CN105518326A - 用于风力发电站的行星齿轮传动装置以及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于风力发电站的行星齿轮传动装置。该传动装置包括：在传动装置壳体(4)中环绕的行星级；连接在行星级下游的圆柱齿轮级；与行星级的太阳轮抗扭地连接的太阳轴(327)；以及空心轴(400)，其由圆柱齿轮级的圆柱齿轮(32)同心地围绕并且与之抗扭地连接。太阳轴(327)和空心轴(400)通过齿耦合器(ZK2)彼此抗扭地连接，其中太阳轴(327)的外齿部与空心轴(400)的内齿部啮合。传动装置具有导油通道(43，46)，其生成在一方面与传动装置壳体(4)连接的油供给部(41)和另一方面齿耦合器(ZK2)以及轴向接触面(50)之间的连接。

Description

用于风力发电站的行星齿轮传动装置以及方法
技术领域
本发明涉及一种用于风力发电站的行星齿轮传动装置。
背景技术
2013年5月22日的EP2594789A1(WinergyAG)描述了一种对风力涡轮传动装置的齿耦合器的润滑材料供应。在此，润滑材料供给喷嘴将润滑材料喷到润滑材料供给环的圆锥形的穿通孔处。通过润滑材料供给环在齿耦合器的方向上的扩展实现了喷出的润滑材料在齿耦合器的方向上的进一步输送。
风力涡轮传动装置可以包括齿轴连接部和推力轴承面，二者处于两个旋转的部件内部。这样的金属与金属接触的润滑剂的充分供应是重要的，从而减少磨损。润滑位置的仅仅间接的可触及性以及通过部件的旋转导致的离心力使得通过油喷射或油喷洒装置进行的充分润滑供应变得困难。在实践中，对润滑位置的自由射流喷射导致巨大的润滑材料损失，从而仅仅一小部分润滑材料到达润滑位置。因此为润滑位置供应润滑材料受到巨大的影响。
发明内容
因此，本发明的目的在于确保在风力涡轮传动装置中的改善的润滑材料供给。
该目的根据本发明通过具有在权利要求1中给出的特征的、用于风力发电站的行星齿轮传动装置实现。该用于风力发电站的行星齿轮传动装置包括：在传动装置壳体中环绕的驱动侧的行星级；连接在行星级下游的输出侧的圆柱齿轮级；与行星级的太阳轮抗扭地连接的太阳轴；以及空心轴，其由圆柱齿轮级的圆柱齿轮同心地围绕并且与之抗扭地连接。太阳轴和空心轴通过齿耦合器彼此抗扭地连接，在齿耦合器中太阳轴的外齿部与空心轴的内齿部啮合。太阳轴和空心轴在轴向接触面的区域中彼此抵靠。传动装置具有导油通道，其为了压力润滑齿耦合器和轴向接触面而生成在一方面与传动装置壳体连接的油供给部和另一方面齿耦合器以及轴向接触面之间的连接。风力传动装置也可以包括超过两个行星级。风力传动装置也可以具有多个轴向接触面，其中根据本发明，油能够通过导油通道输送至至少一个轴向接触面。
在说明书中，定义“润滑材料”和“油”被同步使用。定义“油”的使用包括所有合适的润滑材料。
本发明基于这样的认识，即-与油喷射或者油喷洒润滑不同-借助于通过导油通道的压力润滑也能够将润滑材料以可靠的方式和方法带到快速旋转的轴的甚至很难触及的、例如因为仅仅间接地触及的润滑位置处。基于彼此啮合的轴、即太阳轴和空心轴在450转/分钟的范围中的典型的转速的原因，因此在自由射流喷射中出现危险，即油在到达润滑位置之前通过离心力从部件上甩开。利用压力润滑，优选利用超过大气压力至少大约1至1.5巴的油压，尽管有作用的离心力，油也能够可靠地输送到待润滑的位置。用于压力润滑的通常油压在大约1至2巴，尤其在1.5至2巴。
本发明解决巨大的润滑材料损失的问题，该损失出现在至今为止实现的通过自由射流供给对齿耦合器的油喷射或者油喷洒润滑时。取代油喷射或者油喷洒润滑，根据本发明提出了通过用于润滑材料的旋转穿引来对润滑位置进行压力油供给。由此实现了在自由射流润滑时出现的损失的极大降低。
崭新类型的对待润滑位置的润滑材料供给的另外的优点在于，被强制的穿流方向。由此实现了，即来自部件的接触区域的磨损颗粒被引出并且不再能够产生促进磨损的作用。
在传动装置中，为了将轴向力从第一部件传递到第二部件上而设置有轴向接触面。用于这种类型的部件对的一个实例是在用于风力发电站的传动装置中的行星级的太阳轮轴和圆柱齿轮级的空心轴。在此，太阳轮轴的环形接触面抵靠在空心轴的相应的接触面上。一个技术问题在于，在彼此抵靠的部件的轴向接触面处出现磨损。通过磨损产生或者直接由部件彼此之间取决于磨损的位移或者间接由磨损颗粒的放出造成的齿部或者轴承的损坏。该磨损通过对接触面的可靠的润滑来减少，如其能够利用本发明所能够实现的那样。
本发明的优选的设计方案和改进方案在从属权利要求中给出。
根据本发明的一个优选的改进方案，行星齿轮传动装置包括第一轴向导油通道，第一轴向导油通道通过在空心轴和太阳轴之间延伸的环形空腔形成，和/或第二轴向导油通道，第二轴向导油通道轴向地穿过空心轴引导，以及径向导油通道，径向导油通道径向地穿过形成在空心轴上的环延伸，并且在一个端部与油供给部并且在另一个端部与第一轴向导油通道和/或第二轴向导油通道连接。
根据本发明的一个优选的改进方案，行星齿轮传动装置包括：在传动装置壳体中环绕的行星级；连接在行星级下游的圆柱齿轮级；与行星级的太阳轮抗扭地连接的太阳轴；以及空心轴。该空心轴由圆柱齿轮级的圆柱齿轮同心地围绕并且与之抗扭地连接。太阳轴和空心轴通过齿耦合器彼此抗扭地连接。齿耦合器通过太阳轴的外齿部和空心轴的内齿部形成，二者彼此啮合。齿耦合器布置在传动装置的轴向部段中，在该部段中，太阳轴由空心轴包围。传动装置此外包括在空心轴和太阳轴之间延伸的、引导至齿耦合器的第一轴向导油通道和旋转传递装置，其适合于将油从与传动装置壳体连接的油供给部传输至第一导油通道。
根据本发明的一个有利的改进方案，传动装置包括旋转传递装置，其适于将油从油供给部传输至导油通道。
根据本发明的一个有利的改进方案，旋转传递装置包括在形成在空心轴上的环中切除的环槽，油供给部通入到环槽中并且环槽与导油通道连接。
可替换的是，具有环槽的环也可以设计成单独的插入环或润滑材料供给环，以取代与空心轴一体成型。在此，插入环能够相对于空心轴静止或者以另外的旋转频率旋转。插入环也能够与空心轴连接。此外，插入环可以具有导油通道，其在第一端与穿过传动装置壳体的壁引导的油供给部连接，该油供给部与油输送泵连接。导油通道在第二端与轴向导油通道连接，也许再次通过环槽。
根据本发明的一个有利的改进方案，用于润滑材料的旋转传递装置包括环槽，其在形成在空心轴上的环中切除。优选地通过传动装置壳体引导的油供给部通入到该环槽中。该用于润滑材料的旋转传递装置此外包括至少一个导油通道，其径向地穿过环延伸并且因此形成在环槽和至少一个轴向导油通道之间的连接。
根据本发明的一个有利的改进方案，齿耦合器布置在传动装置的轴向部段中，在轴向部段中空心轴包围太阳轴。
根据本发明的一个有利的改进方案，第一轴向导油通道的驱动侧端部通过在太阳轴和空心轴之间布置的环形密封件密封。该密封件可以设计成接触密封件，例如O形环，或者两个部件的无接触密封件，例如迷宫式密封件。O形环在此可以布置在空心轴或者太阳轴的环形槽中。两个部件太阳轴和空心轴的密封件产生这样的作用，即润滑材料不再会在从齿耦合器上离开的方向上损失，也就是说不会从第一轴向导油通道中离开。因此，通过齿耦合器以及可能另外的轴向推力轴承面的穿流甚至会更强并且损失更少。
根据本发明的一个有利的改进方案，在太阳轴和空心轴之间延伸的环形的空腔连接至齿耦合器的远离于第一轴向导油通道的端部。空腔在一侧与太阳轴和空心轴的轴向接触面连接，并且在另一侧通过齿耦合器与第一轴向导油通道连接。通过第一轴向导油通道输送给齿耦合器的油因此能够在润滑性地穿流通过齿耦合器之后通过空腔到达至空心轴和太阳轴的轴向接触面，并且在那里提供用于降低磨损的润滑。
根据本发明的一个有利的改进方案，太阳轴具有环形的突起部，其与空心轴的环共同作用，从而形成第一轴向导油通道的一个端部。在此，环形的突起部并不抵靠在空心轴的环上，而是保持一个间隙，该间隙能够优选地通过-接触性的或者无接触的-密封件密封。因为环形突起部已经进一步缩小了第一轴向导油通道的横截面，因此完全封闭的密封件可以设计的较小。第一轴向导油通道在其背离与齿耦合器的端部上的封闭的作用在于，即润滑材料不再能够在从齿耦合器上离开的方向中损失，也就是说不会从第一轴向导油通道中漏出。因此，通过齿耦合器以及可能另外的轴向推力轴承面的穿流甚至会更强并且损失更少。
根据本发明的一个有利的改进方案，油供给部与油输送泵连接。由此能够在预设的压力下对润滑位置进行压力润滑。
该目的还通过对用于风力发电站的行星齿轮传动装置进行润滑的方法实现，其中，行星齿轮传动装置包括：在传动装置壳体中环绕的驱动侧的行星级；连接在行星级下游的输出侧的圆柱齿轮级；与行星级的太阳轮抗扭地连接的太阳轴；以及空心轴，空心轴由圆柱齿轮级的圆柱齿轮同心地围绕并且与之抗扭地连接，其中，太阳轴和空心轴通过齿耦合器彼此抗扭地连接，并且在轴向接触面的区域中彼此抵靠，在齿耦合器中，太阳轴的外齿部与空心轴的内齿部啮合，其中，利用压力将油通过导油通道引导至齿耦合器和轴向接触面，导油通道生成在一方面与传动装置壳体连接的油供给部和另一方面齿耦合器以及轴向接触面之间的连接。
当油以至少在大气压之上的大约1至1.5巴的压力传输至齿耦合器和轴向接触面时是优选的。用于压力润滑的通常油压在大约1至2巴，尤其在1.5至2巴。需要承受或者通过相应较大的油量流来补偿通过相对高的油压而现实出现的泄露损失，尤其是在旋转的和不旋转的部件之间的过渡位置处。
当通过导油通道引导的油在达到轴向接触面之前和/或之后引导给齿耦合器时是有利的。
附图说明
本发明接下来在实施例中根据附图进一步进行描述。图中示出：
图1是用于风力发电站的三级传动装置的横截面图；
图2是图1中的第一实施例的放大图；以及
图3是图1中的第二实施例的放大图。
具体实施方式
图1示出了传动装置，其包括驱动侧的第一行星级1、连接在第一行星级1下游的输出侧的第二行星级2以及输出侧的圆柱齿轮级3，其由传动装置壳体包围。在传动装置壳体4中支承有能够与转子轮毂连接的驱动轴5和与能与发电机连接的输出轴6。驱动轴5与驱动侧的行星级1的行星齿轮托架13连接，而驱动轴6与输出侧的圆柱齿轮级3的未示出的圆柱小齿轮连接。
两个行星级1，2分别包括空心轮14，24，多个支承在行星齿轮托架13，23中的行星齿轮12，22和太阳轮11，21。驱动轴5在此一体地形成在驱动侧的行星级1的行星齿轮托架13上。与驱动侧的行星级1的太阳轮11抗扭地连接的太阳轴111通过短齿耦合器ZK1与第二行星级2的行星齿轮托架23连接。在第二行星级2的行星齿轮托架23上一体地形成有空心轴231，其同心地包围驱动侧的行星级1的太阳轴111的端部部段。在两个行星级1，2之间的短齿耦合器ZK1在此通过外齿部形成在驱动侧的行星级1的太阳轴111上，并且通过内齿部形成在第二行星级2的行星齿轮托架23上的空心轴231上。
圆柱齿轮级3除了包括圆柱小齿轮外还包括与之咬合的圆柱齿轮32和空心轴400，其由圆柱齿轮32相对于传动装置轴线A同轴地包围并且与之抗扭地连接。与第二行星级2的太阳轮21抗扭地连接的太阳轴327通过短齿耦合器ZK2与圆柱齿轮级3的空心轴400连接，其相对于传动装置轴线A同轴地包围太阳轴327的端部部段。在第二行星级2和圆柱齿轮级3之间的短齿耦合器ZK2在此通过外齿部形成在第二行星级2的太阳轴327上，并且通过内齿部形成在圆柱齿轮级3的空心轴400上。为了使齿耦合器ZK2的磨损保持较小，其应该被润滑。
在太阳轴327上作用的、此外通过太阳轮21的斜齿和与太阳轮21咬合的第二行星级2的行星齿轮22引发的轴向力使得太阳轴327挤压圆柱齿轮级3的空心轴400。在此，太阳轴327和空心轴400在相应的轴向的接触面50处、所谓的轴向接触面处接触。为了使轴向接触面50的磨损保持较小，其应该被润滑。
图2示出了图1中的放大细节，更确切地说在连接两个部件的齿耦合器ZK2的区域中的第二行星级的太阳轴327和圆柱齿轮级的空心轴400以及轴向的接触面50。在太阳轴327的端面中的通孔B用于在制造期间的部件操作。
油供给部41与传动装置壳体4连接。油供给部41与油输送泵连接，因此，油能够在预设的压力下通过油供给部41输送。油供给部41通入到环槽42中，该环槽形成在环44的外圆周上，该环形成在空心轴400的转子侧端部上。从环槽42开始，在径向方向上引出一个或者多个径向导油通道43，油能够通过该导油通道在朝向太阳轴327的方向上引导。
径向导油通道43的向着太阳轴327的端部通入到第一轴向导油通道46中。通道46的转子侧端部通过环形突起部45锁止在太阳轴327的外周面上，其延伸至空心轴400的环44的内圆周。为了完全液体密封地对第一轴向导油通道46的转子侧端部进行密封，在太阳轴327的突起部45和空心轴400的环44之间设置有在环槽中的密封环40。
第一轴向导油通道46以在太阳轴327和空心轴400之间的空心圆柱体的形式延伸至第二齿耦合器ZK2。第一轴向导油通道46也就自动地形成在传动装置的一个轴向部段中，在该部段中空心轴400包围太阳轴327。在第一轴向导油通道46的输出侧的端部上连接由齿耦合器ZK2。在齿耦合器ZK2的输出侧的端部上连接由环形空腔47，其-如第一轴向导油通道46一样-在传动装置的一个轴向部段中自动地形成，在该部段中空心轴400包围太阳轴327。轴向接触面50处于空腔47的输出侧的端部处，空心轴400和太阳轴327沿着该轴向接触面彼此抵靠。
在行星齿轮传动装置的运行中，借助齿耦合器ZK2彼此抗扭地耦合连接的部件、即太阳轴327和空心轴400彼此围绕传动装置轴线A，例如以在470转/分钟范围内的转速旋转。油从与不旋转的传动装置壳体4连接的油供给部41中泵送到旋转的空心轴400的环槽42中。在图2中，油的设定的流动方向通过箭头示出。基于油压的原因，油能够抵抗通过空心轴400的旋转作用到油上的离心力通过径向的导油通道43输送至第一轴向导油通道46。通过第一轴向导油通道46的驱动侧端部的流体密封的封闭，油被强制地仅仅在希望的流动方向上流动。因此，油顺序地穿流通过齿耦合器ZK2、空腔47和轴向接触面50。在从轴向接触面50流出之后，油流动到传动装置的油槽中。
通过这种方式实现了润滑材料、更确切的说以压力润滑的形式对在第二行星级2的太阳轴327和由圆柱齿轮级3的圆柱齿轮3同轴包围的圆柱齿轮级3的空心轴400以及轴向接触面50之间的齿耦合器ZK2的可靠和连续的穿流。通过在预设的方向上的强制性穿流，实现了将磨损颗粒从部件的接触区域中引出并且不再产生促进磨损的作用。
图3示出了如图2的相同的部件，但是是根据本发明的可替换的设计方案。因此引用上述的说明来证明图2，但是其中存在接下来的区别：取代第一轴向导油通道46，在该设计方案中空心轴400具有第二轴向导油通道48，其平行于传动装置轴线A穿透空心轴。径向转过环44的径向油通道43形成为盲孔，但是与第二轴向导油通道48连接。在一个端部上，第二轴向导油通道48延伸直至环44的端侧，在另一个端部上，其通入到空腔47中。因为在环44的一个端侧上设置的开口在生成通道48之后又被封闭，例如通过封闭塞49封闭，因此通过径向油通道43输送的油能够仅仅在一个方向上穿流通过第二轴向导油通道48。油因此首先进入到空腔47中。从那里开始，一部分油流向轴向接触面50，剩余部分的油能够从空腔47中流向齿耦合器ZK2。
尽管本发明在细节上通过优选的实施例进一步进行了说明和描述，但是本发明并不受公开的实例限制。

Claims (12)

1.一种用于风力发电站的行星齿轮传动装置，包括：
-在传动装置壳体(4)中环绕的驱动侧的行星级(2)；
-连接在所述行星级(2)下游的输出侧的圆柱齿轮级(3)；
-与所述行星级(2)的太阳轮(21)抗扭地连接的太阳轴(327)；以及
-空心轴(400)，所述空心轴由所述圆柱齿轮级(3)的圆柱齿轮(32)同心地围绕并且与所述圆柱齿轮抗扭地连接，
其中，
-所述太阳轴(327)和所述空心轴(400)通过齿耦合器(ZK2)彼此抗扭地连接，并且在轴向接触面(50)的区域中彼此抵靠，在所述齿耦合器中，所述太阳轴(327)的外齿部与所述空心轴(400)的内齿部啮合，以及
-所述传动装置具有导油通道(43，46，48)，所述导油通道为了压力润滑所述齿耦合器(ZK2)和所述轴向接触面(50)而生成在一方面与所述传动装置壳体(4)连接的油供给部(41)和另一方面所述齿耦合器(ZK2)以及所述轴向接触面(50)之间的连接。
2.根据权利要求1所述的行星齿轮传动装置，包括：
-第一轴向导油通道(46)，所述第一轴向导油通道通过在所述空心轴(400)和所述太阳轴(327)之间延伸的环形空腔形成，和/或第二轴向导油通道(48)，所述第二轴向导油通道轴向地穿过所述空心轴(400)引导，以及
-径向导油通道(43)，所述径向导油通道径向地穿过形成在所述空心轴(400)上的环(44)延伸并且在一个端部处与所述油供给部(41)并且在另一个端部处与所述第一轴向导油通道(46)和/或所述第二轴向导油通道(48)连接。
3.根据权利要求1或2所述的行星齿轮传动装置，包括旋转传递装置(42，43，44)，所述旋转传递装置适用于将油从所述油供给部(41)传递至所述导油通道(43，46，48)。
4.根据权利要求3所述的行星齿轮传动装置，其中，所述旋转传递装置(42，43，44)包括在形成在所述空心轴(400)上的环(44)中切除的环槽(42)，所述油供给部(41)通入到所述环槽中，并且所述环槽与所述导油通道(43，46，48)连接。
5.根据前述权利要求中任一项所述的行星齿轮传动装置，其中，所述齿耦合器(ZK2)布置在所述传动装置的轴向部段中，在所述轴向部段中所述空心轴(400)包围所述太阳轴(327)。
6.根据权利要求2所述的行星齿轮传动装置，其中，所述第一轴向导油通道(46)的驱动侧端部通过在所述太阳轴(327)和所述空心轴(400)之间布置的环形密封件(40)密封。
7.根据权利要求2所述的行星齿轮传动装置，其中，所述第二轴向导油通道(48)的驱动侧端部是密封的。
8.根据权利要求7所述的行星齿轮传动装置，其中，所述第二轴向导油通道(48)的所述驱动侧端部设计为贯穿的通孔，所述通孔的驱动侧的开口后续地借助封闭塞(49)封闭。
9.根据前述权利要求中任一项所述的行星齿轮传动装置，其中，所述油供给部(41)与油输送泵连接。
10.一种润滑用于风力发电站的行星齿轮传动装置的方法，其中，所述行星齿轮传动装置包括：在传动装置壳体(4)中环绕的驱动侧的行星级(2)；连接在所述行星级(2)下游的输出侧的圆柱齿轮级(3)；与所述行星级(2)的太阳轮(21)抗扭地连接的太阳轴(327)；以及空心轴(400)，所述空心轴由所述圆柱齿轮级(3)的圆柱齿轮(32)同心地围绕并且与所述圆柱齿轮抗扭地连接，其中，所述太阳轴(327)和所述空心轴(400)通过齿耦合器(ZK2)彼此抗扭地连接并且在轴向接触面(50)的区域中彼此抵靠，在所述齿耦合器中，所述太阳轴(327)的外齿部与所述空心轴(400)的内齿部啮合，
其中，利用压力将油通过导油通道(43，46，48)引导至齿耦合器(ZK2)和轴向接触面(50)，所述导油通道生成在一方面与所述传动装置壳体(4)连接的油供给部(41)和另一方面所述齿耦合器(ZK2)以及所述轴向接触面(50)之间的连接。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，将通过所述导油通道(43，46，48)引导的油在达到所述轴向接触面(50)之前和/或之后输送给所述齿耦合器(ZK2)。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，利用超过大气压力至少大约1至1.5巴的压力将油传输至所述齿耦合器(ZK2)和所述轴向接触面(50)。
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