgemäß die Antriebswelle des Antriebs. Die Abtriebswelle des Abtriebs ist drehfest mit der ersten Welle des zweiten Getriebes verbunden.

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

Fig. 1 ein Getriebe;

Fig. 2 einen Antrieb eines Prüfstands; Fig. 3 den Bewegungsumfang einer Ausgangswelle des Getriebes; und Fig. 4 einen Positioniermechanismus.

Ein Getriebe 101 gemäß Fig. 1 weist eine erste Welle 103, eine zweite Welle 105 und eine dritte Welle 107 auf. Weiterhin sind drei Zahnräder vorhanden - ein erstes Zahnrad 109, ein zweites Zahnrad 111 und ein drittes Zahnrad 113. Das erste Zahnrad 109 ist drehfest auf der ersten Welle 103 fixiert, das zweite Zahnrad 111 auf der zweiten Welle 105 und das dritte Zahnrad 113 auf der dritten Welle 107. Das zweite Zahnrad 111 kämmt sowohl mit dem ersten Zahnrad 109 als auch mit dem dritten Zahnrad 113.

Ein Gehäuse 115 des Getriebes 101 ist mehrstückig aufgebaut. Es umfasst einen Rumpf 117 und einen drehbaren Teil 119. In dem drehbaren Teil 119 sind die erste Welle 103, die zweite Welle 105 und die dritte Welle 107 drehbar gelagert. Hierzu sind Wälzlager 121 in den drehbaren Teil 119 eingelassen.

Der drehbare Teil 119 des Gehäuses 115 wiederum ist mittels zweier Wälzlager 123 drehbar in dem Rumpf 117 gelagert. Der drehbare Teil 119 und die erste Welle 103 sind konzentrisch angeordnet, so dass ihre Drehachsen sich entsprechen. Eine Drehachse der zweiten Welle 105 und eine Drehachse der dritten Welle 107 hingegen verlaufen jeweils in einem Abstand zu der Drehachse der ersten Welle 103. Dies bewirkt, dass die zweite Welle 105 und die dritte Welle 107 sich bei einer Drehung des drehbaren Teils 119 des Gehäuses 115 auf einer kreisförmigen Umlaufbahn um die erste Welle 103 bzw. deren Drehachse bewegen.

Der drehbare Teil 119 des Gehäuses 115 weist zwei scheibenförmige Seitenteile 125 auf. Die Seitenteile 125 sind durch axial verlaufende Querstreben 127 miteinander verbunden. In die Seitenteile 125 sind die Wälzlager 121 eingelassen mit denen die Wellen 103, 105, 107 gelagert sind.

Mit dem Rumpf 117 des Gehäuses 115 verschraubt sind zwei Hohlräder 129. In jedes Hohlrad 129 greift ein - in Fig. 1 nicht dargestelltes - Ritzel ein. Die Ritzel wer- den von einem Motor angetrieben, der in dem drehbaren Teil 119 des Gehäuses 115 angebracht ist. Auf diese Weise lässt sich der drehbare Teil 119 drehen.

Fig. 2 stellt einen Teil eines Prüfstands 201 dar, der das in Fig. 1 dargestellte Getriebe 101 umfasst. Der Rumpf 117 des Gehäuses 115 des Getriebes 101 ist auf einer Plattform 203 fixiert. Ebenso ist ein Motor 205 auf der Plattform 203 fixiert. Eine Ausgangswelle 207 des Motors 205 ist drehfest mit der ersten Welle 103 des Getriebes 101 verbunden.

Der Prüfstand 201 weist einen Mechanismus auf, mit dem die Plattform 203 in horizontaler Richtung zweiachsig verfahren werden kann.

Anstelle des Motors 205 kann die in Fig. 2 dargestellte Anordnung einen Generator aufweisen, dessen Eingangswelle drehfest mit der ersten Welle 103 des Getriebes 101 verbunden ist. In einem Back-to-Back-Prüfstand werden eine Anordnung gemäß Fig. 2 und eine Anordnung mit Generator aneinander gegenüber positioniert.

Ein Positionierbereich 301 einer der beiden exzentrisch angeordneten Wellen 105, 107 veranschaulicht Fig. 3. Der Positionierbereich 301 wird abgedeckt durch Überlagerung einer horizontalen Verfahrbewegung der Plattform 203 und einer Drehung des drehbaren Teils 119.

Einen Mechanismus zur Drehung des drehbaren Teils 119 zeigt Fig. 4. Der Mechanismus weist zwei Schnecken 401 auf, die in einem Schneckenrad 403 eingreifen und so ein Schneckengetriebe bilden. Das Schneckenrad 403 und der drehbare Teil 119 des Gehäuses 115 sind drehfest miteinander verbunden. Eine Mittelachse des Schneckenrades 403 entspricht der Drehachse des drehbaren Teils 119. Durch Drehung der Schnecken 401 wird nun das Schneckenrad 403 und damit der drehbare Teil 119 um die genannte Drehachse verdreht. Bezuqszeichen

101 Getriebe

103 erste Welle

105 zweite Welle

07 dritte Welle

109 erstes Zahnrad

111 zweites Zahnrad

113 drittes Zahnrad

115 Gehäuse

117 Rumpf

119 drehbarer Teil

121 Wälzlager

123 Wälzlager

125 Seitenteil

127 Querstrebe

201 Prüfstand

203 Plattform

205 Motor

207 Antriebswelle 103

301 Positionierbereich

401 Schnecke

403 Schneckenrad