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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit zumindest einer Planetengetriebestufe zum Antreiben zumindest eines Generators gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Windkraftanlagen sind regenerative Energiegewinnungsanlagen mit Windrotoren, denen ein Getriebe für den Antrieb eines oder mehrerer Generatoren zur Erzeugung elektrischen Stroms unmittelbar nachgeschaltet ist. Hierfür besitzt das Getriebe zumindest eine Leistungsverzweigungsstufe für das Antreiben ggf. mehrerer Generatoren und zumindest ein in der Regel vorgeschaltetes Übersetzungsgetriebe, um die durchschnittliche Drehzahl des Rotors bzw. der Rotorabtriebswelle auf eine für die Generatoren günstige Drehzahl zu über- oder untersetzen. Die von den Windrotoren erzeugbaren Drehmomente sind bei derartigen Anlagen erheblich, sodass die Getriebe entsprechend groß und robust dimensioniert sein müssen, um den zu erwartenden Belastungen langzeitig standhalten zu können.
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Aus dem Stand der Technik beispielsweise gemäß der
EP 1 318 329 A2 ist eine Windkraftanlage mit einem Getriebe dieser Gattung bekannt, wie es nachstehend anhand der
1 näher beschrieben wird.
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Das bekannte Getriebe ist in einem Getriebegehäuse 1 untergebracht und hat eine Planetenrad-Eingansstufe und eine nachgeschaltete Stirnradstufe zur Leistungsverzweigung. Die Planetenrad-Eingangsstufe hat einen Planetenradträger 2, der über eine Hohlwelle 3 mit einer Rotorabtriebswelle (nicht gezeigt) drehfest gekoppelt ist. An dem Planetenradträger 2 sind Planetenräder 4 drehbar gelagert. Die Planetenräder 4 kämmen mit einem in diesem Fall feststehenden Hohlrad 5 und mit einem Sonnenrad 6, das auf einer hohlen Sonnenradwelle 7 drehfest sitzt bzw. an dieser ausgebildet ist. In der Sonnenradwelle 7 ist eine weitere Welle 18 relativ drehbar zur Sonnenradwelle 7 gelagert, die an ihrem einen axialen Ende mit dem Planetenradträger 2 fest verbunden und an ihrem anderen axialen Ende am Gehäuse 1 drehbar abgestützt ist. Die Sonnenwelle 7 ist über eine ausgleichsfähige Verbindung mit einer Hohlwelle 19 verbunden.
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Die Hohlwelle 19 trägt außer dem Sonnenrad 6 ein außenverzahntes Großzahnrad 8, das gemäß diesem Stand der Technik zu der Stirnradstufe (Leistungsverzweigungsgetriebe) gehört. Das Großzahnrad 8 ist mit zwei am Gehäuse 1 gelagerten Zwischen-Ritzwellen 10 über daran fixierte Zahnräder 11a, 11b in Eingriff, die wiederum mit Zahnritzeln 12 einer Abtriebs-Ritzelwelle 13 in Eingriff sind. Die Abtriebs-Ritzelwellle 13 bildet endseitig die Ausgangswelle 14 für das Antreiben eines nicht weiter gezeigten Generators. Sollten mehrere Generatoren betrieben werden, ist eine entsprechende Anzahl von Abtriebs-Ritzelwellen mit zwischengefügten Zwischen-Ritzelwellen um die Sonnenradwelle 7 herum angeordnet.
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Ein derartiges Getriebe einer Windkraftanlage hat große räumliche Ausmaße, wobei insbesondere das Hohlrad der Planetenradstufe einen besonders großen Durchmesser aufweist. Um die darauf einwirkenden Kräfte ausreichend abzufangen, ist das Hohlrad des bekannten Getriebes zusätzlich am Getriebegehäuse abgestützt.
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Ein solches Hohlrad ist nicht nur groß sondern weist auch einbeträchtliches Gewicht auf. Da das Getriebe bzw. dessen Bestandteile in der Rotorkanzel der Windkraftanlage auf deren Turm angeordnet ist, müssen alle Teile zum Einen auf diese Höhe gehoben und zum Anderen in dieser Höhe montiert werden. Daher ergeben sich insbesondere bei den großen Teilen des Getriebes erhebliche Montageschwierigkeiten, die auch einen Austausch abgenutzter Bauteile erschweren.
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Angesichts dieser Problematik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Windkraftanlagen-Getriebe bereit zu stellen, das eine höhere Funktionalität aufweist. Ein besonderes Ziel ist es, eine einfachere Montierbarkeit des Getriebes und ggf. eine höhere Flexibilität zu erreichen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Windkraftanlagen-Getriebe zum Antreiben von zumindest einem Generator mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Der Kern der Erfindung besteht demzufolge darin, ein Windkraftanlagen-Getriebe mit zumindest zwei Getriebestufen zur Übersetzung der Rotordrehzahl auf eine bevorzugte Generatordrehzahl und zur Leistungsverzweigung auf eine Anzahl von Generatoren so auszugestalten, dass eine am Windkraftrotor gekoppelte Eingangs-Getriebestufe als Leistungsverteilungsstufe ausgebildet ist, der eine der Anzahl von Generatoren entsprechende Anzahl von Übersetzungs-Getriebestufen nachgeschaltet sind, die erfindungsgemäß jeweils einem Generator zugeordnet sind. D. h. erfindungsgemäß findet die Leistungsverzweigung bereits in der ersten, bzw. Eingangsstufe statt, wobei die korrekte Anpassung der Antriebsdrehzahl an die Nenndrehzahl des jeweiligen Generators durch die jeweils nachgeschaltete, bzw. zweite Übersetzungs-Getriebestufe vorgenommen wird. Da diese nur für den Antrieb eines Generators ausgelegt sein muss, kann sie vergleichsweise kleiner bauen.
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Demzufolge ist es vorteilhaft, wenn jede Übersetzungs-Getriebestufe mit zugeordnetem Generator eine vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse oder auf einer gemeinsamen Lastträgerstruktur installierte Generator/Getriebe-Baueinheit bildet. Diese kann nämlich dann am Boden vormontiert und im Ganzen auf dem Turm durch einfaches Koppeln der jeweiligen Ausgangs- und Eingangswelle der ersten und zweiten Stufe angeschlossen werden.
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Vorteilhaft ist es ferner, die jeweils einem Generator zugeordnete Übersetzungs-Getriebestufe als ein Planetengetriebe auszubilden. Mit diesem Kann eine besonders große Übersetzung bei kleinem Bauraum erreicht werden.
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Die Erfindung bietet auch die Möglichkeit. die Übersetzungsverhältnisse der einzelnen Übersetzungs-Getriebestufen vorzugsweise individuell an die jeweils zugehörigen Generatoren anzupassen. In diesem Fall könnten beispielsweise Generatoren mit unterschiedlichen Nennleistungen bei unterschiedlichen Drehzahlen angetrieben werden, wodurch die Flexibilität der Windkraftanlage zunimmt.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die begleitende Figur näher erläutert.
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1 zeigt ein Windkraftanlagen-Getriebe gemäß einem Stand der Technik und
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2 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Windkraftanlagen-Getriebes gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung vorliegend mit zwei Generatoren.
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Wie in der 2 dargestellt ist, hat das erfindungsgemäße Getriebe 100 eine erste Getriebestufe 110 als Leistungsverteilungsstufe, an die eine Anzahl zweiter Übersetzungs-Getriebestufen 120 vorzugsweise als Planetengetriebe nachgeschaltet sind, die jeweils einem Generator 130 zugeordnet sind. Jede zweite Getriebestufe 120 mit zugeordnetem Generator 130 bilden eine vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse oder Lastträgerstruktur 140 installierte Generator/Getriebe-Baueinheit 150.
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Im Konkreten ist die erste Getriebestufe 110 vorzugsweise als eine Stirnradstufe vorgesehen mit einer Eingangswelle 160, die an ihrem einen axialen Endabschnittmit einem nicht weiter dargestellten Windrotor der Anlage gekoppelt ist. Am gegenüberliegenden Endabschnitt der Eingangswelle 160 ist ein Großzahnrad (Großstirnrad) 170 drehfest fixiert. Die Eingangswelle 160 ist dabei drehbar an einem ebenfalls nicht weiter dargestellten Gehäuse der Stirnradstufe 110 gelagert.
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Das Großstirnrad 170 ist mit einer Anzahl von Abtriebsritzeln 180, 190 in Eingriff, die um das Großstirnrad 170 herum angeordnet sind. Ggf. sind zwischen dem Großstirnrad 170 und den Abtriebsritzeln 180, 190 noch Zwischenritzel (nicht gezeigt) in den Getriebezug eingefügt, um die Übersetzungsverhältnisse einzeln oder gleichsam zu beeinflussen und/oder die Drehrichtung der Abtriebsritzel 180, 190 zu verändern. Insofern wird die über die Eingangswelle 160 eingetragene Leistung am Großstirnrad 170 auf die einzelnen Abtriebsritzel 180, 190 verzweigt.
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Die Abtriebsritzel 180, 190 sitzen drehfest (oder sie sind einstückig daran ausgebildet) jeweils auf einer Ausgangswelle 200, die ebenfalls drehbar an dem Getriebegehäuse der Stirnradstufe 110 gelagert sind und vorzugsweise aus dem Gehäuse vorragen. Jeder vorzugsweise aus dem Gehäuse der Stirnradstufe 110 vorragende Endabschnitt der Ausgangswellen 200 hat oder bildet ein Kopplungsstück (nicht näher gezeigt) zum Ankoppeln einer der Getriebe/Generator-Baueinheiten 150.
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An das Gehäuse der Stirnradstufe 110 ist demzufolge entsprechend der Anzahl von Ausgangswellen 200 eine Anzahl von Generator/Getriebe-Baueinheiten 150 angeflanscht. D. h. jede Generator/Getriebe-Baueinheit 150 hat den einen Generator 130, dessen Generatorwelle 210 mit der einer Übersetzungs-Getriebestufe 120, vorzugsweise einem Planetengetriebe direkt gekoppelt ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jeder Generator 130 an eine Sonnenradwelle 220 des entsprechenden Planetengetriebes 120 drehfest gekoppelt, das an einem vom Generator 130 abgewandten Endabschnitt ein Sonnenrad 230 trägt. Das Sonnenrad 230 ist mit Planetenrädern 240 in Kämmeingriff, die drehbar an einem Planetenradträger 250 gelagert sind. Der Planetenradträger 250 ist mit jeweils einer der Ausgangswellen 200 des Stirnradgetriebes 110 drehfest gekoppelt. Die Planetenräder 240 sind darüber hinaus mit einem Hohlrad 260 im Eingriff, das als drehfestes Rad am Gehäuse 140 oder der Lastträgerstruktur der jeweiligen Generator/Getriebe-Baueinheit 150 fixiert ist.
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Wird folglich eine Drehzahl vom Rotor der Windkraftanlage über die Eingangswelle in das Getriebe 100 eingebracht, wird diese am Großzahnrad 170 auf die einzelnen Ausgangswellen 200 der Stirnradgetriebestufe verzweigt. Von dieser werden die einzelnen Planetengetriebe 120 der Getriebe/Generator-Baueinheiten 150 angetrieben, wobei die Drehzahl der jeweiligen Ausgangswelle 200 auf die Nenndrehzahl des jeweiligen Generators übersetzt wird.
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An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die zweite Getriebestufe nicht notwendiger Weise ein Planetengetriebe sonder auch eine andere Getriebeform, wie beispielsweise ein Stirnradgetriebe oder ein Zykloidengetriebe sein kann. Gleiches trifft auch für die erste Getriebestufe zu.
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Offenbart wird ein Windkraftanlagen-Getriebe mit zumindest zwei Getriebestufen zur Übersetzung der Rotordrehzahl auf eine bevorzugte Generatordrehzahl und zur Leistungsverzweigung auf eine Anzahl von Generatoren. Eine am Windkraftrotor gekoppelte Eingangs-Getriebestufe ist als Leistungsverteilungsstufe ausgebildet, der eine der Anzahl von Generatoren entsprechende Anzahl von Übersetzungs-Getriebestufen nachgeschaltet sind, die jeweils einem Generator zugeordnet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Getriebe
- 110
- Erste Getriebestufe
- 120
- Zweite Getriebestufe
- 130
- Generator
- 140
- Lastträgerstruktur/Gehäuse
- 150
- Generator/Getriebe-Baueinheit
- 160
- Eingangswelle
- 170
- Großzahnrad
- 180, 190
- Abtriebsritzel
- 200
- Ausgangswelle(n)
- 210
- Generatorwelle(n)
- 220
- Sonnradwelle(n)
- 230
- Sonnenrad
- 240
- Planetenräder
- 250
- Planetenradträger
- 260
- Hohlrad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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