DE102023101335A1 - Improved sliding coating and applications of this - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Gleitbelag, welcher vorzugsweise Planetengetrieben Anwendung findet. Der Gleitbelag eignet sich besonders für die Verwendung in Getrieben einer Windkraftanlage oder Industrie-Applikationen, wobei mindestens ein Gleitbelag bestehend aus einer Gleitschicht und einer Zwischenschicht auf einen Grundkörper, d.h. ein Bauteil, innerhalb des Planetengetriebes angeordnet wird.
The invention relates to a sliding coating which is preferably used in planetary gears. The sliding coating is particularly suitable for use in gears of a wind turbine or industrial applications, wherein at least one sliding coating consisting of a sliding layer and an intermediate layer is arranged on a base body, ie a component, within the planetary gear.
Description
Kurzdarstellung der ErfindungBrief description of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gleitbelag, welcher vorzugsweise in Getrieben, insbesondere auf Planetenwellen und/oder Planetenrad von Planetengetrieben, Anwendung findet. Der Gleitbelag eignet sich besonders für die Verwendung in Getrieben von Windkraftanlage oder Industrie-Applikationen, wobei mindestens ein Gleitbelag bestehend aus einer Zwischenschicht und einer Gleitschicht auf einen Grundkörper angeordnet wird.The present invention relates to a sliding coating which is preferably used in gears, in particular on planetary shafts and/or planetary gears of planetary gears. The sliding coating is particularly suitable for use in gears of wind turbines or industrial applications, wherein at least one sliding coating consisting of an intermediate layer and a sliding layer is arranged on a base body.
Aus dem Stand der Technik bekannte Gleitlagerungen umfassen insbesondere Gleitlagerwerkstoffe aus Weißmetallen mit Legierungsbestandteilen und Bronze-Legierungen. Ferner weisen die bekannten Gleitlager einen Schmierspalt auf, für eine bessere Anwendung auf. Beispiele stellen Gleitlagerausführungen als Schwimmbuchsenlagerungen in Planetengetrieben dar, wie in der
Der Nachteil der zuvor genannten Lösungen ist jedoch, dass ein weiteres dickwandiges Bauteil mit einer Gleitschicht benötigt wird.The disadvantage of the above-mentioned solutions, however, is that another thick-walled component with a sliding layer is required.
Ferner sollen die oben beschriebenen Nachteile durch weitere im Stand der Technik beschriebene Verfahren und Gleitlagerlösungen umgangen werden, bei denen eine Gleitschicht direkt auf die Planetenwelle aufgebracht wird. Beispielsweise wird in der
In der
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die zuvor beschriebenen Nachteile der Gleitlagerungen zu umgehen und eine Gleitlagerung zur Verfügung zu stellen die einen hohen Verschleißschutz bietet, insbesondere in stark beanspruchten Anwendungen, wie bei Planetengetrieben innerhalb von Windkraftanlagen.The object of the present invention is to avoid the previously described disadvantages of plain bearings and to provide a plain bearing which offers a high level of wear protection, particularly in highly stressed applications such as planetary gears in wind turbines.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher einen Gleitbelag umfassend mindestens eine Zwischenschicht und mindestens eine Hauptschicht, wobei die Zwischenschicht direkt auf einem Grundkörper angeordnet ist und auf dieser Zwischenschicht die Hauptschicht bestehend aus der eigentlichen Gleitschicht angeordnet ist, wodurch die Gleitschicht durch die Zwischenschicht vom Grundkörper beabstandet wird. In einem bevorzugten Aspekt der Erfindung handelt es sich bei dem Grundkörper um mindestens eine Planetenwelle oder mindestens ein Planetenrad in einem Planetengetriebe, wobei der Grundkörper besonders bevorzugt aus Stahl ausgebildet ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Gleitbelag auf mindestens einer Planetenwelle und/oder in einer Bohrung mindestens eines Planetenrades innerhalb mindestens eines Planetengetriebes angeordnet.The present invention therefore relates to a sliding coating comprising at least one intermediate layer and at least one main layer, wherein the intermediate layer is arranged directly on a base body and the main layer consisting of the actual sliding layer is arranged on this intermediate layer, whereby the sliding layer is spaced from the base body by the intermediate layer. In a preferred aspect of the invention, the base body is at least one planetary shaft or at least one planetary gear in a planetary gear, wherein the base body is particularly preferably made of steel. In a particularly preferred embodiment, the sliding coating is arranged on at least one planetary shaft and/or in a bore of at least one planetary gear within at least one planetary gear.
Die Gleitschicht der vorliegenden Erfindung umfasst in einer Ausführungsform Metall, Metalllegierungen, Kunststoffen, Keramik und/oder Verbundstoffen. Vorzugsweise ist die Gleitschicht jedoch aus Bronze oder eine Bronzelegierung ausgebildet.In one embodiment, the sliding layer of the present invention comprises metal, metal alloys, plastics, ceramics and/or composite materials. However, the sliding layer is preferably made of bronze or a bronze alloy.
Die Zwischenschicht umfasst in einer Ausführungsform ein Nichteisenmetall oder eine Nichteisenmetalllegierung, vorzugsweise handelt es sich bei der Zwischenschicht um Nickel und/oder Kupfer oder Legierungen hiervon. Darüber hinaus weist die Zwischenschicht vorzugsweise eine Schichtstärke von 2 µm bis 1 mm, vorzugsweise von 2 µm bis 50 µm auf.In one embodiment, the intermediate layer comprises a non-ferrous metal or a non-ferrous metal alloy, preferably the intermediate layer is nickel and/or copper or alloys thereof. In addition, the intermediate layer preferably has a layer thickness of 2 µm to 1 mm, preferably 2 µm to 50 µm.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines zuvor beschriebenen Gleitbelags, wobei eine Zwischenschicht durch einen Schweißprozess, ein physikalisches Verfahren, ein gasbasiertes Verfahren und/oder einen nicht umschmelzenden Prozess, vorzugsweise ein galvanisches oder anderes nasschemisches Beschichtungsverfahren, auf einen Grundkörper aufgetragen wird und im Anschluss eine Gleitschicht auf der Zwischenschicht aufgetragen wird. Zum Abschluss wird vorzugsweise eine Gleitoberfläche durch abschließende, vorzugsweise mechanische Bearbeitung, der Gleitschicht gebildet.The present invention also relates to a method for producing a sliding coating as described above, wherein an intermediate layer is applied to a base body by a welding process, a physical process, a gas-based process and/or a non-remelting process, preferably a galvanic or other wet-chemical coating process, and a sliding layer is then applied to the intermediate layer. Finally, a sliding surface is preferably formed by final, preferably mechanical, processing of the sliding layer.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Bauteil umfassend mindestens einen zuvor beschriebenen Gleitbelag. In einem bevorzugten Aspekt handelt es sich um mindestens ein Bauteil eines Planetengetriebes, besonders bevorzugt um mindestens eine Planetenwelle oder mindestens ein Planetenrad.The present invention further relates to a component comprising at least one sliding coating as described above. In a preferred aspect, this is at least one component of a planetary gear, particularly preferably at least one planetary shaft or at least one planetary gear.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch die Verwendung des zuvor beschriebenen Gleitbelags, des mindestens einen Bauteils in Getrieben, Hydraulikkolben, Pinolenführungen, Stützlagern, Schneckenzahnstangen, Schrauben, Führungsschienen, Lagerringen und anderen Bauteilen.Furthermore, the invention also relates to the use of the above-described sliding coating, of the at least one component in gears, hydraulic pistons, sleeve guides, support bearings, worm racks, screws, guide rails, bearing rings and other components.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere auch auf ein Planetengetriebe umfassend mindestens eine Planetenwelle auf deren Mantelfläche ein zuvor beschriebener Gleitbelag angeordnet ist und/oder mindestens ein Planetenrad in dessen Bohrung ein zuvor beschriebener Gleitbelag angeordnet ist oder mindestens ein Bauteil umfasst ist.The present invention is particularly also directed to a planetary gear comprising at least one planetary shaft on whose outer surface a previously described sliding coating is arranged and/or at least one planetary gear in whose bore a previously described sliding coating is arranged or at least one component is included.
Ferner wird auch eine Windkraftanlage umfassend einen Rotor, einen Turm und ein Getriebe offenbart, wobei der Rotor über eine Welle drehmomentübertragend mit dem Getriebe verbunden ist und das Getriebe mit einem Leistungserzeuger verbunden ist, wobei
- a) mindestens einen zuvor beschriebener Gleitbelag innerhalb des Getriebes angeordnet ist;
- b) mindestens ein zuvor beschriebenes Bauteil; und/oder
- c) mindestens ein zuvor beschriebenes Planetengetriebe; umfasst ist.
- a) at least one sliding lining as described above is arranged within the transmission;
- b) at least one component described above; and/or
- c) at least one planetary gear as described above;
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung auch einen Antriebsstrang mit mindestens einem zuvor beschriebenen Bauteil das einen Gleitbelag aufweist, wobei der Antriebsstrang die durch einen Leistungserzeuger erzeugte Leistung auf eine mechanische Einheit oder umgekehrt übertragen kann, wobei der Antriebsstrang eine Rotorwelle umfasst, die drehmomentübertragend mit einem Getriebe verbunden ist, das wiederrum drehmomentübertragend mit dem Leistungserzeuger verbunden ist.In a further aspect, the invention also relates to a drive train with at least one previously described component which has a sliding coating, wherein the drive train can transmit the power generated by a power generator to a mechanical unit or vice versa, wherein the drive train comprises a rotor shaft which is connected in a torque-transmitting manner to a transmission which in turn is connected in a torque-transmitting manner to the power generator.
Ferner werden auch Industrieapplikationen mit mindestens einem zuvor beschriebenen Gleitbelag, Planetengetriebe, Bauteil und/oder Antriebstrag beschrieben, die eine Leistung durch einen Leistungserzeuger erzeugen, welche eine drehmomentübertragende Verbindung zu einem Getriebe aufweist. Das Getriebe weist in der Industrieapplikation eine drehmomentübertragende Verbindung zu weiteren mechanischen Komponenten auf, die beispielsweise die Leistung übertragen und/oder weitere Bauteile antreiben können. Bei dem Leistungserzeuger handelt es sich vorzugsweise um einen Generator, einen Motor oder eine Strömungsmaschine, wie eine Turbine.Furthermore, industrial applications with at least one previously described sliding coating, planetary gear, component and/or drive support are also described, which generate power through a power generator which has a torque-transmitting connection to a transmission. In the industrial application, the transmission has a torque-transmitting connection to other mechanical components which can, for example, transmit the power and/or drive other components. The power generator is preferably a generator, a motor or a turbomachine, such as a turbine.
Die vorliegende Erfindung wird durch die Ausführungsformen in den Ansprüchen gekennzeichnet und durch die Ausführungen in der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen näher beschrieben.The present invention is characterized by the embodiments in the claims and described in more detail by the embodiments in the following description and the drawings.
Beschreibung der ZeichnungenDescription of the drawings
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1 Schematische Darstellung einer Gleitlagerung1 Schematic representation of a plain bearing
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gleitbelag, welcher aus einer Zwischenschicht und einer Hauptschicht besteht, wobei die Zwischenschicht direkt auf einem Grundkörper, vorzugsweise eine Welle aus Stahl oder die Bohrung eines Rades, angeordnet ist und auf dieser Zwischenschicht die Hauptschicht bestehend aus der eigentlichen Gleitschicht angeordnet ist.The present invention relates to a sliding coating which consists of an intermediate layer and a main layer, wherein the intermediate layer is arranged directly on a base body, preferably a shaft made of steel or the bore of a wheel, and the main layer consisting of the actual sliding layer is arranged on this intermediate layer.
Im Folgenden sollten die Artikel „ein“ und alle Ableitungen hiervon, wie sie hier verwendet werden, generell als „ein/e/es oder mehrere“ verstanden werden, sofern nicht anderweitig angegeben oder aus dem Kontext als Singularform ersichtlich ist. In the following, the articles “a” and all derivatives thereof, as used herein, should generally be understood as “one or more”, unless otherwise specified or evident from the context as the singular form.
Sofern die Begriffe „enthält“, „hat“, „besitzt“ und dergleichen in der Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, sollen diese Begriffe derart verstanden werden, wie der Begriff „aufweisend“ oder „umfassend“, d.h. nicht abschließend, außer es ist explizit angegeben.Whenever the terms “includes,” “has,” “possesses,” and the like are used in the description or claims, these terms should be understood as the term “having” or “comprising,” i.e., not exhaustive, unless explicitly stated.
Bei der „Gleitlager“, „Lager“, „Gleitlagerung“, „Gleitlager-“ und „Lager-“ werden im Folgenden austauschbar verwendet und beschreiben mindestens ein Bauteil, das es ermöglicht, gegeneinander bewegliche Bauteile zu führen, vorzugsweise innerhalb eines Planetenrades, wobei hierdurch auch Antriebe realisiert werden können, die zwei mit unterschiedlichen Drehzahlen zu beaufschlagende Antriebs- oder Abtriebszweige aufweisen.In the following, “plain bearing”, “bearing”, “plain bearing”, “plain bearing” and “bearing” are used interchangeably and describe at least one component that makes it possible to guide components that move relative to one another, preferably within a planetary gear, whereby drives can also be realized that have two drive or output branches that can be operated at different speeds.
Der Begriff „Welle“ beschreibt ein längliches zylinderförmiges Maschinenelement, das zur Übertragung von Drehbewegungen und Drehmomenten beweglich ausgebildet ist. In einer bevorzugten Ausführung handelt es sich um mindestens eine Planetenwelle aus Stahl eines Getriebes im Hauptantriebsstrang einer Windenergieanlage. Obwohl die hiesige Erfindung im Folgenden auf Planetenwellen einer Windkraftanlage gerichtet beschrieben wird, ist grundsätzlich auch möglich, dass der Gleitbelag auch in anderen Applikationen Verwendung findet. Diese sind beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf die folgende Auflistung, Hydraulikkolben, Pinolenführungen, Stützlagern, Schneckenzahnstangen, Schrauben, Führungsschienen, Lagerringen und anderen Bauteilen. Aufgrund von Platz- und Effizienzgründen werden in Planetenstufen von Getrieben von Windkraftanlagen zunehmend Gleitlagerungen eingesetzt, welche starken Radial-, Tangential- und Axialkräften ausgesetzt sind. Die vorliegende Erfindung wird daher insbesondere auf diese Anwendung gerichtet, um den Verschleiß am Bauteil und dem Gleitbelag sowie den Gegenführungen zu reduzieren, wodurch die Belastbarkeit und Lebensdauer der Gleitlagerung erhöht und somit im Vergleich zu bekannten Lageranordnungen verschleißfester ist. Zusätzlich soll der Gleitbelag aus den beiden Schichten einen wirksamen Schutz gegen Riefenbildung im Grundkörper, d.h. in den Stahlkörpern, wie insbesondere Stahlwellen innerhalb von Getrieben, bilden.The term "shaft" describes an elongated, cylindrical machine element that is designed to be movable in order to transmit rotary movements and torques. In a preferred embodiment, this is at least one planetary shaft made of steel of a gearbox in the main drive train of a wind turbine. Although the invention here is described below with reference to planetary shafts of a wind turbine, it is also possible in principle for the sliding coating to be used in other applications. These are, for example, but not limited to the following list, hydraulic pistons, sleeve guides, support bearings, worm gear racks, screws, guide rails, bearing rings and other components. Due to space and efficiency reasons, plain bearings are increasingly being used in planetary stages of gearboxes in wind turbines, which are exposed to strong radial, tangential and axial forces. The present invention is therefore directed in particular at this application in order to reduce wear on the component and the sliding coating as well as the counter-guides, thereby increasing the load-bearing capacity and service life of the plain bearing and thus making it more wear-resistant compared to known bearing arrangements. In addition, the sliding coating made of the two layers should provide effective protection against scoring in the base body, i.e. in the steel bodies, such as in particular steel shafts within gearboxes.
Der Begriff „Leistungserzeuger“ umfasst in der hiesigen Erfindung jede technische Einrichtung, die mechanische, chemische, thermische oder elektromagnetische Energie direkt in elektrische Energie umwandelt und umgekehrt. Da die hiesige Erfindung vorzugsweise auf die Anwendung innerhalb von Windkraftanlagen konzipiert ist, bezeichnet der Leistungserzeuger daher vorzugsweise einen Generator, bei dem eine Energieübertragung in Windkraftanlagen von einer kinetischen Energie auf elektrische Energie erfolgt. Jedoch kann die hiesige Erfindung auch in anderen Anwendungsbereichen eingesetzt werden, wie beispielsweise in Wasserturbinen oder Gasturbinen. Dementsprechend sollen auch ein Motor, wie beispielsweise ein Elektromotor und/oder Verbrennungsmotor, sowie eine Strömungsmaschine, wie eine Turbine, durch den Begriff „Leistungserzeuger“ der hiesigen Erfindung umfasst sein, d.h. eine technische Einrichtung die mechanische Energie abgibt, wobei die Energiezufuhr beispielsweise mittels elektrischer, chemischer, thermische oder elektromagnetische Energie zugeführt wird. Darüber hinaus kann es sich bei dem Leistungserzeuger zugleich auch um einen Generator und Motor handeln.The term "power generator" in the present invention includes any technical device that converts mechanical, chemical, thermal or electromagnetic energy directly into electrical energy and vice versa. Since the present invention is preferably designed for use in wind turbines, the power generator therefore preferably refers to a generator in which energy is transferred from kinetic energy to electrical energy in wind turbines. However, the present invention can also be used in other areas of application, such as in water turbines or gas turbines. Accordingly, a motor, such as an electric motor and/or internal combustion engine, as well as a turbomachine, such as a turbine, are also to be included in the term "power generator" in the present invention, i.e. a technical device that emits mechanical energy, the energy being supplied, for example, by means of electrical, chemical, thermal or electromagnetic energy. In addition, the power generator can also be a generator and motor at the same time.
Der Begriff „beabstandet“ wird in der hiesigen Erfindung verwendet um zu bezeichnen, dass zwischen dem Grundkörper (1) und der Gleitschicht (2) ein Abstand angeordnet ist. Das heißt, der Grundkörper (1) und der Gleitbelag (2) stehen nicht in unmittelbarem Kontakt zueinander. Der Abstand zwischen dem Grundkörper (1) und der Gleitschicht (2) wird durch eine Zwischenschicht (3) generiert, welche einen direkten Kontakt mit beiden aufweist, d.h. mit dem Grundkörper (1) und der Gleitschicht (2), jedoch verhindert, dass die Gleitschicht (2) in Verbindung bzw. in Kontakt mit dem Grundkörper (1) tritt.The term "spaced apart" is used in the present invention to indicate that there is a distance between the base body (1) and the sliding layer (2). This means that the base body (1) and the sliding coating (2) are not in direct contact with each other. The distance between the base body (1) and the sliding layer (2) is generated by an intermediate layer (3) which has direct contact with both, i.e. with the base body (1) and the sliding layer (2), but prevents the sliding layer (2) from coming into contact with the base body (1).
Der Gleitbelag der vorliegenden Erfindung besteht aus mindestens zwei Schichten, wobei eine Zwischenschicht (3) direkt auf dem Grundkörper (1), vorzugsweise der Stahlwelle eines Planetengetriebes und/oder einer Bohrung im Planetenrad angeordnet ist und einer Hauptschicht, die die eigentliche Gleitschicht (2) darstellt.The sliding coating of the present invention consists of at least two layers, wherein an intermediate layer (3) is arranged directly on the base body (1), preferably the steel shaft of a planetary gear and/or a bore in the planetary gear, and a main layer which represents the actual sliding layer (2).
Die Gleitschicht (2) ist aus den bekannten Gleitlagerwerkstoffen hergestellt, wie beispielsweise Metall oder Metalllegierungen, Kunststoffen, wie Polytetrafluorethylen (PTFE), Keramik oder Verbundstoffen, wie beispielsweise Metall-Polymer oder faserverstärkten Gleitlagerwerkstoffen. In der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise eine Gleitschicht (2) aus Bronze oder einer Bronzelegierung verwendet. Die Gleitschicht (2) ist zum Grundkörper (1) durch die Zwischenschicht (3) beabstandet, wie beispielsweise der
Die Zwischenschicht (3) ist direkt auf dem Grundkörper (1) angeordnet, d.h. sie befindet sich in unmittelbarem Kontakt zum Grundkörper (1) und verhindert einen Kontakt zwischen der Hauptschicht, d.h. der Gleitschicht (2), zum Grundkörper (1). Die Zwischenschicht (3) wird in Bezug auf ein Planetengetriebe direkt auf den Grundkörper (1), welcher vorzugsweise aus Stahl gebildet ist, insbesondere die Planetenwelle und/oder das Planetenrad, aufgetragen. Die Auftragung der Zwischenschicht (3) kann hierbei durch einen Schweißprozess, einen nicht umschmelzenden Prozess, vorzugsweise ein galvanisches oder anderes nasschemisches Beschichtungsverfahren, ein physikalisches, wie beispielsweise Sputtern, und/der ein gasbasiertes Verfahren, wie Physical Vapour Deposition (PVD), erfolgen. Bei der Zwischenschicht (3) wird vorzugsweise ein Nichteisenmetall oder eine Nichteisenmetalllegierung verwendet.The intermediate layer (3) is arranged directly on the base body (1), i.e. it is in direct contact with the base body (1) and prevents contact between the main layer, i.e. the sliding layer (2), and the base body (1). The intermediate layer (3) is applied directly to the base body (1), which is preferably made of steel, in particular the planetary shaft and/or the planetary gear, in relation to a planetary gear. The intermediate layer (3) can be applied by a welding process, a non-melting process, preferably a galvanic or other wet-chemical coating process, a physical process such as sputtering, and/or a gas-based process such as physical vapor deposition (PVD). A non-ferrous metal or a non-ferrous metal alloy is preferably used for the intermediate layer (3).
Versuche haben erstaunlicherweise gezeigt, dass ein Gleitbelag aus zwei Schichten, in denen die eigentliche Gleitschicht (2) aus einem Gleitlagerwerkstoff, insbesondere Bronze, durch eine Zwischenschicht (3), insbesondere aus Nickel oder Kupfer, vom Stahlgrundkörper getrennt ist, zu einer Unterdrückung der Rissbildung im Grundkörper (1) führt, wodurch die Belastbarkeit und Verschleißfestigkeit der Gleitlagerung erhöht wird. Bei einer Schichtstärke der Zwischenschicht (3) im Bereich von 2 µm bis 1 mm, bevorzugt von 2 µm bis zu 50 µm, war der positive Effekt auf den Grundkörper (1) am besten ausgeprägt.Tests have surprisingly shown that a sliding coating made of two layers, in which the actual sliding layer (2) made of a plain bearing material, in particular bronze, is separated from the steel base body by an intermediate layer (3), in particular made of nickel or copper, leads to a suppression of crack formation in the base body (1), thereby increasing the load-bearing capacity and wear resistance. activity of the sliding bearing is increased. With a layer thickness of the intermediate layer (3) in the range of 2 µm to 1 mm, preferably from 2 µm to 50 µm, the positive effect on the base body (1) was most pronounced.
Nach Auftragung der Zwischenschicht (3) wird sodann die Gleitschicht (2) auf diese aufgetragen. Die Beschichtung der Zwischenschicht (3) mit der Gleitschicht (2) kann abhängig vom aufgetragenen Material durch die im Stand der Technik bekannten Aufbringungstechniken erfolgen, wie beispielsweise galvanische Beschichtung, Schweißen, Verklebung, Pressen und/oder anderen Methoden.After the intermediate layer (3) has been applied, the sliding layer (2) is then applied to it. Depending on the material applied, the intermediate layer (3) can be coated with the sliding layer (2) using application techniques known in the art, such as galvanic coating, welding, bonding, pressing and/or other methods.
Durch eine abschließende Bearbeitung der Gleitschicht (2), vorzugsweise mechanische Bearbeitung, entsteht sodann eine Gleitoberfläche (5). Bei der Bearbeitung handelt es sich um bekannte Bearbeitungsverfahren zur Herstellung einer gezielten Oberfläche, wie beispielsweise Drehen, Fräsen, Honverfahren, Laserbearbeitung, elektrochemische Verfahren und/oder chemischer Bearbeitung.A sliding surface (5) is then created by a final processing of the sliding layer (2), preferably mechanical processing. The processing involves known processing methods for producing a specific surface, such as turning, milling, honing, laser processing, electrochemical processes and/or chemical processing.
Aufgrund der Zwischenschicht (3), welche zwischen dem Grundkörper (1) und der Gleitschicht (2) angeordnet ist und vorzugsweise einen direkten Kontakt zwischen den beiden Schichten verhindert, umgeht die im Stand der Technik beschriebenen Nachteile, wie beispielsweise die Verwendung von dickwandigeren Bauteilen mit einer Gleitschicht oder Rissbildungen innerhalb des Grundkörpers (1) und der Gleitschicht (2) aufgrund von Bimetallkorrosion.Due to the intermediate layer (3), which is arranged between the base body (1) and the sliding layer (2) and preferably prevents direct contact between the two layers, the disadvantages described in the prior art are avoided, such as the use of thicker-walled components with a sliding layer or cracking within the base body (1) and the sliding layer (2) due to bimetallic corrosion.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung neben dem Gleitbelag aus zwei Schichten, nämlich der Zwischenschicht (3) und der Gleitschicht (2), auch ein Bauteil, auf welchem ein solcher Gleitbelag angeordnet ist. In einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung handelt es sich um mindestens ein Bauteil eines Planetengetriebes, besonders bevorzugt um eine Planetenwelle oder ein Planetenrad in dessen Bohrung der Gleitbelag bestehend aus mindestens einer Gleitschicht (2) und mindestens einer Zwischenschicht (3) angeordnet ist, wobei die Zwischenschicht (3) in direktem Kontakt zum Bauteil steht und die Gleitschicht (2) durch die Zwischenschicht (3) von diesem beabstandet ist.Furthermore, in addition to the sliding coating made of two layers, namely the intermediate layer (3) and the sliding layer (2), the present invention also relates to a component on which such a sliding coating is arranged. In a preferred aspect of the present invention, this is at least one component of a planetary gear, particularly preferably a planetary shaft or a planetary gear in the bore of which the sliding coating consisting of at least one sliding layer (2) and at least one intermediate layer (3) is arranged, wherein the intermediate layer (3) is in direct contact with the component and the sliding layer (2) is spaced from it by the intermediate layer (3).
Der Gleitbelag kann in diversen Applikationen, wie beispielsweise, unterschiedlichen Getriebearten, Hydraulikkolben, Pinolenführungen, Stützlagern, Schneckenzahnstangen, Schrauben, Führungsschienen, Lagerringen und anderen mechanischen Maschinenelementen, Anwendung finden. In einem bevorzugten Aspekt der Erfindung findet der Gleitbelag in ein oder mehreren Planetenstufen von Getrieben von Windkraftanlagen Anwendung, da erstaunlicherweise in Versuchsläufen aufgezeigt werden konnte, dass ein Gleitbelag aus mindestens einer Gleitschicht (2) die durch mindestens eine Zwischenschicht (3) besteht und die Gleitschicht (2) vom Grundkörper (1) beabstandet, die Belastbarkeit der Komponenten des Planetengetriebes, insbesondere der Planetenwelle oder des Planetenrades, erhöht und somit das Getriebe verschleißfester gestaltet.The sliding coating can be used in various applications, such as different types of gears, hydraulic pistons, spindle guides, support bearings, worm gear racks, screws, guide rails, bearing rings and other mechanical machine elements. In a preferred aspect of the invention, the sliding coating is used in one or more planetary stages of gearboxes of wind turbines, since it was surprisingly shown in test runs that a sliding coating made of at least one sliding layer (2) which consists of at least one intermediate layer (3) and spaced the sliding layer (2) from the base body (1), increases the load-bearing capacity of the components of the planetary gear, in particular the planetary shaft or the planetary gear, and thus makes the gear more wear-resistant.
Folglich betrifft die Erfindung auch mindestens ein Planetengetriebe, mit einem Sonnenrad, einem Hohlrad und einem Planetenträger, in dem mehrere Planetenräder gelagert sind, wobei mehrere Radialgleitlager zur Lagerung der Planetenräder vorgesehen sind, wobei der zuvor beschriebene Gleitbelag an mindestens einer Planetenwelle und/oder einer Bohrung mindestens eines Planetenrades angeordnet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Planetengetriebe mehrere Planetenstufen. Darüber hinaus kann auch eine Kombination aus ein oder mehreren Planetenstufen sowie Stirnradstufen vorgesehen sein. In Abhängigkeit von der Anwendung kann das Getriebe mit mindestens einer erfindungsgemäßen Gleitlagerung mit einem Leistungserzeuger, wie einem Generator oder einem Bauteil, welcher kinetische Energie in Bewegungsenergie umwandelt, wie beispielsweise ein Rotor einer Windkraftanlage, verbunden sein, sodass dem Getriebe eine Leistung zugeführt wird. Das Planetengetriebe mit mindestens einem Bauteil, an welchem ein erfindungsgemäßer Gleitbelag angeordnet ist, kann wie zuvor beschrieben in diversen Anwendungen Verwendung finden, wie insbesondere Antriebssträngen, Windkraftanlagen oder auch Industrie-Applikationen.Consequently, the invention also relates to at least one planetary gear with a sun gear, a ring gear and a planet carrier in which several planet gears are mounted, wherein several radial plain bearings are provided for mounting the planet gears, wherein the previously described sliding coating is arranged on at least one planet shaft and/or a bore of at least one planet gear. In a preferred embodiment, the planetary gear comprises several planetary stages. In addition, a combination of one or more planetary stages and spur gear stages can also be provided. Depending on the application, the gear with at least one sliding bearing according to the invention can be connected to a power generator, such as a generator or a component which converts kinetic energy into motion energy, such as a rotor of a wind turbine, so that power is supplied to the gear. The planetary gear with at least one component on which a sliding coating according to the invention is arranged can be used in various applications as described above, such as in particular drive trains, wind turbines or industrial applications.
Abhängig von der Anwendung und des verwendeten Materials kann zusätzlich zum Gleitbelag in einer Ausführungsform auch mindestens eine Schmierung innerhalb des Getriebes vorgesehen sein.Depending on the application and the material used, in addition to the sliding coating, at least one lubrication can also be provided within the gear unit in one embodiment.
In diesem Zusammenhang betrifft die vorliegende Erfindung ferner eine Windkraftanlage. Der Rotor ist üblicherweise auf einem Turm montiert und kann unterschiedliche Formen und Anzahl an Rotorblättern aufweisen, die Aufgabe des Rotors ist hierbei die kinetische Energie des Windes in Rotationsenergie umzuwandeln. Die Windkraftanlage umfasst in einem Aspekt einen Rotor, einen Turm und ein Getriebe, wobei der Rotor über eine Welle drehmomentübertragend mit dem Getriebe verbunden ist, welches mindestens ein Planetengetriebe umfasst, dass vorzugsweise an einer Planetenwelle und/oder einer Bohrung mindestens eines Planetenrades einen Gleitbelag umfasst, welcher aus einer Gleitschicht (2) und einer Zwischenschicht (3) besteht, wobei die Zwischenschicht (3) die Gleitschicht (2) und somit die Gleitoberfläche (5) von dem Grundkörper (1), d.h. der Planetenwelle und/oder dem Planetenrad beabstandet. Das Getriebe ist wiederum mit einem Leistungserzeuger verbunden ist.In this context, the present invention further relates to a wind turbine. The rotor is usually mounted on a tower and can have different shapes and numbers of rotor blades, the task of the rotor is to convert the kinetic energy of the wind into rotational energy. In one aspect, the wind turbine comprises a rotor, a tower and a gear, wherein the rotor is connected to the gear via a shaft in a torque-transmitting manner, which comprises at least one planetary gear, which preferably comprises a sliding coating on a planetary shaft and/or a bore of at least one planetary gear, which consists of a sliding layer (2) and an intermediate layer (3), wherein the intermediate layer (3) separates the sliding layer (2) and thus the sliding surface (5) from the base body (1), i.e. the planetary shaft and/or which is spaced from the planetary gear. The gearbox is in turn connected to a power generator.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch einen Antriebsstrang mit mindestens einem Bauteil, das einen erfindungsgemäßen Gleitbelag aufweist, mindestens ein zuvor beschriebenes Getriebe umfassend mindestens einen Gleitbelag oder eine zuvor beschriebene Anordnung, wobei der Antriebsstrang die durch einen Leistungserzeuger erzeugte Leistung auf eine mechanische Einheit oder umgekehrt übertragen kann, wobei der Antriebsstrang eine Rotorwelle umfasst, die drehmomentübertragend mit einem Getriebe verbunden ist, das wiederrum drehmomentübertragend mit dem Leistungserzeuger verbunden ist. Der Antriebsstrang umfasst vorzugsweise eine Rotorwelle, die drehmomentübertragend mit einem Getriebe umfassend mindestens einen Gleitbelag verbunden ist, das wiederrum drehmomentübertragend mit dem Leistungserzeuger verbunden ist.Furthermore, the invention also relates to a drive train with at least one component that has a sliding coating according to the invention, at least one previously described transmission comprising at least one sliding coating or a previously described arrangement, wherein the drive train can transmit the power generated by a power generator to a mechanical unit or vice versa, wherein the drive train comprises a rotor shaft that is connected to a transmission in a torque-transmitting manner, which in turn is connected to the power generator in a torque-transmitting manner. The drive train preferably comprises a rotor shaft that is connected to a transmission in a torque-transmitting manner, which in turn is connected to the power generator in a torque-transmitting manner.
Innerhalb von Industrieapplikationen wird eine Leistung durch einen Leistungserzeuger erzeugt, welcher eine drehmomentübertragende Verbindung zu einem Getriebe aufweist. Dieses Getriebe weist hierbei mindestens ein Bauteil, vorzugsweise mindestens eine Planetenwelle und/oder mindestens ein Planetenrad auf, die einen erfindungsgemäßen Gleitbelag bestehtend aus einer Gleitschicht (2) und einer Zwischenschicht (3) aufweisen, wobei die Zwischenschicht die Gleitschicht (2) und somit die entstehende Gleitoberfläche (5) von dem jeweiligen Bauteil an dem der Gleitbelag angeordnet ist beabstandet. Das Getriebe weist in der Industrieapplikation eine drehmomentübertragende Verbindung zu weiteren mechanischen Komponenten auf, die beispielsweise die Leistung übertragen und/oder Bauteile antreiben können. Bei dem Leistungserzeuger handelt es sich vorzugsweise um einen Generator, einen Motor oder eine Strömungsmaschine, wie eine Turbine.In industrial applications, power is generated by a power generator which has a torque-transmitting connection to a gearbox. This gearbox has at least one component, preferably at least one planetary shaft and/or at least one planetary gear, which have a sliding coating according to the invention consisting of a sliding layer (2) and an intermediate layer (3), wherein the intermediate layer spaced the sliding layer (2) and thus the resulting sliding surface (5) from the respective component on which the sliding coating is arranged. In the industrial application, the gearbox has a torque-transmitting connection to other mechanical components which can, for example, transmit the power and/or drive components. The power generator is preferably a generator, a motor or a turbomachine, such as a turbine.
Diese und andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in der Beschreibung und den Beispielen offenbart und sind durch diese umfasst. Weitere Literatur über bekannte Materialien, Verfahren und Anwendungen die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, können aus öffentlichen Bibliotheken und Datenbanken, beispielsweise unter Verwendung elektronischer Geräte aufgerufen werden. Ein vollständigeres Verständnis der Erfindung kann durch Bezugnahme auf die Figuren erhalten werden, die zum Zweck der Illustration bereitgestellt wurden und den Umfang der Erfindung nicht beschränken sollen.These and other embodiments of the present invention are disclosed in and encompassed by the specification and examples. Additional literature on known materials, methods and applications that can be used in accordance with the present invention can be accessed from public libraries and databases, for example, using electronic devices. A more complete understanding of the invention can be obtained by reference to the figures, which are provided for the purpose of illustration and are not intended to limit the scope of the invention.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- PlanetenwellePlanetary shaft
- 22
- GleitschichtSliding layer
- 33
- ZwischenschichtIntermediate layer
- 44
- GrundkörperBase body
- 55
- GleitoberflächeSliding surface
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102019218116 A1 [0002]DE 102019218116 A1 [0002]
- EP 2383480 B1 [0002]EP 2383480 B1 [0002]
- DE 102013220063 A1 [0004]DE 102013220063 A1 [0004]
- EP 3768983 B1 [0005]EP 3768983 B1 [0005]
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- 2023-05-08 CN CN202310513653.9A patent/CN116538264A/en active Pending
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