DE102011106534B4

DE102011106534B4 - Getriebe mit einem mehrstufigen Planetengetriebe

Info

Publication number: DE102011106534B4
Application number: DE102011106534.6A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Bauer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2011-07-05
Filing date: 2011-07-05
Publication date: 2024-04-04
Anticipated expiration: 2031-07-06
Also published as: WO2013004344A2; WO2013004344A3; DE102011106534A1

Abstract

Getriebe (4), aufweisend ein mehrstufiges Planetengetriebe, mit einer Antriebswelle (5) und einer Abtriebswelle (6), wobei die Abtriebswelle (6) mit einer anzutreibenden Antriebsvorrichtung verschaltet ist, und eine Vorrichtung (10) zum hilfsweisen Drehen der Antriebswelle (5) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das mehrstufige Planetengetriebe mit einem Summiergetriebe (B) verschaltet ist und dass die Vorrichtung (10) mit dem Summiergetriebe (B) direkt oder indirekt verschaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe, aufweisend ein mehrstufiges Planetengetriebe mit einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle, wobei die Abtriebswelle mit einer anzutreibenden Antriebsvorrichtung verschaltet ist, und wobei eine Vorrichtung zum hilfsweisen Drehen der Antriebswelle vorgesehen ist.
Stand der Technik
Ein derartiges Getriebe ist aus der DE 103 34 448 A1 bekannt. Dieses Getriebe weist ein zweistufiges Planetengetriebe auf, das über ein Stirnradgetriebe mit einer als Generator ausgebildeten Antriebsvorrichtung zusammenwirkt. Das Getriebe und der Generator sind Teil einer Windkraftanlage, wobei die Rotorblätter der Windkraftanlage mit der Antriebswelle des Getriebes verbunden sind. Weiterhin weist dieses Getriebe eine Vorrichtung zum hilfsweisen Drehen der Antriebswelle auf, wobei diese Vorrichtung als Drehvorrichtung mit einem Antriebsmotor ausgestaltet ist. Diese Drehvorrichtung weist ein Ritzel auf, das mit einem Zahnrad des Stirnradgetriebes zusammenwirkt. Das Ritzel ist gleichzeitig auch zum Antrieb des Generators ausgelegt.
Ein weiteres Getriebe mit einer Drehvorrichtung zum hilfsweisen Drehen der Antriebswelle des Getriebes ist aus der EP 1 167 754 A2 bekannt. Hier erfolgt der Antrieb über eine mit der Antriebswelle des Getriebes verbundenden Bremsscheibe, wobei hier die Bremsscheibe zusätzlich mit einer Verzahnung versehen ist, mit der die Antriebsvorrichtung in geeigneter Weise zusammenwirkt.
Ein weiteres Getriebe ist aus der EP 2 116 722 A2 bekannt. Auch hier ist eine Drehvorrichtung zum hilfsweisen Drehen der Antriebswelle eines Getriebes vorgesehen, wobei hier die Drehvorrichtung über eine Nebentriebwelle mit dem Getriebe verschaltet ist. Die Nebentriebwelle ist mit einer Getriebeölpumpe des Getriebes verbunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Getriebe mit einem mehrstufigen Planetengetriebe und einer Vorrichtung zum hilfsweisen Drehen einer Antriebswelle des Getriebes bereitzustellen, die gegenüber dem Stand der Technik hinsichtlich der Funktion und des Anbaus verbessert ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das mehrstufige Planetengetriebe mit einem Summiergetriebe verschaltet ist und dass die Vorrichtung zum hilfsweisen Drehen der Antriebswelle des Getriebes direkt oder indirekt mit dem Summiergetriebe verschaltet ist. Das Summiergetriebe stellt in Richtung zu der Antriebswelle die höchste Übersetzung (in das Langsame) dar, wodurch eine kleinbauende und relativ leistungsschwach ausgebildete Vorrichtung zum hilfsweisen Drehen der Antriebswelle ausreicht. Eine Notwendigkeit zum Drehen der Antriebswelle des Getriebes besteht beispielsweise bei einem Montagevorgang oder einem Wartungsvorgang des Getriebes beziehungsweise der entsprechenden Gesamtanlage.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Vorrichtung mit einem Sonnenrad des als Summierplanetengetriebe ausgebildeten Summiergetriebes B verschaltet. Dieses Sonnenrad stellt direkt oder indirekt auch die Abtriebswelle zum Antrieb der anzutreibenden Antriebsvorrichtung dar und ist daher besonders geeignet. Ist alternativ zusätzlich mit dem Summiergetriebe B oder dem Summierplanetengetriebe ein Stirnradgetriebe C zum Antrieb der anzutreibenden Antriebsvorrichtung verschaltet, ist die Vorrichtung auch in geeigneter Weise mit dem Stirnradgetriebe zu verschalten. Hierbei ist es beispielsweise im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass das Sonnenrad des Summiergetriebes mit einem Stirnrad des Stirnradgetriebes verbunden ist, wobei die Vorrichtung wiederum direkt oder indirekt mit dem Stirnrad zusammenwirkt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung eine montierbare oder demontierbare mechanische Maschine, eine montierbare oder demontierbare hydraulische Maschine oder eine montierbare oder demontierbare elektrische Maschine. Montierbar oder demotierbar heißt in diesem Zusammenhang, dass die Maschine nur bedarfsweise (zum Drehen der Antriebswelle) montiert wird und bei Nichtgebrauch demontiert wird. Die Maschine ist ihrerseits an einem Gehäuse des Getriebes oder aber auch an einem sonstigen Gehäuse oder Bauteil der Gesamtanlage dauerhaft oder bedarfsweise befestigt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Maschine, insbesondere die elektrische oder die hydraulische Maschine eine Mitläuferschaltung auf, die wiederum in weiterer Ausgestaltung die Maschine wirkungslos schalten kann. Mit anderen Worten läuft beim Vorhandensein der Mitläuferschaltung die Maschine dauernd mit und kann für die Betriebszustände, in der die Maschine beispielsweise nicht als Vorrichtung zum hilfsweisen Drehen der Antriebswelle benötigt wird, beispielsweise elektrisch oder hydraulisch ausgeschaltet oder abgeschaltet werden, so dass keine oder nur eine sehr geringe Leistung in der Maschine verbraucht wird.
Wird die elektrische Maschine zum hilfsweisen Drehen der Antriebswelle eingesetzt, wird sie als Elektromotor geschaltet und kann somit insbesondere die Antriebswelle in die gewünschte Drehposition verdrehen. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die elektrische Maschine aber auch direkt oder über die Mitläuferschaltung als Generator schaltbar sein und bedarfsweise oder kontinuierlich als Hilfsgenerator zusätzlich zu dem über die Abtriebswelle angetriebenen Generator (Hauptgenerator), der die Antriebsvorrichtung darstellt, ausgebildet sein. Dieser Hilfsgenerator kann zur Erzeugung von Strom für beispielsweise bedarfsweise benötigte elektrische Komponenten ausgelegt sein. Die so ausgebildete und geschaltete elektrische Maschine ist beispielsweise über ein Ritzel kontinuierlich mit einem Stirnrad (oder einem mit dem Stirnrad verbundenen Hilfsstirnrad des Stirnradgetriebes C oder dem Sonnenrad des Summiergetriebes B verschaltet.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Vorrichtung über eine Kupplung mit dem Getriebe verschaltet. Die Kupplung kann beliebig ausgebildet sein und mit einer mechanischen, elektrischen oder hydraulischen Vorrichtung betätigt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Kupplung beispielsweise elektrisch betätigt in eine Trennstellung und eine Verbindungsstellung schaltbar. Eine solchermaßen schaltbare Kupplung wird insbesondere bei einer Ausbildung der elektrischen Maschine als reiner Elektromotor zum Einsatz kommen, um den Elektromotor bei Nichtgebrauch mechanisch von dem Getriebe zu trennen. Dabei kann die Kupplung so ausgebildet sein, dass diese beispielsweise ein mir der Vorrichtung zusammenwirkendes Ritzel mechanisch so verschiebt, dass dieses mit beispielsweise einem Stirnrad, Hilfsstirnrad oder einem Sonnenrad kämmt oder nicht kämmt. Dabei ist sowohl eine axiale als auch eine radiale Verstellung des Ritzels gegenüber dem Stirnrad, Hilfsstirnrad oder dem Sonnenrad vorgesehen. Es ist aber auch möglich, dass Ritzel wiederum kontinuierlich in einen Eingriff mit dem Stirnrad, Hilfsstirnrad oder dem Sonnenrad zu belassen und eine geeignete Kupplung, beispielsweise in Form einer Lamellenkupplung oder einer Klauenkupplung vorzusehen, die eine Verbindungsstellung oder eine Trennstellung herstellt.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Getriebe ein Strömungskraftanlagengetriebe, insbesondere ein Meeresströmungskraftanlagengetriebe oder ein Windkraftanlagengetriebe und dementsprechend die Gesamtanlage eine Meeresströmungskraftanlage oder eine Windkraftanlage. Dabei ist der Rotor der Windkraftanlage mit der Antriebswelle des Getriebes verbunden und die Abtriebswelle ist mit der als Generator ausgebildeten anzutreibenden Antriebsvorrichtung verschaltet. Bei einer solchen Windkraftanlage müssen die Rotorblätter bedarfsweise beispielsweise für eine Wartung oder Enteisung in eine bestimmte Stellung verdrehbar sein. Dies erfolgt mit der erfindungsgemäß als Antriebsvorrichtung ausgebildeten Vorrichtung zum hilfsweisen Drehen der Antriebswelle in Form der Elektromaschine. Hierbei kann die bedarfsweise als Elektromotor oder auch als Hilfsgenerator geschaltete Elektromaschine bedarfsweise oder kontinuierlich zur Erzeugung von Hilfsenergie ausgebildet sein. So ist es beispielsweise denkbar, Hilfsaggregate der Windkraftanlage nicht direkt über das Getriebe der Windkraftanlage anzutreiben, sondern über den Hilfsgenerator. Dadurch ist es möglich solche Hilfsaggregate, wie beispielsweise eine Ölpumpe, eine Heizeinrichtung oder eine Kühleinrichtung auch unabhängig von dem Getriebe beispielsweise in einer das Getriebe und den Generator aufnehmenden Gondel anzuordnen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist.
Es zeigen:

1 eine Seitenansicht einer Windkraftanlage mit einem erfindungsgemäß ausgestalteten Getriebe und
2 eine Detailansicht des Schaltschemas eines Getriebes einschließlich einer erfindungsgemäß ausgestalteten Vorrichtung zum hilfsweisen Drehen einer Antriebswelle des Getriebes.

1 zeigt eine Seitenansicht einer Windkraftanlage 1 mit ihren wesentlichen Baugruppen. Die Windkraftanlage 1 weist einen Turm 2 auf, auf dem eine um eine Vertikalachse drehbar gelagerte Gondel 3 in Form eines Maschinengehäuses angeordnet ist. In der Gondel 3 ist ein Getriebe 4 drehfest befestigt, wobei das Getriebe 4 eine Antriebswelle 5 und eine Abtriebswelle 6 aufweist. Die Antriebswelle 5 des Getriebes 4 ist mit einer Nabe 7 eines mehrere Rotorblätter 8 aufweisenden Rotors verbunden. Die Abtriebswelle 6 ist mit einem Generator 9 drehverbunden. Das Getriebe 4 ist - wie nachfolgend noch erläutert wird - so ausgelegt, dass es eine langsame Bewegung der Antriebswelle 5 in eine schnelle Drehbewegung der Abtriebswelle 6 umsetzt. Mittels der Windkraftanlage 1 wird elektrische Energie erzeugt, indem die der von dem Wind in Drehbewegung versetzte Rotor die Drehbewegung über die Antriebswelle 5 in das Getriebe 4 einleitet, die Drehbewegung in dem Getriebe 4 in eine schnellere Drehbewegung umgesetzt wird und schließlich über die Abtriebswelle 6 die schnelle Drehbewegung zur Erzeugung von Strom auf den Generator übertragen wird.
Innerhalb der Gondel 3 ist weiterhin eine Vorrichtung 10 angeordnet und beispielsweise mit dem Gehäuse des Getriebes 4 verbunden. Die Vorrichtung 10 kann aber auch in geeigneter Weise an der Gondel 3 oder dem Generator 9 befestigt sein.
2 zeigt das Schema des Getriebes 4 einschließlich der damit zusammenwirkenden Vorrichtung 10. Das Getriebe ist grundsätzlich aufgeteilt in ein Differenzialgetriebe (oder auch Standgetriebe genannt) mit den (Planeten)-Stufen A₁ und A₂ sowie ein Summiergetriebe B und ein Stirnradgetriebe C.
Die Antriebswelle 5, die mit der die Rotorblätter 8 tragenden Nabe 7 verbunden ist, wirkt mit einem Träger 11 der Planetenräder der ersten (Planeten)-Stufe A₁ und weiterhin mit dem Hohlrad 15 der (Planeten)-Stufe A₂ zusammen. Das zugehörige Hohlrad 12 der (Planeten)-Stufe A₁ ist drehfest in dem Gehäuse des Getriebes 4 festgelegt, während das Sonnenrad 13 der (Planeten)-Stufe A₁ mit dem Planetenradträger 14 des als Summierplanetengetriebes ausgebildeten Summiergetriebes B verschaltet ist.
Der Planetenträger 16 der (Planeten)-Stufe A₂ ist wiederum in dem Gehäuse des Getriebes 4 feststehend, während das Sonnenrad 17 der (Planeten)-Stufe A₂ mit dem Hohlrad 18 des Summiergetriebes B verbunden ist. Das Summiergetriebe B summiert folglich die Drehbewegungen der (Planeten)-Stufen A₁ und A₂ zu einer schnelleren Drehbewegung als die der Antriebswelle 5 auf und diese Drehbewegung wird über das Sonnenrad 19 des Summiergetriebes B entweder direkt an eine Generatorwelle 20 des Generators 9 und weiterhin an die Vorrichtung 10 abgegeben, oder aber wie in der Figur dargestellt, ist zusätzlich ein Stirnradgetriebe C vorhanden. Ist das Sonnenrad 19 des Summiergetriebes B direkt mit der Generatorwelle verschaltet, bildet eine das Sonnenrad 19 tragende Sonnenradwelle die Abtriebswelle 6 des Getriebes 4. Ist zusätzlich ein Stirnradgetriebe C vorhanden, ist ein Stirnrad 21 des Stirnradgetriebes C mit einem Generatorwellenritzel 22 verschaltet und eine Ritzelwelle des Generatorwellenritzels 22 bildet die Abtriebswelle 5. Bei dieser dargestellten Ausführungsform ist das Stirnrad 21 in geeigneter Weise mit dem Sonnenrad 19 reib- oder formschlüssig verbunden, beispielsweise verschraubt oder verschrumpft, oder aber auch einstückig mit diesem gefertigt.
Zum Ankopplung der Vorrichtung 10 kann an dem Stirnrad 21 (oder auch bei nichtvorhandenem Stirnradgetriebe C an dem Sonnenrad 19 ein Ritzel 23 direkt angreifen oder wie in der Figur dargestellt über ein Hilfsstirnrad 24 angebunden sein. Das Ritzel 23 ist auf einer Welle 25 angeordnet, die über eine Kupplung 26 mit einer Triebwelle 27 der Vorrichtung 10, die als mechanische Maschine, als hydraulische Maschine oder (bevorzugt) als elektrische Maschine ausgebildet ist, verbunden ist. Die Kupplung 26 kann so ausgebildet sein, dass diese beispielsweise das Ritzel 23 mechanisch so verschiebt, dass dieses mit beispielsweise dem Stirnrad 21, dem Sonnenrad 19 oder dem Hilfsstirnrad 24 kämmt oder nicht kämmt. Dabei ist sowohl eine axiale als auch eine radiale Verstellung des Ritzels 21 gegenüber dem Stirnrad 21, dem Sonnenrad 19 oder dem Hilfsstirnrad 24 vorgesehen. Es ist aber auch möglich, dass Ritzel 23 wiederum kontinuierlich in einen Eingriff mit den Stirnrad 21, dem Sonnenrad 19 oder dem Hilfsstirnrad 24 zu belassen und eine geeignete Kupplung 26, beispielsweise in Form einer Lamellenkupplung oder einer Klauenkupplung vorzusehen, die eine Verbindungsstellung oder eine Trennstellung herstellt. Es ist aber auch möglich die Kupplung 26 gänzlich wegzulassen und die Vorrichtung 10 beziehungsweise die insbesondere elektrische Maschine mit einer Mitläuferschaltung zu versehen, die einen wirkungslosen Mitlauf der elektrischen Maschine ermöglicht.
Bezugszeichenliste

1: Windkraftanlage
2: Turm
3: Gondel
4: Getriebe
5: Antriebswelle
6: Abtriebswelle
7: Nabe
8: Rotorblatt
9: Generator
10: Vorrichtung
11: Träger
12: Hohlrad
13: Sonnenrad
14: Planetenradträger
15: Hohlrad
16: Planetenträger
17: Sonnenrad
18: Hohlrad
19: Sonnenrad
20: Generatorwelle
21: Stirnrad
22: Generatorwellenritzel
23: Ritzel
24: Hilfsstirnrad
25: Welle
26: Kupplung
27: Triebwelle

Claims

Getriebe (4), aufweisend ein mehrstufiges Planetengetriebe, mit einer Antriebswelle (5) und einer Abtriebswelle (6), wobei die Abtriebswelle (6) mit einer anzutreibenden Antriebsvorrichtung verschaltet ist, und eine Vorrichtung (10) zum hilfsweisen Drehen der Antriebswelle (5) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das mehrstufige Planetengetriebe mit einem Summiergetriebe (B) verschaltet ist und dass die Vorrichtung (10) mit dem Summiergetriebe (B) direkt oder indirekt verschaltet ist.
Getriebe (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) mit einem Sonnenrad (19) des als Summierplanetengetriebes ausgebildeten Summiergetriebes (B) verschaltet ist.
Getriebe (4) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) über ein mit dem Summiergetriebe (B) zusammenwirkenden Stirnradgetriebe (C) mit dem Summiergetriebe (B) verschaltet ist.
Getriebe (4) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) mit der Generatorwelle (20) eines Generators (9), die mit dem Summiergetriebe (B) oder dem Stirnradgetriebe (C) zusammenwirkt, verschaltet ist.
Getriebe (4) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) eine montierbare oder demontierbare mechanische Maschine, eine montierbare oder demontierbare hydraulische Maschine oder eine montierbare oder demontierbare elektrische Maschine ist.
Getriebe (4) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine, insbesondere die elektrische Maschine, eine Mitläuferschaltung aufweist.
Getriebe (4) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitläuferschaltung die Maschine, insbesondere die elektrische Maschine, wirkungslos schaltet.
Getriebe (4) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) über eine Kupplung (26) mit dem Getriebe (4) verschaltet ist.
Getriebe (4) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit der Vorrichtung (10) verbundenes Ritzel (23) trennbar, insbesondere radial oder axial verschiebbar mit einem Sonnenrad (19) des Summiergetriebes (B) oder einem Stirnrad (21) oder einem Hilfsstirnrad (24) des Stirnradgetriebes (C) verschaltbar ist.
Getriebe (4) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (26) schaltbar, insbesondere elektrisch, hydraulisch oder mechanisch schaltbar ist.
Getriebe (4) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (26) elektrisch, hydraulisch oder mechanisch betätigt in eine Trennstellung und eine Verbindungsstellung schaltbar ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine als Hilfsgenerator schaltbar ist.
Getriebe (4) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein Strömungskraftanlagengetriebe, insbesondere ein Meeresströmungskraftanlagengetriebe oder ein Windkraftanlagengetriebe ist.
Windkraftanlage (1) mit einem Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 13.