AT509624B1 - Windkraftanlage - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit einem Rotor und einem Generator, wobei zwischen dem Rotor und dem Generator ein Getriebe (1), insbesondere ein Planetengetriebe, angeordnet ist, das in Wirkverbindung mit dem Rotor und dem Generator steht, wobei das Getriebe (1) mehrere Getrieberäder, insbesondere Planetenrädern (4), aufweist die jeweils über ein Gleitlager auf einer Achse (8) gelagert sind, sowie mit einer Ölversorgung zur Schmierung von Laufflächen (16) der Gleitlager, wobei die Gleitlager Mehrschichtgleitlager (7) mit einer Stützschicht (14) und einer Gleitschicht (15) sind und die Schmierung rein hydrodynamisch ohne hydrostatische Unterstützung ausgeführt ist, sodass keine Ölpumpen für die Schmierölzuführung und zur Aufrechterhaltung eines hydrostatischen Druckes erforderlich sind.
Description
österreichisches Patentamt AT509 624B1 2012-04-15
Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit einem Rotor und einem Generator, wobei zwischen dem Rotor und dem Generator ein Getriebe, insbesondere ein Planetengetriebe, angeordnet ist, das in Wirkverbindung mit dem Rotor und dem Generator steht, wobei das Getriebe mehrere Getrieberäder, insbesondere Planetenrädern, aufweist die jeweils über ein Gleitlager auf einer Achse gelagert sind, sowie mit einer Ölversorgung zur Schmierung von Laufflächen der Gleitlager.
[0002] Planetengetriebe für Windkraftanlagen, wie sie zum Beispiel aus der DE 102 60 132 A1 bekannt sind, werden dazu verwendet, um die relativ geringe Drehzahl des Rotors der Windkraftanlage in eine höhere Drehzahl des Generatorrotors zu übersetzten. Üblicherweise werden in derartigen Planetengetrieben, wie dies ebenfalls in der DE 102 60 132 A1 beschrieben ist, Wälzlager als Lagerelemente für die Planetenräder verwendet.
[0003] Die EP 1 544 504 A2 beschreibt allerdings bereits eine Gleitlageranwendung im Bereich von Planetengetrieben für Windkraftanlagen. Der rotierende Teil des Planetengetriebes ist dabei mit einem Rotor verbunden und zusammen mit diesem in einem Großlager gelagert, das auf dem Außenumfang des Hohlrades angeordnet ist. Das Großlager ist als Gleitlager ausgebildet, dessen eine Lagerfläche durch die radial äußere Umfangsfläche des Hohlrades gebildet ist. Es wird damit ermöglicht, das Planetengetriebe einfacher und kostengünstiger zu gestalten. Zwischen den Lagerflächen und den Lagergegenflächen besteht ein Schmierspalt und sind hydrostatische Schmiertaschen in die Lagerfläche auf der Umfangsfläche des Hohlrades und in der der Stirnseite des Hohlrades gegenüberliegenden Lagergegenfläche des Gehäuses eingearbeitet. Des Weiteren beschreibt die EP 1 544 504 A2, dass bei großen Abmessungen des an den Rotor der Windkraftanlage angeschlossenen Planetengetriebes und der sich daraus ergebenden auf das Gleitlager wirkenden Kräfte und Momente der Ölpumpenkreislauf nur einen verhältnismäßig geringen, statischen Öldruck aufbringen muss, um eine Trennung der Lagerflächen und der Lagergegenflächen voneinander zu erreichen.
[0004] Obwohl also die prinzipielle Verwendung von Gleitlagern im Stand der Technik für Windkraftanlagen beschrieben worden ist, existieren in der Fachwelt noch Vorbehalte gegen diese Gleitlageranwendungen. So wird im Stand der Technik die Ansicht vertreten, dass ein hydrostatisches System notwendig ist, zumindest in der Anlaufphase, um damit die Ölversorgung der Lagerflächen sowohl hinsichtlich der Menge als auch des Öldrucks zu erreichen, da hohe spezifische Lasten in Verbindung mit geringen Gleitgeschwindigkeiten ein rein hydrodynamisches System nicht zulassen. Insbesondere wird davon ausgegangen, dass es im Bereich der Mischreibung zu lokalen Temperaturerhöhungen und erhöhtem Verschleiß kommt, sodass rein hydrodynamisch ausgelegte Gleitlager in einem Planetengetriebe für Windkraftanlagen kaum realisierbar sind.
[0005] Die DE 103 18 945 B3 beschreibt ein Planetengetriebe für eine Windenergieanlage, mit einem Getriebegehäuse, einem in diesem gelagerten Planetenhohlrad, das fest mit dem Antriebselement der Windenergieanlage verbunden ist, mit auf Planetenbolzen, die in einer Planetenträgerplatte befestigten sind, gelagerten Planetenrädern, und mit einem Sonnenrad. Die vordere Getriebelagerung des Planetenhohlrades ist in der Ebene der Getriebeverzahnung der ersten Getriebestufe angeordnet. Die Planetenträgerplatte ist fest mit dem Getriebegehäuse verbunden. Die Planetenräder sind auf den Planetenbolzen taumelgelagert. Für die Lagerung der Planetenräder werden u.a. auch Gleitlager genannt.
[0006] Aus der EP 0 743 472 A2 ist ein Planetenrad für ein hochbelastbares Planetengetriebe bekannt, das auf der Oberfläche einer Bohrung mit einer Lagerlegierung beschichtet ist. Die Lagerlegierung besteht aus mindestens einem Element ausgewählt aus Gruppe bestehend aus Kupfer, Aluminium und Silber; sowie mindestens einem Element ausgewählt aus Gruppe bestehend aus Blei, Zinn, Indium und Antimon und wird insbesondere durch Sputtern abgeschieden. Das Planetengetriebe wird u.a. in Flugzeugen verwendet.
[0007] Die CN 101 581 284 A beschreibt ein Planetengetriebe mit über Gleitlager gelagerten 1 /11 österreichisches Patentamt AT509 624B1 2012-04-15
Planetenrädern. Zur Schmierung der Gleitlager ist durch den Planetenbolzen ein Kanal geführt, in den mehrere Bohrungen zur Zuführung des Schmieröls direkt unterhalb der Lagerflächen münden.
[0008] Aus der US 4,325,589 A ist eine Lagerung eines auf einem feststehenden Bolzen rotierenden Maschinenteils mit relativ zum Bolzen feststehender Belastungsrichtung, beispielsweise eines Planetenrades, mit einem Mehrgleitflächenlager bekannt. Das Profil des Mehrgleitflächenlagers ist auf dem aus Stahl gefertigten Bolzen aufgebracht. Das rotierende Teil besteht zumindest im tragenden Bereich seiner kreiszylindrischen Bohrung aus einem Werkstoff, der gute Gleiteigenschaften und einen gegenüber den anderen Partien des rotierenden Teils höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt. Die Bohrung des rotierenden Teils kann mit dem Werkstoff beschichtet sein bzw. kann in das rotierende Teil eine Lagerbüchse aus dem Werkstoff bzw. mit dem Werkstoff beschichtet eingebracht sein. Als Werkstoff werden Bronze oder Polyamid genannt.
[0009] Die EP 1 764 522 A2 beschreibt ein Lagerelement umfassend eine Stützschicht, eine über der Stützschicht angeordnete Lagermetallschicht und eine über der Lagermetallschicht angeordnete, aufgesputterte Gleitschicht, wobei auf der Gleitschicht eine Gleitlackschicht angeordnet ist.
[0010] Die EP 1 353 082 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur drehbaren Befestigung und axialen Fixierung eines Zahnrads auf einer Welle, umfassend eine in einer Bohrung des Zahnrads befestigte Buchse, eine auf der Welle aufgenommene und relativ zu dieser befestige Hülse, wobei die Hülse von der Buchse umgeben und innerhalb dieser zur Drehung gelagert ist, einen Druckring, der auf einer Seite des Zahnrads relativ zur Welle befestigt ist und von dieser radial vorsteht, und ein Haltemittel auf der einen Seite des Zahnrads zur Begrenzung eines kreisförmigen Kanals, innerhalb dessen der ringförmige Druckring axial gehalten ist. Weiter sind Mittel zum Einführen eines flüssigen Schmiermittels zwischen die Hülse und die Buchse und in die vom Haltemittel begrenzte kreisförmige Rille vorgesehen. Der Druckring weist einander gegenüber liegende, ringförmige erste Lagerflächen auf, die axial zwischen ringförmigen zweiten Lagerflächen auf dem Haltemittel eingeschlossen sind.
[0011] Es ist die Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Planetengetriebe zu schaffen, welches verbesserte Betriebseigenschaften aufweist.
[0012] Diese Aufgabe wird bei der Eingangs genannten Windkraftanlage dadurch gelöst, dass die Gleitlager Mehrschichtgleitlager mit einer Stützschicht und einer Gleitschicht sind und die Schmierung rein hydrodynamisch ohne hydrostatische Unterstützung ausgeführt ist, sodass keine Ölpumpen für die Schmierölzuführung und zur Aufrechterhaltung eines hydrostatischen Druckes erforderlich sind.
[0013] Der Vorteil der mehrschichtigen Ausführung des Gleitlagers ist darin zu sehen, dass dieses damit auf rein hydrodynamische Bedingungen auch während der Anfahrphase eingestellt werden kann. Es wird damit der konstruktive Aufbau des Getriebes, insbesondere des Planetengetriebes, an sich vereinfacht bzw. in weiterer Folge der Windkraftanlage, da Anlagen zur Aufrechterhaltung eines Mindestöldrucks für diese Lager nicht mehr erforderlich sind. Das Gleitlager selbst kann durch die Mehrschichtigkeit auch mit entsprechenden Notlaufeigenschaften ausgestattet werden. Das Lager selbst bedarf kaum einer Wartung und ist auch wenig anfällig für Defekte.
[0014] Vorzugsweise ist das Mehrschichtgleitlager als Lagerbüchse ausgebildet, wodurch sich deren Anordnung auf der (Planeten)Achse bzw. im Getrieberad vereinfachen lässt, im Vergleich zu Gleitlagerhalbschalen, insbesondere auch keine Einstellarbeiten bezüglich der Ausrichtung des Gleitlagers erforderlich sind. Insbesondere ist dies von Vorteil bei Wartungsarbeiten, sollte der Fall auftreten, dass ein Gleitlager getauscht werden muss, da sich damit die Stillstandszeiten der Windkraftanlage reduzieren lassen und somit die Wirtschaftlichkeit derartiger Windkraftanlagen deutlich verbessert werden kann. Nach wie vor bilden nämlich Lagerausfälle in Windkraftanlagen, insbesondere wenn diese als Wälzlager ausgeführt sind, einen bedeutenden 2/11 österreichisches Patentamt AT509 624B1 2012-04-15
Kostenfaktor im Vergleich zu anderen Betriebsaufällen der Windkraftanlage, bedingt durch lange Stillstandszeiten der Windkraftanlage. Es können also mit dieser Ausbildung nicht zuletzt wegen der längeren Lebensdauer die Betriebskosten deutlich reduziert werden.
[0015] Das Mehrschichtgleitlager kann aus zumindest einer Stützschicht und zumindest einer Gleitschicht bestehen bzw. diese aufweisen, wobei die Gleitschicht eine Härte nach Vickers von zumindest 75 HV (0,001), insbesondere zumindest 110 HV (0,001), zumindest im Oberflächenbereich einer Lauffläche aufweist.
[0016] Es ist möglich, dass die Gleitschicht bis in die Stirnflächen des Mehrschichtgleitlagers zur Ausbildung einer Axialführung hochgezogen ist.
[0017] Andererseits besteht gemäß einer anderen Ausführungsvariante die Möglichkeit, dass an einer inneren Oberfläche der die Achse aufnehmenden Bohrung des Getrieberades und/oder an einer äußeren Oberfläche der Achse eine Gleitschicht aufgebracht ist, gegebenenfalls unter Anordnung von zumindest einer Zwischenschicht, wobei diese Gleitschicht eine Härte nach Vickers von zumindest 75 HV (0,001), insbesondere zumindest 110 HV (0,001), zumindest im Oberflächenbereich einer Lauffläche aufweist. Durch die Ausbildung der Gleitschicht mit einer bestimmten Mindesthärte, zumindest im Oberflächenbereich, kann der Verschleiß als die Lebensdauer limitierender Faktor des Gleitlagers verringert werden. Anders als bei herkömmlichen Gleitlagersystemen für Windkraftanlagen, bei denen davon ausgegangen wird, dass ein weicher Lagerwerkstoff eingesetzt werden muss, um mit der Mischreibung und der elastischen Verformung während des Betriebes der Windkraftanlage zurecht zu kommen, was zu entsprechenden großen Dimensionen und hydrodynamischen Verlusten führt, hat sich gezeigt, dass für die erfindungsgemäße Anwendung eines Mehrschichtgleitlagers es von Vorteil ist, wenn entsprechend harte Oberflächenwerkstoffe verwendet werden. Ein weiterer Vorteil der damit erreicht wird ist, dass das Gleitlager einem höheren, relativen Druck ausgesetzt werden kann, sodass die Lagerfläche in der Folge verkleinert werden kann und somit das gesamte Getriebe mit einer geringeren, rotierenden Masse versehen werden kann, wodurch Verlustleistungen weiter reduziert werden können. Andererseits sind damit aber auch kleinere Baugrößen der Getriebe verwirklichbar. Durch die Direktbeschichtung der Achse oder der Oberfläche der Bohrung mit dem Gleitwerkstoff wird zudem ein einfacherer Aufbau des Gleitlagers erreicht, wodurch ebenfalls Kosten eingespart werden können, und ist damit eine nochmalige Reduzierung der rotierenden Massen und der Baugröße des Getriebes verwirklichbar.
[0018] Vorzugsweise besteht die Gleitschicht aus einem Werkstoff der ausgewählt ist aus einer Gruppe umfassend Aluminiumbasislegierungen, Bismutbasislegierungen, Silberbasislegierungen, Gleitlacke. Insbesondere diese verschleißresistenten und tribologisch besonders wirksamen Werkstoffe haben sich in kompakten Planetengetrieben mit hoher Leistungsdichte und ohne den Einsatz von Lastausgleichstechnologien, wie zum Beispiel die so genannte „Flexible Pin Lösung", als besonders vorteilhaft herausgestellt. Überraschenderweise sind auch Gleitlacke als Gleitschicht ersetzbar, obwohl diese eine Härte nach Vickers von ca. 25 HV (0,001) bis 60 HV (0,001) aufweisen, also deutlich weicher sind, als voranstehend beschriebene Gleitschichten, wobei hier eine Steigerung der Härte durch Zugabe von entsprechenden Hartpartikeln möglich ist.
[0019] Es besteht weiters die Möglichkeit, dass auf der Gleitschicht eine polymerbasierte Einlaufschicht angeordnet ist, um damit eine bessere Anpassungsfähigkeit der Gleitlagerlauffläche an die Gegenlauffläche während des Einlaufens des Gleitlagers zu erreichen, wobei dabei von Vorteil ist, dass diese Einlaufschicht ebenfalls die Tribologie des Gleitlagers an sich verbessert und zudem, für den Fall, dass diese Einlaufschicht abgerieben wird, diese aufgrund der kleinen Partikel des daraus entstehenden Abriebs nicht störend an der Gleitlageroberfläche bzw. im Schmieröl wirkt, insbesondere wenn diese polymerbasierte Einlaufschicht eine geringere Härte aufweist als die Gleitschicht selbst.
[0020] In der durch das Getrieberad geführten Achse können zur Zuführung und zur Abführung eines Schmiermittels für das Lagerelement zumindest ein Kanal und oder zumindest eine Bohrung angeordnet sein. Durch die gezielte Ölführung mit Frischölzufuhr direkt in den Schmier- 3/11 österreichisches Patentamt AT509 624B1 2012-04-15 spalt in den Bereich der Hauptlastzone und durch die gezielte Ableitung wird ein geringerer Temperaturanstieg während des Betriebes des Getriebes trotz hoher Belastung und Mischreibanteil besser vermieden. Durch die Optimierung des Schmieröldurchsatzes auf ein Minimum -es sei nochmals erwähnt, dass es sich um ein hydrodynamisch betriebenes Gleitlager ohne hydrostatische Unterstützung handelt - können Zuführdrücke und Zuführmengen an Schmieröl sowie die Verlustleistung an jene von Wälzlagerlösungen, die normalerweise hinsichtlich der Verlustleistung deutliche Vorteile gegenüber Gleitlagerlösungen bieten, angeglichen werden.
[0021] Es ist weiters von Vorteil, wenn das Lagerelement zumindest zwei in axialem Abstand voneinander angeordnete Mehrschichtgleitlager aufweist, da damit einerseits die Lagerung des Getrieberades präziser erfolgen kann und andererseits möglicherweise auftretende Kippmomente besser abgefangen werden können.
[0022] Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
[0023] Es zeigen jeweils in stark schematisch vereinfachter Darstellung: [0024] Fig. 1 ein Getriebe in Form eines Planetengetriebes in Seitenansicht geschnitten; [0025] Fig. 2 einen Ausschnitt aus einem Planetengetriebe im Bereich eines Planetenrades.
[0026] Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
[0027] Fig. 1 zeigt ein Getriebe 1 in Form eines einfachen Planetengetriebes für eine Windkraftanlage in Seitenansicht geschnitten.
[0028] Bekanntlich umfassen Windkraftanlagen einen Turm an dessen oberen Ende eine Gondel angeordnet ist, in der der Rotor mit den Rotorblättern gelagert ist. Dieser Rotor ist über ein Getriebe mit einem Generator, der sich ebenfalls in der Gondel befindet, wirkungsverbunden, wobei über das Getriebe die niedrige Drehzahl des Rotors in eine höhere Drehzahl des Generatorrotors übersetzt wird. Da derartige Ausführungen von Windkraftanlagen zum Stand der Technik gehören, sei an dieser Stelle an die einschlägige Literatur hierzu verwiesen.
[0029] Das Getriebe 1 weist ein Sonnenrad 2 auf, das mit einer Welle 3, die zum Generatorrotor führt, drehfest verbunden ist. Das Sonnenrad 2 ist von mehreren Planetenrädern 3, beispielsweise zwei, vorzugsweise drei oder vier, umgeben. Sowohl das Sonnenrad 2 als auch die Planetenräder 4 weisen Stirnverzahnungen 5, 6 auf, die in kämmenden Eingriff miteinander stehen, wobei diese Stirnverzahnungen 5, 6 in Fig. 1 mit einem Kreuz angedeutet sind. Die Planetenräder 4 sind über Mehrschichtgleitlager 7 auf einer durch einen Planetenbolzen gebildeten Achse 8, der so genannten Planetenachse gelagert. Diese Achsen 8 können entweder einstückig mit zumindest einem Teil eines Planetenträgers 9 ausgebildet sein oder sie sind als gesonderte Bauteile in Bohrungen des Planetenträgers 9 eingesetzt. Über den Planetenrädern 4 ist ein Hohlrad 10 angeordnet, das an einer inneren Oberfläche ebenfalls zumindest teilweise eine Verzahnung 11 aufweist, die in kämmenden Eingriff mit der Stirnverzahnung 6 der Planetenräder 4 steht. Das Hohlrad 10 ist drehfest mit einer Rotorwelle 12 des Rotors der Windkraftanlage verbunden. Die Stirnverzahnungen 5, 6 bzw. die Verzahnung 11 können als Geradverzahnung oder Schrägverzahnung ausgeführt sein.
[0030] Da derartige Planetengetriebe ebenfalls bereits aus dem Stand der Technik bekannt sind, beispielsweise aus den voranstehend zitierten Dokumenten zum Stand der Technik, erübrigt sich eine weitere Erörterung an dieser Stelle. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass nicht nur einstufige Ausführungen von Planetengetrieben im Rahmen der Erfindung möglich sind, sondern auch mehrstufige, beispielsweise zwei- oder dreistufige, wozu in zumindest einem 4/11 österreichisches Patentamt AT509 624B1 2012-04-15
Planeten weitere Stirnradstufen integriert sein können.
[0031] Des Weiteren sei angemerkt, dass, obwohl bevorzugt, die Erfindung nicht nur in Planetengetrieben von Windkraftanlagen Anwendung findet, sondern generell in Getrieben für Windkraftanlagen verwendet werden kann, insbesondere zur Übersetzung der langsamen Drehzahl des Rotors einer Windkraftanlage in eine höhere Drehzahl.
[0032] Die Mehrschichtgleitlager 7 können prinzipiell in Form von Gleitlagerhalbschalen ausgeführt sein. Bevorzugt sind diese jedoch als Lagerbüchsen 13, d.h. Planetenlagerbuchsen, ausgebildet. Die Lagerbüchse 13 eines Planetenrads 4 ist dabei mit diesem drehfest verbunden, beispielsweise über einen Presssitz oder über eine andere, geeignete Methode.
[0033] Ein erfindungsgemäßes Mehrschichtgleitlager 7 besteht aus zumindest einer Stützschicht 14 und zumindest einer Gleitschicht 15, die auf der Stützschicht aufgebracht ist. Die Gleitschicht 15 bildet dabei eine Lauffläche 16 für die Achse 8, also den Planetenbolzen.
[0034] Die Mehrschichtigkeit des Mehrschichtgleitlagers 7 kann aber auch dadurch erreicht werden, dass der Planetenbolzen im Bereich der Lagerung des Planetenrades 4 und/oder das Planetenrad 4 selbst im Bereich der den Planetenbolzen aufnehmenden Bohrung mit einem Werkstoff für eine Gleitschicht beschichtet ist. In diesem Fall wird die Stützschicht des Mehrschichtgleitlagers 7 durch das Material des Planetenrades 4, beispielsweise Stahl und/oder den Werkstoff des Planetenbolzens, das heißt der Achse 8, beispielsweise Stahl, gebildet.
[0035] Neben dieser zweischichtigen Ausführung des Mehrschichtgleitlagers 7 besteht im Rahmen der Erfindung auch die Möglichkeit, dass Zwischenschichten zwischen der Gleitschicht 15 und der Stützschicht 14 angeordnet sind, beispielsweise eine Lagermetallschicht und/oder zumindest eine Bindeschicht und/oder eine Diffusionssperrschicht.
[0036] Beispiele für Lagermetallschichten sind: [0037] Lagermetalle auf Aluminiumbasis, insbesondere: [0038] AISn6CuNi, AISn20Cu, AISi4Cd, AICd3CuNi, AISi11Cu, AISn6Cu, AISn40, AISn25CuMn, AISi11 CuMgNi; [0039] Lagermetalle auf Kupferbasis, insbesondere: [0040] CuSn10, CuAI10Fe5Ni5, CuZn31Si1, CuPb24Sn2, CuSn8Bi10; [0041] Lagermetalle auf Zinnbasis, insbesondere: [0042] SnSb8Cu4, SnSb12Cu6Pb.
[0043] Es können auch andere als die genannten Lagermetalle auf Basis von Nickel-, Silber-, Eisen- oder Chromlegierungen verwendet werden.
[0044] Eine Bindeschicht oder eine Diffusionssperrschicht kann beispielsweise durch eine Aluminiumschicht, Zinnschicht, Kupferschicht, Nickelschicht, Silbersicht oder deren Legierungen, insbesondere binäre Legierungen, gebildet werden.
[0045] Die Stützschicht 14 selbst ist bevorzugt aus einem harten und homogenen Lagergrundwerkstoff, vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Cu-Zn-Legierungen, beispielsweise CuZn31Si, CuSnZn, durch eine AlZn- oder eine CuAI-Legierung, Stahl, gebildet, wobei diese Legierungen weitere Elemente wie Si, Mg, Mn, Ni, Zr, Ti, Fe, Cr, Mo, in einem Gesamtanteil von maximal 10 Gew.-% aufweisen können.
[0046] Die Gleitschicht 15 besteht bevorzugt aus einem Werkstoff ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Legierungen auf AI-, AlZn-, AlSi-, AlSnSi-, CuAI-, CuSn-, CuZn-, CuSnZn-, CuZnSn, CuBi-, Bi-, Ag-, AIBi-Basis, Gleitlacke.
[0047] Beispiele für bevorzugte Legierungen für die Gleitschicht sind AISn20Cu, AIZn4Si3, AIZnSi4,5.
[0048] Als Gleitlacke können zum Beispiel verwendet werden Polytetrafluorethylen, fluorhältige 5/11 österreichisches Patentamt AT509 624B1 2012-04-15
Harze, wie z.B. Perfluoralkoxy-Copolymere, Polyfluoralkoxy-Polytetrafluorethylen-Copolymere, Ethylen-tetrafluorethylen, Polychlortrifluorethylen, fluorierte Ethylen-Propylen Copolymere, Polyvinylfluorid, Polyvinylidenfluorid, alternierende Copolymere, statistische Copolymere, wie z.B. Perfluorethylenpropylen, Polyesterimide, Bismaleimide, Polyimidharze, wie z.B. Carbora-nimide, aromatische Polyimidharze, wasserstofffreie Polyimidharze, Poly-triazo-Pyromellithimi-de, Polyamidimide, insbesondere aromatische, Polyaryletherimide, gegebenenfalls modifiziert mit Isocyanaten, Polyetherimide, gegebenenfalls modifiziert mit Isocyanaten.Epoxyharze, Epo-xyharzester, Phenolharze, Polyamid 6, Polyamid 66, Polyoxymethylen, Silikone, Polyarylether, Polyarylketone, Polyaryletherketone, Polyarylether-etherketone, Polyetheretherketone, Polyetherketone, Polyvinylidendiflouride, Polyethylensulfide, Allylensulfid, Poly-triazo-Pyromellithi-mide, Polyesterimide, Polyarylsulfide, Polyvinylensulfide, Polyphenylensulfide, Polysulfone, Polyethersulfone, Polyarylsulfone, Polyaryloxide, Polyarylsulfide, sowie Copolymere daraus.
[0049] Bevorzugt wird ein Gleitlack der in trockenem Zustand aus 40 Gew.-% bis 45 Gew.-% MoS2, 20 Gew.-% bis 25 Gew.-% Graphit und 30 Gew.-% bis 40 Gew.-% Polyamidimid besteht, wobei gegebenenfalls noch Hartpartikel, wie z.B. Oxide, Nitride oder Carbide, im dem Gleitlack in einem Anteil von in Summe maximal 20 Gew.-% enthalten sein können, die einen Anteil der Festschmierstoffe ersetzen.
[0050] Bevorzugt weist die Gleitschicht 15 zumindest im Bereich der Lauffläche 16 eine Härte nach Vickers von zumindest 75 HV (0,001) auf bzw. zwischen 25 HV (0,001) bis 60 HV (0,001), wenn die Gleitschicht 15 durch einen Gleitlack gebildet ist. Es ist dabei auch möglich, dass in der Gleitschicht 15 in Richtung auf die Lauffläche 16 ein Härtegradient ausgebildet wird, insbesondere mit zunehmender Härte von der Stützschicht 14 in Richtung auf die Lauffläche 16.
[0051] Es besteht weiters die Möglichkeit, dass auf der Gleitschicht eine polymerbasierte Einlaufschicht, wie zum Beispiel ein Gleitlack der in trockenem Zustand aus 40 Gew.-% bis 45 Gew.-% MoS2, 20 Gew.-% bis 25 Gew.-% Graphit und 30 Gew.-% bis 40 Gew.-% Polyamidimid besteht, angeordnet ist. Andererseits besteht die Möglichkeit, dass auf der Gleitschicht zusätzlich noch eine Hartschicht aufgetragen ist, beispielsweise eine so genannte DLC-Schicht, beispielsweise SiC, oder C.
[0052] Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung verwendet als Stützschicht 14 eine bleifrei Cu-Legierung, insbesondere CuZn31Si, und als Gleitschicht 15 AISn20Cu.
[0053] Weiters wird in der bevorzugten Ausführung die Gleitschicht 15 nach einem PVD-Verfahren auf der Stützschicht 14 oder einer Zwischenschicht abgeschieden, insbesondere nach einem Sputterverfahren.
[0054] Es ist weiters möglich, dass die Lauffläche 16 mit einer definierten Oberflächenrauhigkeit abgeschieden wird, um damit insbesondere in der Einlaufphase eine geringere Anlagefläche der Lagergegenfläche an die Lauffläche 16 bereitzustellen. Insbesondere kann diese Lauffläche 16 einen arithmetischen Mittenrauwert Ra nach DIN EN ISO 4287 aufweisen, ausgewählt aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,5 pm und einer oberen Grenze von 1,5 pm. Durch diese Topografie der Gleitschicht 15 wird weiters die Ausbildung des Schmierspaltes verbessert.
[0055] In Fig. 2 ist eine Ausführungsvariante der Erfindung dargestellt, wobei in Seitenansicht geschnitten der Bereich eines Planetenrades 4 dargestellt ist. Bei dieser Ausführungsvariante sind zwei in axialem Abstand zueinander angeordnete Mehrschichtgleitlager 7, vorzugsweise wiederum als Lagerbüchsen, zwischen dem Planetenrad 4 und der Achse 8, das heißt dem Planetenbolzen, angeordnet. In axialem Verlauf jeweils neben einem Mehrschichtgleitlager 7 ist eine Anlaufscheibe 17 zwischen dem Mehrschichtgleitlager 7 und dem Planetenträger 9 vorgesehen. Die Gleitschicht 15 der Mehrschichtgleitlager 7 ist dabei bis in die Stirnfläche zu der Anlaufscheibe 17 hochgezogen, sodass also das Mehrschichtgleitlager 7 neben der radialen Lagerfunktion auch eine axiale Lagerfunktion erfüllt. Durch entsprechende Ausbildung des Mehrschichtgleitlagers 7 der voranstehend beschriebenen Ausführungsvariante ist ebenfalls eine Axialführung möglich, selbst wenn keine Anlaufscheiben angeordnet werden. 6/11 österreichisches Patentamt AT509 624B1 2012-04-15 [0056] Zudem weist das Planetenrad 4 jeweils an den Stirnseiten - in axialer Richtung betrachtet - umlaufende Ringnuten 18 auf, in denen die Mehrschichtgleitlager 7 angeordnet sind.
[0057] Fig. 2 zeigt weiters eine Ölversorgung der Laufflächen 16 der Mehrschichtgleitlager 7. Dazu wird über eine Bohrung 19 bzw. kanalförmige Ausnehmung im Planetenträger 9, die einen Öleinlass 20 bildet, der mit einem nicht dargestellten Ölreservoir in Verbindung steht, Öl zu einem Kanal 21 in der Achse 8 gemäß Pfeil 22 in einen Zwischenraum 23 zwischen den beiden Mehrschichtgleitlagern 7, der zudem noch durch das Planetenrad 4 und die Achse 8 begrenzt ist, zugeführt. Die Achse 8, das heißt der Planetenbolzen, kann im Zuführbereich des Öls ebenfalls eine Ausnehmung 24, das heißt eine Absetzung im Bereich der Oberfläche, aufweisen, um damit die Ölverteilung bis in die Laufflächen 16 der Mehrschichtgleitlager 7 zu unterstützen. Es ist aber auch möglich, dass die Ölzuführung ausschließlich über die Achse 8 erfolgt, also der Planetenträger 9 keine Bohrung 19 bzw. kanalförmige Ausnehmung hierfür aufweist.
[0058] Alternativ dazu besteht natürlich die Möglichkeit, dass die Ölzuführung derart erfolgt, dass der Kanal 21 Ölauslässe direkt unterhalb der Laufflächen 16 der Mehrschichtgleitlager 7 aufweist, sodass also der Kanal bei der dargestellten Ausführungsvariante in zwei Ölauslässen im Bereich der Laufflächen 16 der beiden Mehrschichtgleitlager 7 enden würde.
[0059] Für die Abführung des Schmieröls sind an der der Zuführung gegenüberliegenden Seite, das heißt im oberen Bereich des Mehrschichtgleitlagers 7, im Planetenbolzen, das heißt der Achse 8, jeweils unterhalb der Mehrschichtgleitlager 7 Bohrungen 25 bzw. generell kanalförmige Ausnehmungen vorgesehen, die vom Bereich der Lauffläche 16 beginnend in eine zumindest annähernd zentrisch angeordnete Ausnehmung 26, insbesondere eine Zentrumsbohrung, des Planetenbolzens, das heißt der Achse 8, enden, wobei über diese Zentrumsbohrung bzw. die Ausnehmung 26 das Öl wiederum zum Ölreservoir zurückgeführt wird. Die Ölabfuhr im oberen Bereich des Mehrschichtgleitlagers 7 unterscheidet sich von der Zuführung auch insofern, als eine Ausnehmung 27 in der Oberfläche des Planetenbolzens im Bereich unterhalb jeweils eines Mehrschichtgleitlagers 7 als Ringnut ausgeführt ist, sodass das Mehrschichtgleitlager 7 in diesem Bereich über zwei seitliche Stege 27, 28 im Stillstand auf der Achse 8 aufliegt.
[0060] Es sind mit der erfindungsgemäßen Ausführung des Getriebes 1 keinerlei Ölpumpen oder dergleichen für die Schmierölzuführung und zur Aufrechterhaltung eines hydrostatischen Druckes erforderlich. Das Öl wird bei dieser rein hydrodynamischen Lösung auf der unbelasteten Lagerseite zugeführt und durch die Drehbewegung des Planetenrades 4 in das Lager selbst, das heißt das Mehrschichtgleitlager 7, hineingezogen. Zwar entsteht in der Anlaufphase des Getriebes 1 zuerst eine Mischreibung, allerdings wird die an und für sich schädliche Mischreibung durch den mehrschichtigen Aufbau des Mehrschichtgleitlagers 7 aufgefangen. Es können damit kostengünstige Getriebe 1, insbesondere Lagerelemente, für Planetengetriebe zur Verfügung gestellt werden.
[0061] Da bei der erfindungsgemäßen Ausführung des Getriebes 1 dieses ohne Lastausgleich arbeitet, ist eine radiale Verschiebbarkeit der Mehrschichtgleitlager 7 möglich, sodass auch Kantenträger ausgebildet werden können. Dies wird durch die harte Gleitschicht 15 und gegebenenfalls die Einlaufschicht ausgeglichen bzw. abgefangen. Es konnte in der Erprobung des erfindungsgemäßen Getriebes 1 beobachtet werden, dass ein Verschleiß nicht mehr punktförmig auftritt, sondern über den gesamten Umfang der Mehrschichtgleitlager 7 verteilt, sodass ein derartig auftretender Verschleiß zu keiner wesentlichen bzw. keiner Funktionsbeeinträchtigung des Mehrschichtgleitlagers 7 führt.
[0062] Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus des Getriebes 1 bzw. des Mehrschichtgleitlagers 7 diese bzw. deren Bestandteile teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden. 7/11
Claims (8)
- österreichisches Patentamt AT509 624B1 2012-04-15 BEZUGSZEICHENAUFSTELLUNG 1 Getriebe 2 Sonnenrad 3 Welle 4 Planetenrad 5 Stirnverzahnung 6 Stirnverzahnung 7 Mehrschichtgleitlager 8 Achse 9 Planetenträger 10 Hohlrad 11 Verzahnung 12 Rotorwelle 13 Lagerbüchse 14 Stützschicht 15 Gleitschicht 16 Lauffläche 17 Anlaufscheibe 18 Ringnut 19 Bohrung 20 Öleinlass 21 Kanal 22 Pfeil 23 Zwischenraum 24 Ausnehmung 25 Bohrung 26 Ausnehmung 27 Steg 28 Steg Patentansprüche 1. Windkraftanlage mit einem Rotor und einem Generator, wobei zwischen dem Rotor und dem Generator ein Getriebe (1), insbesondere ein Planetengetriebe, angeordnet ist, das in Wirkverbindung mit dem Rotor und dem Generator steht, wobei das Getriebe (1) mehrere Getrieberäder, insbesondere Planetenrädern (4), aufweist, die jeweils über ein Gleitlager auf einer Achse (8) gelagert sind, sowie mit einer Ölversorgung zur Schmierung von Laufflächen (16) der Gleitlager, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitlager Mehrschichtgleitlager (7) mit einer Stützschicht (14) und einer Gleitschicht (15) sind und die Schmierung rein hydrodynamisch ohne hydrostatische Unterstützung ausgeführt ist, sodass keine Ölpumpen für die Schmierölzuführung und zur Aufrechterhaltung eines hydrostatischen Druckes erforderlich sind.
- 2. Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrschichtgleitlager (7) als Lagerbüchse (13) ausgebildet ist.
- 3. Windkraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschicht (15) bis in die Stirnflächen des Mehrschichtgleitlagers (7) zur Ausbildung einer Axialführung hochgezogen ist. 8/11 österreichisches Patentamt AT509 624B1 2012-04-15
- 4. Windkraftanlage nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschicht (15) an einer inneren Oberfläche der die Achse (8) aufnehmenden Bohrung des Getrieberades und/oder an einer äußeren Oberfläche der Achse (8) aufgebracht ist, gegebenenfalls unter Anordnung von zumindest einer Zwischenschicht.
- 5. Windkraftanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschicht (15) aus einem Werkstoff besteht, der ausgewählt ist aus einer Gruppe umfassend Aluminiumbasislegierungen, Bismutbasislegierungen, Silberbasislegierungen, Gleitlacke.
- 6. Windkraftanlage nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Gleitschicht (15) eine polymerbasierte Einlaufschicht angeordnet ist.
- 7. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei in axialem Abstand voneinander angeordnete Mehrschichtgleitlager (7) angeordnet sind, und dass in der Achse (8) zur Zuführung eines Schmieröls für die Laufflächen (16) der Mehrschichtgleitlager (7) zumindest ein Kanal (21) und/oder zumindest eine Bohrung (25) angeordnet ist/sind, wobei die Zuführung in einen Zwischenraum (23) zwischen den beiden Mehrschichtgleitlagern (7) erfolgt, und dass für die Abführung des Schmieröls an der der Zuführung gegenüberliegenden Seite in der Achse (8) jeweils unterhalb der Mehrschichtgleitlager (7) kanalartige Ausnehmungen vorgesehen sind, die von der Lauffläche (16) beginnend in eine zumindest annähernd zentrisch in der Achse (8) angeordnete Ausnehmung (26) enden.
- 8. Windkraftanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (8) im Bereich der Zuführung des Schmieröls eine Ausnehmung (24) in der Oberfläche aufweist. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 9/11
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