CN109964031A - 用于风能设备的传动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于风能设备的传动机构(1)，其具有以能围绕转子轴线(10)转动的方式布置的太阳轮(11)，该太阳轮能与所述风能设备的转子联接，在太阳轮(11)的周向上分布地布置有多个卫星单元(12)，所述多个卫星单元与太阳轮(11)作用连接，通过所述卫星单元能驱动能分派给所述卫星单元(12)的发电机(13)。根据本发明，所述卫星单元(12)具有与太阳轮(11)分别接合的两个齿轴(14)和一个从动轴(15)，所述从动轴(15)与两个齿轴(14)相接合并且能与所分派的发电机(13)联接，卫星单元(13)模块化地实施并且以能分离的方式布置在太阳轮(11)上。

Description

用于风能设备的传动机构
技术领域
本发明涉及一种用于风能设备的传动机构，其具有可围绕转子轴线转动地布置的太阳轮，该太阳轮可与风能设备的转子联接，在太阳轮的周向上分布地布置有多个卫星单元，所述多个卫星单元与太阳轮作用连接，通过所述卫星单元能驱动能分派给所述卫星单元的发电机。
背景技术
由DE 10 134 245 A1已知用于风能设备的传动机构，并且太阳轮围绕转子轴线可转动地布置，其可与风能设备的转子联接。围绕太阳轮的周向分布地存在多个卫星单元，它们与太阳轮作用连接，通过转子引入太阳轮中的慢速运动可通过快速转动的输出齿轮轴获取。各个卫星单元在此形成在太阳轮和输出齿轮轴之间的变速作用连接，发电机可与输出齿轮轴联接。不利的是，通过布置包括行星轴的卫星单元得到通过行星轴的不对称的力流。在此，行星轴在运行中变形，并且在齿啮合时可出现齿接触面的减小，并且因此导致负荷过高。在行星齿轮或行星小齿轮受损的情况下，可需要更换行星轴，然而，如果太阳轮同样受损，则需要拆卸整个传动机构。
DE 11 2010 004 882 T5公开了一种用于风能设备的传动机构，其具有可围绕转子轴线转动的太阳轮，该太阳轮可与风能设备的转子联接，并且仅仅在周向位置处存在卫星单元，其具有引出轴，经由该引出轴直接获取太阳轮的转动运动，以便使发电机与卫星单元联接。不利的是，在该实施方案中同样使力不对称地引入传动机构的壳体中，此外，仅能驱动唯一的发电机。
由于具有转子和转子接纳部的设备头部的非常高的重量，相当大的力被引入到传动机构中，该力必须由相应的传动机构吸收并且最终还由传动机构壳体或传动机构的壳体承受。同样还因为作用到转子上的风载荷、不断变化方向的压缩载荷、拉伸载荷、弯曲载荷作用到传动机构上。同样，机械以及空气动力学的不平衡度在整个寿命期间加载在传动机构上。因此，风能设备的传动机构受到特别高的负载，并且在风能设备的机舱上必须具有一定的维修便利性。特别紧凑地建造的风能设备传动机构的损坏通常意味着设备的更长的并且因此成本高的故障。尤其在离岸区域中，更换整个传动机构非常麻烦，并且必须利用特殊设备、例如起重船等等来实现。位于风能设备的机舱中的吊车例如可承载高达约8t，其中，风能设备的整个传动机构的重量显著超过所谓的甲板起重机的承载力。因此，值得期望的是，还可仅仅更换风能设备的整个传动机构的各个部件。在此，尤其在围绕转子轴线的对称线的情况下的更好的力引入能够在相同的功率性能的情况下实现传动机构的更轻且更小的结构，从而以传动机构的更小且更轻的结构方式再次提升传动机构的维修便利性。
发明内容
本发明的目的在于改进用于风能设备的传动机构，其具有提高的维修便利性。为此应尤其如此改进传动机构，即，可单独更换传动机构的部件。然而，在此，传动机构应在更小的总体尺寸的情况下实现高的总功率性能，尤其应当可以利用该传动机构机械上独立地驱动多个发电机。
对于根据权利要求1的前序部分的用于风能设备的传动机构以及根据权利要求10的方法，该目的利用权利要求的相应特征部分的特征来实现。在从属权利要求中给出了本发明的有利的改进方案。
本发明涵盖这样的技术教导：卫星单元具有与太阳轮相应接合的两个齿轴和一个从动轴，其中，从动轴与两个齿轴接合并且可与所分派的发电机联接，卫星单元模块化地实施并且可分离地布置在太阳轮上。
本发明的核心构思是可从传动机构分离的、可单独操作的并且因此模块化地实施的卫星单元，其多轴式地实施，并且因此允许提高的功率性能。根据本发明，卫星单元具有两个齿轴，其相应单独地与太阳轮接合，并且齿轴与从动轴共同作用，其中，齿比如此设计，即，从动轴具有比齿轴更高的转速。因此通过各卫星单元中的每个得到提高的功率性能的可行方案，以便使相应尺寸的发电机与相应的卫星单元联接。通过模块式地实施卫星单元可使其作为单独的部件从传动机构分离，并且齿轴可从与太阳轮的接合中移开。卫星模块可在没有损失大量润滑油的情况下并且因此环境友好地从传动机构分离地进行处理和运输。
首先得到的主要优点是卫星单元的低的单个重量，其可利用风能设备的甲板起重机进行处理。根据本发明实施的可模块化取出的卫星单元的主要优点是，通过具有两个齿轴和一个从动轴的设计方案出现对称的力条件，并且因此使传动机构的负载最小化。
通过卫星单元的自由的可取出性，齿轴可与太阳轮脱开，此外，发电机可与从动轴脱开。由此出现传动机构的模块化的总体构造，从而传动机构的部件可单独布置在风能设备的塔上。尽管存在高度集成的整个系统，但结果仍然是特别易于维护。
有利地，根据本发明，卫星单元实施成具有卫星框架，在其中可转动地接纳两个齿轴和一个从动轴。在此，卫星单元的卫星框架承受在传动机构的运行中出现的在齿轴和从动轴之间的力，从而通过多个卫星单元分布在太阳轮的周边上建造了多个独立的单个力系统，从而针对整个传动机构得到对于传动机构的壳体的理想的力载荷。
另一优点由此实现，即，设置有传动机构壳体，并且在该传动机构壳体内可转动地布置有太阳轮，其中，卫星单元可分离地布置在传动机构壳体处。在此，太阳轮不是必须以可转动的方式支承在传动机构壳体中或抵靠传动机构壳体可转动地来支承，因为足够的是：太阳轮仅仅在空间上布置在传动机构壳体中并且被可转动地接纳。传动机构壳体还用于在太阳轮的周向上分布地接纳多个卫星单元，其中，太阳轮支承在传动机构中或抵靠传动机构壳体来支承是附加地有利的。
按照根据本发明的传动机构的有利的变体，卫星单元固定在传动机构壳体的外侧，其中，用于接纳卫星单元的传动机构壳体具有在周向上均匀分布的多个接纳口。因此，传动机构可利用减少数量的卫星单元来运行，并且例如传动机构壳体具有六个可从外侧碰到的接纳口，其中的所有接纳口可装备有卫星单元，或仅仅个别的接纳口装备有卫星单元。在此，卫星单元的装备方案应产生围绕太阳轮的转子轴线的对称性，从而已进行装备的接纳口例如应具有彼此相同的角间距。因此，传动机构不仅可模块化地建造，而且可模块化地运行。例如如果由于风情以及能量需求需要少于最大可行数量的发电机，则还仅仅为个别的接纳口装备卫星单元。空着的接纳口可在此通过盖板封闭，以便提高传动机构壳体的刚性。
卫星单元的一有利的实施方案在于，齿轴具有至少一个第一齿段，其具有与太阳轮的齿啮合的、更少数量的齿，齿轴可具有至少一个第二齿段，其具有与从动轴的齿啮合的、更多数量的齿。结果，从动轴比齿轴以更高的转速转动，其中，齿轴比太阳轮以明显更大的转速旋转。由于两级地实施卫星单元而使出现在齿轴和太阳轮之间的啮合力更小，所以卫星单元能够实现更高的功率性能。
同样有利的是，第一齿段居中地在齿轴上构造在两个外部的第二齿段之间。在此，齿部可包括人字形齿，以避免通过卫星单元的卫星框架承受轴向力，其中也可以考虑直齿。
为了进一步提升传动机构的维修便利性，应可利用风能设备的甲板起重机取出各卫星单元。为此，传动机构壳体可进一步有利地构造为可围绕太阳轮转动，使得应用起重机取出的卫星单元可向上转动。卫星单元尤其如此实施，即，齿轴和从动轴在卫星框架中形成尤其等腰的三角形配置，并且借助于滚动轴承或滑动轴承支承在卫星框架中。
本发明还涉及一种用于更换用于风能设备的传动机构的部件的方法，
该传动机构具有以能围绕转子轴线转动的方式布置的太阳轮，该太阳轮能与所述风能设备的转子联接，在太阳轮的周向上分布地布置有多个卫星单元，所述多个卫星单元与太阳轮作用连接，通过所述卫星单元能驱动能分派给所述卫星单元的发电机，根据本发明，该方法包括以下步骤：实施具有传动机构壳体的传动机构，供模块化实施的卫星单元，从传动机构壳体分离并且从外侧取出卫星单元，将更换的卫星单元布置在传动机构壳体上。
有利地，在分离和从外侧取出卫星单元之前，使传动机构壳体围绕太阳轮转动，使得待取出的卫星单元被带到上部位置中，尤其以便卫星单元通过甲板起重机向上从传动机构壳体抬起。根据本发明的方法的有利的优点是多轴部件的拆分可能性，该多轴部件通过构造单独的卫星框架而形成卫星单元，该卫星单元的总重量小于甲板起重机的允许起吊重量。
根据本发明的方法的特征尤其在于，使更换的卫星单元在布置在传动机构壳体上之前被调整和/或匹配于太阳轮的参考部段。应再次固定在传动机构壳体处的经修理的或新的卫星单元必须能与太阳轮形成啮合，其使卫星单元的齿匹配精确地在太阳轮中形成齿齿啮合。在此有利的是，太阳轮以及齿轴和/或从动轴可在现场任意转动。
卫星单元尤其具有与太阳轮相应接合的两个齿轴和一个从动轴，其中，从动轴与两个齿轴接合并且可与所分派的发电机联接，至少齿轴的角位置被调整和/或匹配于参考部段。齿部可与参考部段如此匹配，使得无需在风能设备本身的机舱上的进一步的匹配。可取出的卫星单元的特点是，尽管借助于参考部段进行调整，齿仍然在事后转动时在参考部段之外配合到其他的齿隙中，这使得装配显著地变得容易。
具体地，如此进行匹配，即，改变至少一个构造在齿轴上的第一齿段相对于至少一个构造在齿轴上的第二齿段的角位置。在齿轴上的齿段中的至少一个例如可通过液压的压力加载从齿轴的基体轴分离，从而分离的齿段可在基体轴上并且因此还相对于其他的齿段转动。在此，进行转动以使齿部与参考部段匹配。一旦实现匹配，再次移除液压的压力加载，并且保持两个齿段的彼此调整的角位置。然后可自由操作卫星单元，并且转动齿轴和从动轴，并且当然还转动太阳轮，以用于在现场无损伤地装配卫星单元，即，装配到风能设备的机舱上，因为在每个转动位置中，齿精确匹配地匹配到太阳轮的齿隙中。
此外，方法的特征在于，传动机构壳体具有多个接纳口，其中，卫星单元根据需求布置在所有的或更少数量的接纳口中，其中，如此布置卫星单元，使得围绕转子轴线尤其在几何结构方面和在传动机构壳体中的作用力方面形成对称性。因此，根据需求为传动机构装备各卫星单元和所分派的发电机，并且风能设备可如此配备，即，其能实现最佳地利用存在的风能，而没有过多或过少的发电机处于运行中。
附图说明
下面借助附图以及对本发明优选实施例的说明进一步阐述改善本发明的其他措施。其中：
图1示出了传动机构的透视图，其完整地装备有传动机构壳体、卫星单元和全部数量的所分派的发电机，
图2示出了根据图1的传动机构，其中，仅仅三个沿周向均匀分布的卫星单元布置在传动机构壳体上，从而还设有仅仅三个发电机，其中的两个在透视图中可见，
图3示出了卫星单元的透视图，其具有两个齿轴和一个从动轴，它们被接纳在卫星单元的卫星框架中。
具体实施方式
图1以透视图示出了具有本发明特征的、用于风能设备的传动机构1。围绕转子轴线10可转动地接纳太阳轮11，其中，太阳轮11的接纳和支承在该实施例中没有进一步示出，并且以已知的方式来实施。传动机构1具有作为基本结构的传动机构壳体17，在该传动机构壳体上以沿周向分布有多个卫星单元12。卫星单元12与太阳轮11共同作用，使得在太阳轮11围绕转子轴线10转动运动时实现卫星单元12的从动轴15的快速的转动运动。从动轴15与发电机13联接。
为传动机构壳体17沿周向均匀分布地装备卫星单元12，得到了围绕太阳轮11的均衡的力条件，而发电机13同样均匀分布地并且对称地围绕转子轴线10布置。
卫星单元12可分离地布置在传动机构壳体17上，在卫星单元12有缺陷的情况下，可将其相对于转子轴线10沿径向朝外侧A取出。接下来，可将更换用卫星单元12再次装配到在传动机构壳体17中的相同的接纳口中。另一特点是，太阳轮11同样可在损坏情况下在取出所有的卫星单元12之后沿轴向进行拆卸，并且可通过甲板起重机进行更换。
图2示出了传动机构1的一示例，其中，为传动机构壳体17更少量地装备卫星单元12，从而也设置有更少数量的发电机13。通过仅仅部分地分派卫星单元12的传动机构壳体17具有这样的接纳口18：在其中可安装卫星单元12，并且接纳口18在太阳轮11的端侧上方形成，使得卫星单元12在它们合入相应的接纳口18中时可与太阳轮11协同作用。通过为具有卫星单元12的传动机构壳体17装配所分派数量的发电机13，发电机与卫星单元12的从动轴15连接，并且围绕转子轴线10驱动太阳轮11，发电机13可以和根据图1的完整装备的传动机构1相同的方式并且以期望的相应功率级运行。传动机构壳体17可六边形地构造，并具有对称安装并运行的可选的2个、3个、4个或6个发电机13。这些可选方案包括：在所安装的多个发电机13的优化的运行策略的范围中，使各发电机13具有不同的负载。
图3示出了卫星单元12的透视图，其用于布置在根据图1和图2的传动机构1的传动机构壳体17上。卫星单元12具有作为基体的卫星框架16，并且卫星框架16具有上部部分22和下部部分23。齿轴14和从动轴15借助于滚动轴承21支承在卫星框架16中。
该实施例示出了齿轴14，其具有用于与太阳轮11作用连接的内置的第一齿段19和用于与从动轴15作用连接的外置的第二齿段20。轴14和15以三角形布置安置在卫星框架16中，并且由于第一齿段19和第二齿段20以及从动轴15的齿数情况，从动轴15以比齿轴14更高的转速转动。
本发明的实施不限于上述优选实施例。相反，可以想到许多变体，这些变体即使在使用类型完全不同的情况下也能利用所示的解决方案。权利要求、说明书或附图所提供的特征和/或优点，包括结构细节或空间布置，其本身和各种组合都是本发明必不可少的。
附图标记列表
1 传动机构
10 转子轴线
11 太阳轮
12 卫星单元
13 发电机
14 齿轴
15 从动轴
16 卫星框架
17 传动机构壳体
18 接纳口
19 第一齿段
20 第二齿段
21 滚动轴承
22 上部部分
23 下部部分
A 外侧

Claims (14)

1.一种用于风能设备的传动机构(1)，其具有以能围绕转子轴线(10)转动的方式布置的太阳轮(11)，该太阳轮能与所述风能设备的转子联接，在太阳轮(11)的周向上分布地布置有多个卫星单元(12)，所述多个卫星单元与太阳轮(11)作用连接，通过所述卫星单元能驱动能分派给所述卫星单元(12)的发电机(13)，
其特征在于，所述卫星单元(12)具有与太阳轮(11)分别接合的两个齿轴(14)以及从动轴(15)，所述从动轴(15)与所述两个齿轴(14)相接合并且能与所分派的发电机(13)联接，卫星单元(13)模块化地实施并且以能分离的方式布置在太阳轮(11)上。
2.根据权利要求1所述的传动机构(1)，其特征在于，卫星单元(12)具有卫星框架(16)，在所述卫星框架中以能转动的方式接纳所述两个齿轴(14)和所述从动轴(15)。
3.根据权利要求1或2所述的传动机构(1)，其特征在于，设置有传动机构壳体(17)，所述太阳轮(11)以能转动的方式布置在所述传动机构壳体内，卫星单元(12)以能分离的方式布置在所述传动机构壳体(17)上。
4.根据权利要求3所述的传动机构(1)，其特征在于，所述卫星单元(12)由外侧(A)固定在传动机构壳体(17)上，传动机构壳体(17)为接纳所述卫星单元(12)而具有在周向上均匀分布的多个接纳口(18)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的传动机构(1)，其特征在于，所述齿轴(14)具有至少一个第一齿段(19)，所述第一齿段具有更少数量的、与太阳轮(11)的齿部啮合的齿部；所述齿轴(14)具有至少一个第二齿段(20)，所述第二齿段具有更多数量的、与从动轴(15)的齿部啮合的齿部。
6.根据权利要求5所述的传动机构(1)，其特征在于，第一齿段(19)居中地在所述齿轴(14)上构造在两个外侧的第二齿段(20)之间。
7.根据上述权利要求中任一项所述的传动机构(1)，其特征在于，齿部包括斜齿或人字形齿。
8.根据上述权利要求中任一项所述的传动机构(1)，其特征在于，框架体(17)能围绕太阳轮(11)转动。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的传动机构(1)，其特征在于，所述齿轴(14)和所述从动轴(15)在所述卫星框架(16)中形成三角形构型并借助于滚动轴承(21)来支承。
10.一种用于更换用于风能设备的传动机构(1)的部件的方法，该传动机构具有以能围绕转子轴线(10)转动的方式布置的太阳轮(11)，该太阳轮能与所述风能设备的转子联接，在太阳轮(11)的周向上分布地布置有多个卫星单元(12)，所述多个卫星单元与太阳轮(11)作用连接，通过所述卫星单元能驱动能分派给所述卫星单元(12)的发电机(13)，该方法至少包括以下步骤：
-实施具有传动机构壳体(17)的传动机构(1)，
-提供模块化实施的卫星单元(13)，
-从传动机构壳体(17)分离并且从外侧取出卫星单元(13)，
-将更换的卫星单元(13)布置在传动机构壳体(17)上。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在分离并且从外侧取出卫星单元(13)之前，使传动机构壳体(17)围绕太阳轮(11)转动，以便将待取出的卫星单元(13)带到——尤其能利用起重机操作的上部位置中。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，在布置在传动机构壳体(17)上之前，使更换的卫星单元(12)被调整和/或匹配于太阳轮(11)的参考部段。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其特征在于，所述卫星单元(12)具有与太阳轮(11)分别接合的两个齿轴(14)以及从动轴(15)，所述从动轴(15)与所述两个齿轴(14)相接合并且能与所分派的发电机(13)联接，在匹配时，改变构造在齿轴(14)上的至少一个第一齿段(19)相对于构造在齿轴(14)上的至少一个第二齿段(20)的角位置。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，其特征在于，传动机构壳体(17)具有多个接纳口(18)，其中，根据需求将卫星单元(12)布置在所有的接纳口(18)或更少数量的接纳口(18)中，如此布置所述卫星单元(12)，使得在传动机构壳体(17)中围绕转子轴线(10)形成对称性。
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