DE102012221825A1

DE102012221825A1 - Getriebeeinheit mit Plusgetriebesatz

Info

Publication number: DE102012221825A1
Application number: DE102012221825.4A
Authority: DE
Inventors: Stefan Beck; Uemit Kutluay
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2012-11-29
Publication date: 2014-06-05
Also published as: CN104755803B; EP2926030A1; JP2015535581A; CN104755803A; WO2014082782A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Getriebeeinheit (1), insbesondere für eine Windkraftanlage, mit einer antriebsseitigen ersten Planetenstufe (2), einer zweiten Planetenstufe (3) und einer abtriebsseitigen dritten Planetenstufe (4), die derart miteinander gekoppelt sind, dass ein antriebsseitiges Drehmoment auf die erste und zweite Planetenstufe (2; 3) aufteilbar und in der dritten Planetenstufe (4) zusammenführbar ist, wobei die erste oder die zweite Planetenstufe (2; 3) mit einem Hohlrad (10) der dritten Planetenstufe (4) und die andere dieser beiden Planetenstufen (2; 3) mit zumindest einem Planetenrad (11) der dritten Planetenstufe (4) gekoppelt ist. Erfindungsgemäß weist eine der Planetenstufen (2; 3; 4) im Bereich zwischen ihrem zentralen Sonnenrad (5; 6; 7) und ihrem radial außenliegenden Hohlrad (8; 9; 10) einen Plusgetriebesatz (14) auf, mittels dem die Drehrichtung des Sonnenrades (5; 6; 7) oder des Hohlrades (8; 9; 10) umkehrbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Getriebeeinheit gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Insbesondere bei Windkraftanlagen finden Getriebe zur Wandlung des Drehmoments und der Drehzahl zwischen Getriebeeingangs- und Getriebeausgangswelle Anwendung. Hierbei wird ein an der Getriebeeingangswelle anliegendes hohes Drehmoment mit geringer Drehzahl in ein an der Getriebeausgangswelle anliegendes reduziertes Drehmoment mit höherer Drehzahl gewandelt. Grundsätzlich lassen sich diese Getriebe in Getriebearten einteilen, die entweder seriell hintereinander geschaltete Planetenstufen oder parallel geschaltete Planetenstufen aufweisen. In die letztgenannte Kategorie fällt das sogenannte Differenzialgetriebe, das in der Regel aus drei Planetenstufen besteht. Durch geeignete Kopplung der ersten beiden Stufen lässt sich eine günstige Drehmomentenaufteilung auf diese beiden Planetenstufen realisieren. Die Summation in der dritten Planetenstufe erlaubt eine Leistungszusammenführung und einhergehend damit eine entsprechende Darstellung eines hohen Übersetzungsbereichs.
Aus der EP 1 240 443 B1 ist ein derartiges Getriebe für Windkraftanlagen bekannt. Es besteht aus einer antriebsseitigen symmetrisch aufgebauten Planetenstufe, der mindestens eine Getriebestufe nachgeschalten ist, wobei die Planetenstufe aus mindestens zwei gleichdimensionierten parallelgeschalteten leistungsverzweigenden Planetengetrieben besteht. Den leistungsverzweigenden Planetengetrieben ist eine lastausgleichende Differenzialgetriebestufe nachgeschaltet. Die Differenzialgetriebestufe ist als passives Differenzial in Form eines Ausgleichsplanetengetriebes ausgebildet. Sie führt eine gleichmäßige Leistungsverzweigung an den beiden angeschlossenen Sonnenwellen der aus den Planetengetrieben bestehenden Planetenstufen aus. Hierbei steht die eine Sonnenwelle mit dem Sonnenrad und die andere Sonnenwelle mit dem Hohlrad der Differenzialgetriebestufe in Wirkverbindung, wobei der Planetenträger der Differenzialgetriebestufe den Abtrieb ausbildet. Alternativ ist die Differenzialgetriebestufe als aktives Differenzial in Form einer axialweich gelagerten und entgegengesetzt schrägverzahnten Ausgleichsstirnradpaarung ausgebildet. Diese führt einerseits eine gleichmäßige Leistungsverzweigung an den beiden angeschlossenen Sonnenwellen der aus den Planetengetrieben bestehenden Planetenstufen aus und ist andererseits als Getriebestufe an der Gesamtübersetzung des Getriebes beteiligt. Die eine Sonnenwelle steht hierbei mit dem einen Ausgleichsstirnrad der Ausgleichsstirnradpaarung und die andere Sonnenwelle mit deren anderen Ausgleichsstirnrad in Wirkverbindung.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Zeichnungen.
Es wird eine Getriebeeinheit, insbesondere für eine Windkraftanlage, vorgeschlagen, die eine erste, zweite und dritte Planetenstufe aufweist. Die erste Planetenstufe ist antriebsseitig angeordnet. Die dritte Planetenstufe ist abtriebsseitig angeordnet. Vorzugsweise ist die zweite Planetenstufe in Längsrichtung der Getriebeeinheit zwischen der ersten und der dritten Planetenstufe ausgebildet. Die drei Planetenstufen sind derart miteinander gekoppelt, dass ein antriebsseitiges Drehmoment auf die erste und zweite Planetenstufe aufteilbar und in der dritten Planetenstufe zusammenführbar ist. Die Getriebeeinheit kann somit auch für sehr hohe Drehmomente kompakt ausgebildet werden, da das antriebsseitige Drehmoment durch die vorzugsweise Parallelschaltung der ersten und zweiten Planetenstufe auf diese aufgeteilt wird, so dass die erste und zweite Planetenstufe für geringere Lasten ausgelegt werden kann, wodurch die Dimensionen dieser reduziert werden können. Hierdurch kann die Getriebeeinheit sehr kompakt und bauraumsparend ausgebildet werden. Durch die anschließende Summation in der dritten Planetenstufe kann abtriebsseitig eine im Vergleich zur Antriebsseite höhere Drehmoment umgesetzt werden, wodurch der Wirkungsgrad der dafür vorgesehenen Windkraftanlage verbessert werden kann. Zum Zusammenführen der aufgeteilten Drehmomente in der dritten Planetenstufe ist die erste oder die zweite Planetenstufe mit einem Hohlrad der dritten Planetenstufe gekoppelt. Die andere Planetenstufe ist mit zumindest einem Planetenrad der bzw. dem Planetenträger dritten Planetenstufe gekoppelt. Vorzugsweise sind die Planetenräder in einem Träger drehbar gelagert, mit dem wiederum eine der beiden ersten Planetenstufen derart gekoppelt ist, dass sich die Planetenstufe, der Träger und die Planetenräder als Einheit in Umfangsrichtung der Getriebeeinheit zu drehen vermögen. Infolgedessen wird das Hohlrad der dritten Planetenstufe und der Planetenträger der dritten Planetenstufe jeweils von einer der beiden ersten Planetenstufen derart angetrieben, dass sie in Umfangsrichtung der Getriebeeinheit bewegbar sind.
Um abtriebsseitig eine hohe Drehzahl realisieren zu können, ist das Hohlrad und der Planetenträger der dritten Planetenstufe derart mit den beiden anderen Planetenstufen gekoppelt, dass sich das Hohlrad und der Planetenträger in Umfangsrichtung der Planetenstufe in entgegengesetzte Richtungen bewegen. Eine der drei Planetenstufen ist als Plusplanetengetriebe ausgebildet. Unter einer Plusplanetenstufe wird ein Planetenstufe verstanden, welcher ein zentrales Sonnenrad aufweist einen ersten Satz Planetenräder, welcher zumindest ein Planetenrad umfasst, wobei dieses Planetenrad mit dem Sonnenrad kämmt und mit zumindest einen weiteren zweiten Planetenrad aus einem zweiten Satz an Planetenrädern kämmt. Das zweite Planetenrad kämmt in einem Hohlrad, wobei das Hohlrad zumindest teilweise die Planetenstufe umschließt. Die Planetenräder sind an einem Planetenträger drehbar gelagert, so dass die Drehachsen der Planetenräder um das Sonnenrad bewegt werden können. Bei einer Plusplanetenstufe bewegt sich bei einem fixierten Planetenträger das Hohlrad und das Sonnenrad in unterschiedliche Richtungen. Vorteilhafterweise kann somit eine sehr einfache und bauraumsparende Kopplung der drei Planetenstufen umgesetzt werden. Ferner können mittels der Plusplanetenstufe gleiche Komponenten zweier benachbarter Planetenstufen insbesondere die Hohlräder gleichwirkend, d.h. feststehend oder um die Längsachse der Getriebeeinheit rotierend, ausgebildet sein. Dies ermöglicht demnach eine konstruktive Vereinfachung der Getriebeeinheit sowie eine Reduktion des technischen Ausfallsrisikos kombiniert mit den Vorteilen kompakter Bauweise und hoher Übersetzungsmöglichkeiten.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Plusplanetenstufe ein mit dem Sonnenrad der Planetenstufe einkämmendes radial inneres erstes Planetenrad und ein mit dem Hohlrad der Planetenstufe einkämmendes radial äußeres Planetenrad auf. Diese sind derart miteinander gekoppelt, dass sie sich um ihre jeweilige Drehachse zueinander in entgegengesetzte Richtungen zu drehen vermögen. Vorteilhafterweise kann somit im Vergleich zu einem gewöhnlichen Planetengetriebe die Drehrichtung des Hohlrades oder des Sonnenrades umgekehrt werden. Dies kann vorliegend mit konstruktiv einfachen Mitteln umgesetzt werden. Somit können die drei Planetenstufen derart miteinander gekoppelt werden, dass die Getriebeeinheit sehr bauraumsparend und konstruktiv einfach ausgebildet sein kann. Hierdurch werden die Herstellungskosten der Getriebeeinheit sowie deren Ausfallrisiko erheblich reduziert.
Die beiden Zahnräder können konstruktiv einfach miteinander gekoppelt werden, wenn diese zueinander in Radialrichtung der Getriebeeinheit ausgerichtet und/oder miteinander verzahnt sind.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die beiden Zahnräder mittels eines Zahnradträgers in Radialrichtung der Getriebeeinheit gemeinsam gehalten sind. Der Zahnradträger nimmt demnach die Planetenräder derart drehbar gelagert auf, dass sich die Planetenräder in Umfangsrichtung der Getriebeeinheit durch den Planetenträger geführt als Einheit zu bewegen vermögen. Durch die Kopplung der beiden Planetenräder mittels des Planetenträgers rotiert somit das radial innere erste Planetenrad und das damit einkämmende Sonnenrad um ihre jeweilige Drehachse in entgegengesetzte Richtungen. Hierdurch kann eine sehr kompakte und konstruktiv einfache Umsetzung der drehmomentaufteilenden Getriebeeinheit realisiert werden.
Eine sehr kompakte und bauraumsparende Kopplung der drei Planetenstufen kann sichergestellt werden, wenn der Planetenträger um das Sonnenrad drehbar ausgebildet ist.
Alternativ kann der Planetenträger aber auch feststehend ausgebildet sein. Die oben genannten Vorteile kommen insbesondere dann zu tragen, wenn der Plusplanetensatz mit dem feststehenden Planetenträger in der ersten Planetenstufe ausgebildet ist.
Die Getriebeeinheit kann sehr kostengünstig herstellt werden, wenn zumindest zwei benachbarte Planetenstufen einen gemeinsamen Gesamtträger aufweisen. Der Gesamtträger umfasst hierbei die Planetenträger zweier benachbarter Planetenstufen. Der Gesamtträger koppelt diese drehfest miteinander. Besonders bauraumsparend kann die Getriebeeinheit mittels des Gesamtträgers insbesondere dann ausgebildet werden, wenn der Plusgetriebesatz mit dem Planetenträger in der ersten oder zweiten Planetenstufe ausgebildet ist. Der Gesamtträger ist vorzugsweise einteilig in Rahmen eines Gießverfahrens hergestellt. Hierdurch können die Herstellungskosten der Getriebeeinheit reduziert werden. Alternativ kann der Gesamtträger aber auch mehrteilig ausgebildet sein, wobei vorzugsweise die einzelnen Planetenträger jeweils ein Teil des Gesamtträgers ausbilden. Die Planetenträger können kraft-, stoff- und/oder formschlüssig miteinander verbunden sein. Zum lösbaren Verbinden der Planetenträger sind diese vorzugsweise mittels Befestigungsmitteln, insbesondere Schrauben, Bolzen und/oder Nieten, miteinander verbunden. Bei einer derartigen zweiteiligen Ausführung des Gesamtträgers wird die Montage sowie Demontage der Getriebeeinheit erleichtert.
Das Ausfallrisiko der Getriebeeinheit kann reduziert werden, wenn der Gesamtträger mit einer Antriebswelle drehfest gekoppelt ist oder antriebsseitig zumindest teilweise als eine solche ausgebildet ist. Durch die somit drehbare Ausbildung des Gesamtträgers können die Hohlräder der Plantetenstufen feststehend ausgebildet werden, wodurch teuere, konstruktiv aufwendige sowie fehleranfällige Lagerungen der Hohlräder vermieden werden können.
Vorteilhaft ist es, wenn die beiden Hohlräder der ersten und zweiten Planetenstufe, insbesondere bei einer als Plusgetriebesatzausgebildeten zweiten Planetenstufe feststehend ausgebildet sind. Hierbei bilden die feststehenden Hohlräder vorzugsweise zumindest einen Teil eines Gehäuses der Getriebeeinheit aus. Vorteilhafterweise kann somit der konstruktive Aufwand der Getriebeeinheit reduziert werden, da eine aufwendige und, insbesondere bei hohen Lasten, fehleranfällige Lagerung der Hohlräder entfällt. Die Getriebeeinheit ist hierdurch robuster ausgebildet, so dass das technische Ausfallrisiko reduziert wird.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Hohlräder der ersten, zweiten und dritten Planetenstufe, insbesondere bei einer als Plusgetriebesatz, ausgebildeten ersten Planetenstufe, wobei die Hohlräder der ersten und zweiten Planetenstufe eine Einheit bilden. Somit kann der konstruktive Aufwand der Getriebeeinheit reduziert werden.
Die Getriebeeinheit kann sehr kompakt ausgebildet werden, wenn das Sonnenrad der zweiten Planetenstufe als Hohlwelle ausgebildet ist, in die sich das als Vollwelle ausgebildete Sonnenrad der ersten Planetenstufe zumindest teilweise erstreckt. Das als Vollwelle ausgebildete Sonnenrad der ersten Planetenstufe kann alternativ auch als Hohlwelle ausgebildet sein. Eine solche Hohlwelle kann auch verwendet werden, um elektrische Leitungen hindurch zu führen.
Vorteilhaft ist es, wenn die dritte Planetenstufe mit den Sonnenrädern der beiden anderen Planetenstufen gekoppelt ist, da hierdurch die geometrischen Abmaße der Getriebeeinheit reduziert werden können. Wenn die ersten oder die zweite Planetenstufe als Plusplanetenstufe ausgebildet ist, ist das Sonnenrad der ersten Planetenstufe vorzugsweise mit dem Planetenträger der dritten Planetenstufe gekoppelt. Zugleich ist hierbei das Sonnenrad der zweiten Planetenstufe mit dem Hohlrad der dritten Planetenstufe drehfest gekoppelt. Wenn alternativ die dritte Planetenstufe als Plusgetriebesatzausgebildet ist, ist vorzugsweise das Sonnenrad der ersten Planetenstufe mit dem Hohlrad der dritten Planetenstufe und das Sonnenrad der zweiten Planetenstufe mit dem Planetenträger der dritten Planetenstufe drehfest gekoppelt. Wenn die drei Planetenstufen gemäß den vorstehenden Ausführungen miteinander gekoppelt sind, kann die Getriebeeinheit sehr bauraumsparend ausgebildet werden. Ferner erfolgt hierdurch eine sehr robuste Getriebeeinheit, die weniger fehleranfällig ist.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1. eine schematische Halbdarstellung einer Getriebeeinheit mit einer als Plusgetriebesatz ausgebildeten zweiten Planetenstufe
2 eine schematische Halbdarstellung einer Getriebeeinheit mit einer als Plusgetriebesatz ausgebildeten ersten Planetenstufe und
3 eine schematische Halbdarstellung einer Getriebeeinheit mit einer als Plusgetriebesatz ausgebildeten dritten Planetenstufe.
1 zeigt eine Getriebeeinheit 1 in einer schematischen Halbdarstellung. Die Getriebeeinheit 1 umfasst eine erste Planetenstufe 2, die antriebsseitig in der Getriebeeinheit 1 angeordnet ist. Abtriebsseitig weist die Getriebeeinheit 1 eine dritte Planetenstufe 4 auf. In Längsrichtung der Getriebeeinheit 1 ist zwischen der ersten Planetenstufe 2 und der dritten Planetenstufe 4 eine zweite Planetenstufe 3 angeordnet. Die drei Planetenstufen 2, 3, 4 sind derart miteinander gekoppelt, dass ein antriebsseitiges Drehmoment auf die erste und zweite Planetenstufe 2, 3 aufgeteilt wird. Hierdurch kann die Getriebeeinheit 1 vorteilhafterweise sehr kompakt ausgebildet werden, da die erste und zweite Planetenstufe 2, 3 jeweils einem geringeren Drehmoment standhalten müssen.
Das auf die erste und zweite Planetenstufe 2, 3 aufgeteilte Drehmoment wird wieder im abtriebsseitigen Bereich der Getriebeeinheit 1 in der dritten Planetenstufe 4 zusammengeführt. Alle Planetenstufen 2, 3, 4, weisen jeweils ein zentrales Sonnenrad 5, 6, 7, ein dieses umgebendes Hohlrad 8, 9, 10 und radial zwischen diesen angeordnete Planetenräder 11 auf. Die Planetenräder 11 der ersten und dritten Planetenstufe 2, 4 sind jeweils in einem Planetenträger 12, 13 drehbar gelagert gehalten. Sie drehen sich demnach durch die Planetenträger 12, 13 geführt in Umfangsrichtung der Getriebeeinheit 1 um das jeweilige Sonnenrad 5, 7.
Die zweite Planetenstufe 3 ist als Plusplanetenstufe ausgebildet. Die zweite Planetenstufe 3 weist ein radial inneres erstes Planetenrad 15 und ein radial äußeres zweites Planetenrad 16 auf. Das radial innere erste Planetenrad 15 kämmt mit dem Sonnenrad 6 der zweiten Planetenstufe 3 ein. Das radial äußere zweite Planetenrad 16 ist im Gegensatz dazu im Bereich zwischen dem Sonnenrad 6 und dem Hohlrad 9 mittels einem Planetenträger 18 derart angeordnet, dass es in einem radial äußeren Bereich mit dem Hohlrad 9 der zweiten Planetenstufe 3 einkämmt. Die beiden Planetenräder 15, 16 sind miteinander derart gekoppelt, dass sie sich um ihre jeweilige Drehachse stets in entgegengesetzte Richtungen zueinander drehen. Hierfür sind sie in einem Bereich 17 miteinander verzahnt.
Die beiden Planetenräder 15, 16 sind zueinander und im Bereich zwischen dem Sonnenrad 6 und dem Hohlrad 9 mittels eines Planetenträgers 18 drehbar gelagert gehalten und in Umfangsrichtung der Getriebeeinheit 1 geführt. Die beiden Planetenräder 15, 16 sind demnach mittels des Planetenträgers 18 als Einheit drehbar um das Sonnenrad 6 ausgebildet. Der erste Planetenträger 12 der ersten Planetenstufe 2 und der Planetenträger 18 der zweiten Planetenstufe 3 sind als Gesamtträger 19 ausgebildet. Infolgedessen drehen sich die Planetenräder 11 der ersten Planetenstufe 2 sowie die Planetenräder 15, 16 der zweiten Planetenstufe 3 durch die Kopplung mittels des Gesamtträgers 19 in Umfangsrichtung der Getriebeeinheit 1 gemeinsam um das jeweilige Sonnenrad 5, 6 bzw. um die Längsachse der Getriebeeinheit 1.
Gemäß 1 weist die Getriebeeinheit 1 antriebsseitig eine Antriebswelle 20 auf, mittels derer ein hohes Drehmoment mit relativ niedriger Drehzahl in die Getriebeeinheit 1 eingebracht wird. Die Antriebswelle 20 ist mit dem ersten Planetenträger 12 der ersten Planetenstufe 2 gekoppelt. Dadurch, dass der Gesamtträger 19 sowohl den ersten Planetenträger 12 der ersten Planetenstufe 2 als auch den Planetenträger 18 der zweiten Planetenstufe 3 umfasst, werden beide Planetenträger 12, 18 durch das an der Antriebswelle 20 anliegende Drehmoment in Rotation versetzt. Das hohe Drehmoment der Antriebswelle 20 wird somit im Wesentlichen zu gleichen Teilen insbesondere in einer Aufteilung 60:40 auf die erste und zweite Planetenstufe 2, 3 der Getriebeeinheit 1 aufgeteilt.
Die beiden Hohlräder 8, 9 der ersten und zweite Planetenstufe 2, 3 sind jeweils feststehend ausgebildet. Hierfür sind sie mit einem in 1 nicht dargestellten Gehäuse der Getriebeeinheit 1 gekoppelt oder bilden zumindest einen Teil dieses Gehäuses aus. Hierdurch kann die Getriebeeinheit 1 sehr bauraumsparend, konstruktiv einfach sowie kostengünstig umgesetzt werden, da teure und aufwendige Lagerungen der Hohlräder 8, 9 wegfallen.
Aufgrund der feststehenden Hohlräder 8, 9 rollen sich die durch den ersten Planetenträger 12 in Rotation versetzten Planetenräder 11 der ersten Planetenstufe 2 derart im ersten Hohlrad 8 ab, dass das erste Sonnenrad 5 der ersten Planetenstufe 2 in Rotation versetzt wird. Die Rotationsrichtung des ersten Sonnenrades 5 entspricht hierbei der Rotationsrichtung der Antriebswelle 20 bzw. des ersten Planetenträgers 12. Im Gegensatz dazu rollt sich das radial äußere zweite Planetenrad 16 der zweiten Planetenstufe 3 im feststehenden zweiten Hohlrad 9 derart ab, dass das radial innere erste Planetenrad 15 aufgrund der Kopplung im Bereich 17 in eine im Vergleich zum radial äußeren zweiten Planetenrad 16 in eine entgegengesetzte Rotation versetzt wird. Da das radial innere erste Planetenrad 15 mit dem zweiten Sonnenrad 6 der zweiten Planetenstufe 3 verzahnt ist, wird das zweite Sonnenrad 6 in Rotation versetzt. Aufgrund des Plusgetriebesatzes erfolgt jedoch, wie vorstehend beschrieben, eine Drehrichtungsumkehr, so dass das zweite Sonnenrad 6 in eine im Vergleich zum ersten Sonnenrad 5 entgegengesetzte Richtung rotiert. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, dass das zweite Sonnenrad 6 und das damit eingreifende radial innere erste Planetenrad 15 zueinander in Bezug auf ihre jeweilige Drehachse in entgegengesetzte Richtungen rotieren.
Das zweite Sonnenrad 6 der zweiten Planetenstufe 3 ist als Hohlwelle 21 ausgebildet. Das erste Sonnenrad 5 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Vollwelle 22 ausgebildet, die sich durch die Hohlwelle 21 der zweiten Planetenstufe 3 hindurch erstreckt. Die Hohlwelle 21 ist abtriebsseitig mit dem dritten Hohlrad 10 der dritten Planetenstufe 4 drehfest gekoppelt. Die Vollwelle 22 koppelt hingegen das erste Sonnenrad 5 der ersten Planetenstufe 2 mit dem dritten Planetenträger 13 der dritten Planetenstufe 4, der wiederum die Planetenräder 11 der dritten Planetenstufe 4 drehbar gelagert aufnimmt. Der dritte Planetenträger 13 und das dritte Hohlrad 10 der dritten Planetenstufe 4 rotieren aufgrund der Drehrichtungsumkehr mittels des zumindest einen Plusgetriebesatzes 14 in der zweiten Planetenstufe 3 umfangsmäßig in zueinander entgegengesetzte Richtungen. Hierdurch wird die Drehzahl der Planetenräder 11 der dritten Planetenstufe 4 im Vergleich zur Drehzahl der Antriebswelle 20 stark erhöht. Das auf die erste und zweite Planetenstufe 2, 3 aufgeteilte Drehmoment wird somit in dem dritten Sonnenrad 7 der dritten Planetenstufe 4 derart zusammengeführt, dass eine mit dem dritten Sonnenrad 7 gekoppelte Abtriebswelle 23 mit einer im Vergleich zur Antriebswelle 20 erhöhten Drehzahl betrieben wird.
Die vorstehend beschriebene erste Kopplungsvariante der drei Planetenstufen 2, 3, 4 in Verbindung mit der durch den zumindest einen Plusgetriebesatz 14 bedingten Drehrichtungsumkehr, hat die wesentlichen Vorteile, dass die Getriebeeinheit 1 sehr kompakt und kostengünstig ausgebildet werden kann. Ferner ist sie weniger fehleranfällig, da durch die beiden feststehenden Hohlräder 8, 9 der ersten und zweiten Planetenstufe 2, 3 aufwendige und fehleranfällige Lagerungen eingespart werden können.
2 zeigt eine alternative Ausführungsform der Getriebeeinheit 1, bei der der Plusgetriebesatz 14 in der ersten Planetenstufe 2 ausgebildet ist. Die dritte Planetenstufe 4 ist im Vergleich zum in 1 darstellten ersten Ausführungsbeispiel identisch ausgebildet. Im Gegensatz zu dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist der zwischen der ersten und zweiten Planetenstufe 2, 3 ausgebildete Gesamtträger 19 feststehend ausgebildet. Infolgedessen drehen sich die Planetenräder 11 bzw. die radial inneren ersten und radial äußeren zweiten Zahnräder 15, 16 des Plusgetriebesatzes 14 nicht um die Längsachse der Getriebeeinheit 1. Stattdessen sind die beiden Hohlräder 8, 9 der ersten und zweiten Planetenstufe 2, 3 drehbar ausgebildet. Sie sind miteinander gekoppelt, wobei das erste Hohlrad 8 mit der Antriebswelle 20 verbunden ist, so dass die beiden Hohlräder 8, 9 durch das antriebsseitige Drehmoment in Drehung versetz werden. Das an der Antriebswelle 20 anliegende Drehmoment wird somit im Wesentlichen zu gleichen Teilen auf die beiden Hohlräder 8, 9 der beiden ersten Planetenstufen 2, 3 aufgeteilt. Aufgrund des feststehenden Zahnradträgers 18 der ersten Planetenstufe 2 wird das radial äußere zweite Zahnrad 16 um seine durch die drehbare Lagerung im Zahnradträger 18 festgelegte Drehachse in Rotation versetzt.
Aufgrund der Verzahnung der beiden Zahnräder 15, 16 im Bereich 17 wird auch das radial innere erste Zahnrad 15 in Drehung versetzt, wobei sich die beiden Zahnräder 15, 16 in zueinander entgegengesetzte Richtungen drehen. Hierdurch erfolgt eine Drehrichtungsumkehr des zentralen ersten Sonnenrades 5, so dass sich dieses im Vergleich zum zweiten Sonnenrad 6 der zweiten Planetenstufe 3 in eine dazu entgegengesetzte Richtung zu rotieren vermag. Das zweite Sonnenrad 6 der zweiten Planetenstufe 3 steht mit dem in Umfangsrichtung der Getriebeeinheit feststehenden Planetenrad 11 der zweiten Planetenstufe 3 in Eingriff. Aufgrund der wie im ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Kopplung mit der dritten Planetenstufe 4 dreht sich das dritte Hohlrad 10 und der dritte Planetenträger 13 in Umfangsrichtung der Getriebeeinheit 1 in entgegengesetzte Richtungen. Hierdurch erfolgt die gewünschte Summation des zuvor auf die erste und zweite Planetenstufe 2, 3 aufgeteilten Drehmomentes in der dritten Planetenstufe 4. Aufgrund der zueinander entgegengesetzten Rotation des ersten und zweiten Sonnenrades 5, 6 erfolgt eine Erhöhung des Drehmomentes des dritten Sonnenrades 7.
Alternativ kann gemäß dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Plusgetriebesatz 14 auch in der dritten Planetenstufe 4 ausgebildet sein. Hierbei ist die erste und zweite Planetenstufe 2, 3 im Wesentlichen als gewöhnliches Planetengetriebe ausgebildet. Die Antriebswelle 20 ist mit dem ersten Planetenträger 12 der ersten Planetenstufe 2 gekoppelt. Das erste Hohlrad 8 ist feststehend ausgebildet, so dass sich die Planetenräder 11 der ersten Planetenstufe 2 in dem außenliegenden, feststehenden ersten Hohlrad 8 derart abwälzen, dass das mit den Planetenrädern 11 in Eingriff stehende erste Sonnenrad 5 in Rotation versetzt wird, wobei die Rotationsrichtung des ersten Sonnenrades 5 der Rotationsrichtung der Antriebswelle 20 entspricht.
Der erste Planetenträger 12 ist drehfest mit dem zweiten Hohlrad 9 der zweiten Planetenstufe 3 gekoppelt. Im Gegensatz zur ersten Planetenstufe 2 ist der zweite Planetenträger 24 der zweiten Planetenstufe 3 mit dem hier nicht dargestellten Gehäuse derart gekoppelt, dass der zweite Planetenträger 24 feststehend ausgebildet ist. Infolgedessen versetzt das außenliegende zweite Hohlrad 9 die Planetenräder 11 der zweiten Planetenstufe 3 derart in Rotation, dass das innenliegende zweite Sonnenrad 6 der zweiten Planetenstufe 3 in eine zum ersten Sonnenrad 5 entgegengesetzte Rotationsrichtung gedreht wird. Das erste Sonnenrad 5 der ersten Planetenstufe 2 ist mit dem dritten Hohlrad 10 der dritten Planetenstufe 4 drehfest gekoppelt. Das zweite Sonnenrad 6 der zweiten Planetenstufe 3 ist mit dem Zahnradträger 18 der dritten Planetenstufe 4 drehfest gekoppelt. Infolgedessen wird das dritte Hohlrad 10 und der Zahnradträger 18 der dritten Planetenstufe 4 in Umfangsrichtung der Getriebeeinheit 1 in entgegengesetzte Richtungen gedreht. Infolgedessen werden die im Bereich 17 miteinander verzahnten Zahnräder 15, 16 in zueinander entgegengesetzte Rotation versetzt. Das radial innere erste Zahnrad 15 treibt hierbei das dritte Sonnenrad 7 derart an, dass die damit gekoppelte Abtriebswelle 23, die Antriebswelle 20 und das erste Sonnenrad 5 bzw. die Vollwelle 22 in dieselbe Richtung rotieren.
Der Gesamtträger 19 kann einteilig oder aber auch in einem in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel mehrteilig ausgebildet sein. Bei letzterem Ausführungsbeispiel würde der Zahnradträger 18 und der erste Planetenträger 12 der ersten Planetenstufe 2 jeweils ein Teil des Gesamtträgers 19 ausbilden. In einem Verbindungsbereich ist der Zahnradträger 18 mit dem ersten Planetenträger 12 form-, kraft- und/oder stoffsschlüssig verbunden. Zur leichteren Montage sowie Demontage ist es vorteilhaft, wenn der Zahnradträger 18 mit dem ersten Planetenträger 12 mittels Befestigungsmitteln, insbesondere Schrauben, Bolzen und/oder Nieten, lösbar verbunden ist.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn diese in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind.
Bezugszeichenliste

1: Getriebeeinheit
2: erste Planetenstufe
3: zweite Planetenstufe
4: dritte Planetenstufe
5: erstes Sonnenrad
6: zweites Sonnenrad
7: drittes Sonnenrad
8: erstes Hohlrad
9: zweites Hohlrad
10: drittes Hohlrad
11: Planetenrad
12: erster Planetenträger
13: dritter Planetenträger
14: Plusgetriebesatz
15: radial inneres erstes Zahnrad
16: radial äußeres zweites Zahnrad
17: Bereich
18: Zahnradträgers
19: Gesamtträger
20: Antriebswelle
21: Hohlwelle
22: Vollwelle
23: Abtriebswelle
24: zweiter Planetenträger

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1240443 B1 [0003]

Claims

Getriebeeinheit (1), insbesondere für eine Windkraftanlage, mit einer antriebsseitigen ersten Planetenstufe (2), einer zweiten Planetenstufe (3) und einer abtriebsseitigen dritten Planetenstufe (4), die derart miteinander gekoppelt sind, dass ein antriebsseitiges Drehmoment auf die erste und zweite Planetenstufe (2; 3) aufteilbar und in der dritten Planetenstufe (4) zusammenführbar ist, wobei die erste oder die zweite Planetenstufe (2; 3) mit einem Hohlrad (10) der dritten Planetenstufe (4) und die andere dieser beiden Planetenstufen (2; 3) mit zumindest einem Planetenrad (11) der dritten Planetenstufe (4) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Planetenstufen (2; 3; 4) im Bereich zwischen ihrem zentralen Sonnenrad (5; 6; 7) und ihrem radial außenliegenden Hohlrad (8; 9; 10) einen Plusgetriebesatz (14) aufweist, mittels dem die Drehrichtung des Sonnenrades (5; 6; 7) oder des Hohlrades (8; 9; 10) umkehrbar ist.
Getriebeeinheit nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Plusgetriebesatz (14) ein mit dem Sonnenrad (5; 6; 7) der Planetenstufe (2; 3; 4) einkämmendes radial inneres erstes Zahnrad (15) und ein mit dem Hohlrad (8; 9; 10) der Planetenstufe (2; 3; 4) einkämmendes radial äußeres zweites Zahnrad (16) aufweist, die derart miteinander gekoppelt sind, dass sie sich um ihre jeweilige Drehachse zueinander in entgegengesetzte Richtungen zu drehen vermögen.
Getriebeeinheit nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Zahnräder (15; 16) zueinander in Radialrichtung der Getriebeeinheit (1) ausgerichtet und/oder miteinander verzahnt sind.
Getriebeeinheit nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Zahnräder (15; 16) mittels eines Zahnradträgers (18) in Radialrichtung der Getriebeeinheit (1) gemeinsam gehalten sind.
Getriebeeinheit nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnradträger (18), insbesondere in der zweiten oder dritten Planetenstufe (3; 4), um das Sonnenrad (6; 7) drehbar ausgebildet ist.
Getriebeeinheit nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnradträger (18), insbesondere in der ersten Planetenstufe (2), feststehend ausgebildet ist.
Getriebeeinheit nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnradträger (18), insbesondere in der ersten oder zweiten Planetenstufe (2; 3), mit einem Planetenträger (12; 24) einer benachbarten Planetenstufe (2; 3; 4) drehfest gekoppelt ist, so dass ein Gesamtträger (19) ausgebildet ist.
Getriebeeinheit nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtträger (19) antriebsseitig als Antriebswelle (20) ausgebildet ist oder mit einer Antriebswelle (20) drehfest gekoppelt ist.
Getriebeeinheit nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Hohlräder (8; 9) der ersten und zweiten Planetenstufe (2; 3), insbesondere bei einem in der zweiten Planetenstufe (3) ausgebildeten Plusgetriebesatz (14), feststehend ausgebildet sind.
Getriebeeinheit nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräder (8; 9; 10) der ersten, zweiten und dritten Planetenstufe (2; 3; 4), insbesondere bei einem in der ersten Planetenstufe (2) ausgebildeten Plusgetriebesatz (14), drehbar ausgebildet sind.
Getriebeeinheit nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (6) der zweiten Planetenstufe (3) als Hohlwelle (21) ausgebildet ist, in die sich das als Vollwelle (22) ausgebildete Sonnenrad (5) der ersten Planetenstufe (2) zumindest teilweise erstreckt.
Getriebeeinheit nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Planetenstufe (4) mit den Sonnenrädern (5; 6) der beiden anderen Planetenstufen (2; 3) gekoppelt ist.