DE102011122432A1

DE102011122432A1 - Mehrstufiges Getriebe, insbesondere für Windkraftanlagen

Info

Publication number: DE102011122432A1
Application number: DE102011122432A
Authority: DE
Inventors: Isabella Urlaub; Andreas Vath; Raphael Stumpp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2011-12-24
Filing date: 2011-12-24
Publication date: 2013-06-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein mehrstufiges Getriebe, umfassend eine mit einer Antriebswelle (7) verbundene erste Getriebestufe (8), welcher mindestens eine zweite Getriebestufe (9) nachgeschaltet ist, wobei die einzelnen Getriebestufen (8–11) in zugeordnete Gehäusesegmente (12a–12d) des Getriebegehäuses (13) untergebracht sind, welche miteinander lösbar verbunden sind, wobei jeder Getriebestufe (8–11) ein eigenes Gehäusesegment (12a–12d) zugeordnet ist, welche auf mindestens einer neben dem Getriebegehäuses (13) horizontal angeordneten Montageschiene (14) verschiebbar montiert sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein mehrstufiges Getriebe, umfassend eine mit einer Antriebswelle verbundenen ersten Getriebestufe, welcher mindestens eine zweite Getriebestufe nachgeschaltet ist, wobei die einzelnen Getriebestufen in zugeordnete Gehäusesegmente des Getriebegehäuses untergebracht sind, welche miteinander lösbar verbunden sind.
Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf Großgetriebe in Planetenbauweise, welche in Windkraftanlagen zum Einsatz kommen. in diesem Anwendungsfall ist der Rotor einer Windkraftanlage an eine Antriebswelle des mehrstufigen Getriebes angeschlossen. Das mehrstufige Getriebe führt eine Übersetzung ins Schnelle aus, um einen ausgangsseitig hieran angekoppelten elektrischen Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie anzutreiben. Daneben ist es auch denkbar, ein mehrstufiges Getriebe der gattungsgemäßen Art im Antriebsstrang anderer Strömungskraftanlagen einzusetzen.
Gemäß des allgemein bekannten Standes der Technik müssen Getriebe von Windkraftanlagen für größere Reparatur- und Wartungsarbeiten mit Hilfe eines Krans aus der Gondel der Windkraftanlage heraus zum Boden gehoben werden. Am Boden erfolgt die Demontage des Getriebes, um Wartungsarbeiten, wie Austausch von Getriebestufen durchführen, zu können. Lediglich kleinere Reparaturen, wie beispielsweise ein Austausch der Abtriebswelle des Getriebes, sind an Ort und Stelle innerhalb der Gondel durchführbar. Bei größeren Wartungsarbeiten entsteht ein entsprechend hoher Arbeitsaufwand.
Aus der EP 2 363 598 A1 geht eine technische Lösung hervor, welche zur Vermeidung der vorstehend geschilderten Problematik vorschlägt, eine Kraneinrichtung innerhalb der Gondel der Windkraftanlage anzuordnen. Die Kraneinrichtung besteht dabei aus zumindest einem Schienenelement, dass im Deckenbereich der Gondel montiert ist und an welchem eine Hebeeinheit verfahrbar angeordnet ist. Die Hebeeinheit lässt sich somit über eine zu montierende Komponente des innerhalb der Gondel installierten Antriebsstrangs positionieren, um die Komponente aus dem Antriebsstrang zu entfernen und entlang der Schiene zu transportieren.
Vorzugsweise weist das dem Rotor gegenüberliegende Ende der Gondel eine Öffnung auf, durch welche die Komponente über die Schiene nach außen hin transportierbar ist. Allerdings ist die so aus der Gondel entfernte Komponente des Antriebsstrangs von hier aus ebenfalls mit Hilfe eines Krans zum Boden zu transportieren.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein mehrstufiges Getriebe zu schaffen, welches mit technisch einfachen Mitteln zur zumindest Teilzerlegung des Getriebes oder des Antriebsstrangs innerhalb der Gondel einer Windkraftanlage ausgestattet ist.
Die Aufgabe wird ausgehend von einem mehrstufigen Getriebe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass jede Getriebestufe des mehrstufigen Getriebes ein eigenes Gehäusesegment zugeordnet ist, welches auf mindestens einer der neben dem Getriebegehäuse horizontal angeordneten Montageschiene verschiebbar montiert ist.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass sich einzelne Getriebestufen des Getriebes auf den zugeordneten Montageschienen in einfacher Weise für Montage- oder Demontagezwecke verschieben lassen, so dass einzelne wartungsbedürftige Zahnräder oder andere Getriebeelemente einer Getriebestufe zugänglich werden, um diese zu warten oder auszutauschen. Derartige Wartungsarbeiten kommen somit ohne Einsatz eines Kranes zum Transport des Getriebes oder anderer Komponenten des Antriebsstrangs zwischen Gondel und Boden aus, was den Wartungsaufwand erheblich reduziert.
Vorzugsweise wird vorgeschlagen, ein Paar von Montageschienen zu verwenden, welche unterhalb des Getriebegehäuses angeordnet sind. Das Paar von Montageschienen kann dabei auf dem Maschinenträger der Gondel montiert werden. Daneben ist es auch möglich die Montageschienen an der Drehmomentstütze anzuordnen, um hierauf Komponenten des Antriebsstrangs, insbesondere die Getriebestufen des Getriebes oder Generatorteile im Wartungsfall in einfacher Weise verfahren zu können.
Hierfür sollte zwischen den Montageschienen und dem Getriebegehäuse oder anderen Komponenten des Antriebsstrangs an jedem Gehäusesegment bzw. jeder Komponente zugeordnetes Aufnahmeelement angeordnet sein. Das Aufnahmeelement kann dabei im einfachsten Fall als Auflagebock ausgebildet sein, das an die Form des Gehäusesegments oder der anderen Komponente angepasst ist. In das Aufnahmeelement lässt sich das Gehäusesegment oder die andere Komponente des Antriebsstrangs sicher absetzen und kann hierauf verfahren werden. Daneben können auch weitere Hilfs- und Stützkonstruktionen und Anbauten am Aufnahmeelement angeordnet sein, welche das Gehäusesegment oder eine andere Komponente bei der Montage oder Demontage stützen, zentrieren oder ausrichten. Hierdurch werden die Montagearbeiten der recht schweren Bauteile erheblich vereinfacht.
Neben den unterhalb des Getriebegehäuses angeordneten Montageschienen ist es auch möglich, mindestens eine Montageschiene seitlich oder oberhalb des Antriebsstrangs, insbesondere im Bereich des mehrstufigen Getriebes, anzuordnen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass eine getriebeausgangsseitige Getriebestufe als eine Stirnradstufe ausgebildet ist, um eine achsversetzte Montage eines Generators zu ermöglichen. In diesem Fall ist es meist üblich, dass eine Kupplungs-/Bremseinheit zwischen dem mehrstufigen Getriebe und dem Generator angeordnet ist. Diese Kupplungs-/Bremseinheit ist vorzugsweise vom Antriebsstrang demontierbar, um Platz für ein Verschieben der Gehäusesegmente des mehrstufigen Getriebes entlang der Montageschiene zu schaffen.
Neben der achsversetzten Bauform eines mehrstufigen Getriebes ist es auch möglich, die erfindungsgemäße Lösung auf eine koaxiale Bauform von mehrstufigen Getrieben, insbesondere für Windkraftanlagen, einzusetzen. In diesem Fall ist der Generator meist direkt ausgangsseitig das mehrstufige Getriebe angeflanscht. Es bietet sich hierbei an, dass auch der Generator im Bereich der Montageschiene angeordnet ist, um diesen – ähnlich wie ein Gehäusesegment – auf der mindestens eine Montageschiene im Wartungsfall verschieben zu können. Dasselbe gilt für eine eventuell zwischengeschaltete Kupplungs-/Bremseinheit.
Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass am Getriebegehäuse mindestens eine verschließbare Ölablassöffnung angeordnet ist, um das Getriebeöl vor der Demontage der Getriebestufen entfernen zu können. Hierdurch lässt sich das mehrstufige Getriebe für Wartungszwecke ölfrei machen. Die Ölablassöffnung kann dabei mit einem Ölablassventil versehen werden, dessen Ausfluss in eine unterhalb des mehrstufigen Getriebes angeordnete Ölwanne einmündet.
Die einzelnen miteinander lösbar verbundenen Gehäusesegmente des mehrstufigen Getriebes sind vorzugsweise nach Art einer Flanschverschraubung miteinander verbunden.
Vorteilhafterweise sollte die Gehäusesegmente über Antriebsmittel entlang der mindestens einen Montageschiene verfahrbar sein. Als Antriebsmittel eignen sich vorzugsweise hydraulische Antriebe als eigenständige Aggregate oder in Verbindung mit der Nutzung des vorhandenen Hydrauliksystems auf der Gondel einer Windkraftanlage. Daneben ist es auch möglich, einen elektrischen Antrieb – vorzugsweise einen elektrischen Spindelantrieb – zum aktiven Verfahren der Gehäusesegmente zu nutzen. Ist ein Bordkran innerhalb der Gondel integriert, kann auch dieser zum Verfahren der Gehäusesegmente mit genutzt werden. Gegebenenfalls ist der Bordkran mit einer geeigneten Seil-Umlenkkonstruktionen auszurüsten.
Weitere die Erfindung verbessernden Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
1 eine schematische Seitenansicht einer Windkraftanlage,
2 eine schematische Darstellung eines innerhalb einer Gondel installierten mehrstufigen Getriebes mit Montageschienen,
3 eine schematische Darstellung eines demontierten mehrstufigen Getriebes einer ersten Ausführungsform, und
4 eine schematische Darstellung eines demontierten mehrstufigen Getriebes einer zweiten Ausführungsform.
Gemäß 1 besteht eine Windkraftanlage im Wesentlichen aus einem Mast 1, auf welchem eine Gondel 2 angeordnet ist, an welcher stirnseitig ein Rotor 3 drehbar gelagert ist. Der Rotor 3 ist eingangsseitig an ein mehrstufiges Getriebe 4 gekoppelt, welches innerhalb der Gondel 2 angeordnet ist. Dem Getriebe 4 ist eine Kupplungs-(Bremseinheit 5 nachgeordnet, welcher schließlich ein elektrischer Generator 6 zur Erzeugung elektrischer Energie nachgeschaltet ist.
Das in 2 dargestellte mehrstufige Getriebe 4 besteht im Wesentlichen aus einer Antriebswelle 7, welche in eine erste Getriebestufe 8 mündet, der drei weitere Getriebestufen 9–11 nachgeschaltet sind. Die einzelnen Getriebestufen 8–11 sind in jeweils zugeordnete Gehäusesegmente 12a–12d des Getriebegehäuses 13 untergebracht. Die einzelnen Gehäusesegmente 12a–12d sind über eine Flanschverschraubung miteinander verbunden.
Unterhalb des Getriebegehäuses 13 erstreckt sich entlang der einzelnen Gehäusesegmente 12a–12d und darüber hinaus ein Paar von Montageschienen 14. Die Montageschienen 14 gestatten ein horizontales Verschieben der einzelnen Gehäusesegmente 12a–12d nach Lösen der Flanschverschraubungen zwischen den Gehäusesegmenten 12a–12d zu Wartungszwecken.
Jedem Gehäusesegment 12a–12d ist ein Aufnahmeelement 15 (exemplarisch) zugeordnet, auf welchem das jeweilige Gehäusesegment 12a–12d gelagert ist, um bei Wartungsarbeiten eine Verbindung zwischen den Gehäusesegmenten 12a–12d und den Montageschienen 14 zu schaffen. Am Getriebegehäuse 13 ist ferner eine Drehmomentstütze 16 angebracht, an welcher auch die Montageschienen 14 befestigt sind. Zusätzlich weist das Getriebegehäuse 13 eine Ölablassöffnung 17 zum Ablassen von Getriebeöl aus dem Getriebegehäuse 13 vor Demontage der Gehäusesegmente 12a–12d auf.
Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform ist ein koaxiales mehrstufiges Getriebe 4' über eine Kupplungs-/Bremseinheit 5 mit einem elektrischen Generator 6 koaxial verbunden. Den Getriebestufen 12a–12d ist aus dieser Ausführungsform jeweils ein Antriebsmittel 18 zugeordnet, um die Gehäusesegmente 12a–12d über eine Hilfsenergie entlang der Montageschienen 14 zu verschieben.
Gemäß 4, welches das mehrstufige Getriebe 4 in der demontierten Stellung zeigt, sind die einzelnen Gehäusesegmente 12a–12d entlang der Montageschiene 4 auseinander geschoben. Die getriebeausgangsseitige Getriebestufe 12d ist als eine Stirnradstufe ausgebildet, um achsversetzt gegenüber der Antriebswelle 7 in der Kupplungs-/Bremseinheit 5 anzuordnen, welcher der elektrische Generator 6 nachgeschaltet ist. Nach Entfernen der Kupplungs-/Bremseinheit 5 (Strichlinie) lassen sich die einzelnen Gehäusesegmente 12a–12d auseinander schieben.
Als Antriebsmittel 18 kommt hierbei jeweils ein Hydraulikzylinder zum Einsatz. Das getriebeeingangsseitige Gehäuseelement 12a ist ortsfest gegenüber der Drehmomentstütze 16 sowie den Montageschienen 14 angeordnet. Die Montageschienen 14 sind an einer bodenseitigen Tragstruktur 19 des Antriebsstangs angebracht.
Bezugszeichenliste

1: Mast
2: Gondel
3: Rotor
4: Getriebe
5: Kupplungs-/Bremseinheit
6: Generator
7: Antriebswelle
8: erste Getriebestufe
9: zweite Getriebestufe
10: dritte Getriebestufe
11: vierte Getriebestufe
12: Gehäusesegment
13: Getriebegehäuse
14: Montageschiene
15: Aufnahmeelement
16: Drehmomentstütze
17: Ölablassöffnung
18: Antriebsmittel
19: Tragstruktur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2363598 A1 [0004]

Claims

Mehrstufiges Getriebe, umfassend eine mit einer Antriebswelle (7) verbundene erste Getriebestufe (8), welcher mindestens eine zweite Getriebestufe (9) nachgeschaltet ist, wobei die einzelnen Getriebestufen (8–11) in zugeordnete Gehäusesegmente (12a–12d) des Getriebegehäuses () untergebracht sind, welche miteinander lösbar verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Getriebestufe (8–11) ein eigenes Gehäusesegment (12) zugeordnet ist, welche auf mindestens einer neben dem Getriebegehäuses (13) horizontal angeordneten Montageschiene (14) verschiebbar montiert sind.
Mehrstufiges Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Paar von Montageschienen (14) unterhalb des Getriebegehäuses (13) angeordnet sind.
Mehrstufiges Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Wartungsfall zwischen den Montageschienen (14) und dem Getriebegehäuse (13) ein jedem Gehäusesegment (12a–12d) zugeordnetes Aufnahmeelement (15) angeordnet ist.
Mehrstufiges Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Montageschiene (14) an einer am Getriebegehäuse (13) angeordneten Drehmomentstütze (16) angebracht ist.
Mehrstufiges Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Montageschiene (14) an der Tragstruktur (19) des Antriebsstrangs angebracht ist.
Mehrstufiges Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine getriebeausgangsseitige Getriebestufe (11) als eine Stirnradstufe ausgebildet ist, um eine achsversetzte Montage eines Generators (6) zu ermöglichen.
Mehrstufiges Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Getriebegehäuse (13) mindestens eine verschließbare Ölablassöffnung (17) angeordnet ist, um das Getriebeöl vor der Demontage des Gehäusesegments (12a–12d) zu entfernen.
Mehrstufiges Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die lösbare Verbindung der einzelnen zueinander benachbart angeordneten Gehäusesegmente (12a–12d) als eine Flanschverschraubung ausgeführt ist.
Mehrstufiges Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusesegmente (12a–12d) über Antriebsmittel (18) entlang der mindestens einen Montageschiene (14) verfahrbar sind.
Antriebsstrang einer Windkraftanlage, zumindest bestehend aus Rotor (3), Getriebe (4), Kupplung-/Bremseinheit (5) und Generator (6) mit einem mehrstufigen Getriebe (4) nach einem der vortehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung-/Bremseinheit (5) vom Antriebsstrang demontierbar ist, um Platz für ein Verschieben der Gehäusesegmente (12a–12d) entlang der mindestens einen Montageschiene (14) zu schaffen.