DE102013211288A1 - Triebstranganordnung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Triebstranganordnung mit wenigstens einem Triebstrangmodul (1), wenigstens einer eine Drehachse (X) aufweisenden Welle (2), die sich an dem wenigstens einen Triebstrangmodul (2) abstützt, und einem Maschinenträger (3), wobei das wenigstens eine Triebstrangmodul (1) an dem Maschinenträger (3) befestigt ist, wobei der Maschinenträger (3) einen länglichen Grundkörper (5) mit einem derart ausgebildeten Querschnitt aufweist, dass ein Schubmittelpunkt (S) des Querschnitts und ein Flächenschwerpunkt (F) des Querschnitts auseinanderfallen, wobei der Schubmittelpunkt (S) außerhalb des Querschnitts des Grundkörpers (5) liegt und in Bezug auf den Flächenschwerpunkt (F) in Richtung der Drehachse (X) der wenigstens einen Welle (2) versetzt angeordnet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Triebstranganordnung mit wenigstens einem Triebstrangmodul, wenigstens einer eine Drehachse aufweisenden Welle, die sich an dem wenigstens einen Triebstrangmodul abstützt, und einem Maschinenträger mit einem länglichen Grundkörper, wobei das wenigstens eine Triebstrangmodul an dem Maschinenträger befestigt ist.
  • Triebstranganordnungen dieser Art sind bekannt und werden insbesondere im Bereich großmaschineller Triebstränge von industriellen Anlagen oder von Wind-, Strömungs- oder Wasserkraftwerkanlagen eingesetzt. Dabei kann ein Triebstrang ein Antriebs- oder ein Abtriebsstrang sein.
  • Bei Windkraftanlagen wird als Triebstrang beispielsweise die Gesamtheit der leistungsübertragenden drehenden Komponenten vom Rotor bis zum Generator bezeichnet, die nachfolgend Triebstrangmodule genannt werden. Der Rotor, meist bestehend aus drei Rotorblättern und der Nabe, formt aerodynamische Leistung in mechanische Leistung der drehenden Hauptwelle um. Die Nabe muss einerseits gelagert werden und leitet andererseits die Drehbewegung an das Getriebe oder bei getriebelosen Anlagen direkt an den Generator weiter. Weitere Triebstrangmodule sind üblicherweise eine Zwischenwelle mit Wartungsbremse, eine Kupplung und der Generator selbst, der die mechanische Leistung in elektrische Leistung transformiert. Netzseitig ist oft ein Umrichter vorgesehen, wobei im Falle von netzsynchron betriebenen Maschinen darauf verzichtet werden kann. Die Bremse ist oft in Form einer mechanischen Bremse an der schnell laufenden Zwischenwelle zwischen Getriebe und dem Generator angeordnet, da dort das Bremsmoment kleiner ist, so dass die Bremsen insgesamt kleiner ausfallen und günstiger hergestellt werden können. An der Hauptwelle befindet sich zumeist auch die Hauptlagerung der Betriebskräfte.
  • Teilweise können die Hauptlager aber auch in die Getriebeeinheit integriert sein.
  • Bedingt durch den Rotor entstehen während des Betriebs hohe Gewichts- und Betriebskräfte sowie Gier- und Nickmomente. Eine Weiterleitung dieser Kräfte und Momente über die Hauptwelle an das Getriebe würde zu einer drastischen Verkürzung der Lebensdauer des Getriebes führen. Um dies zu verhindern, wird im Stand der Technik versucht, die Gewichtskräfte sowie Gier- und Nickmomente aus dem Rotor möglichst vollständig in einen Maschinenträger abzuleiten, auf dem der Triebstrang fixiert ist. Der Maschinenträger weist als Hauptkomponente einen länglichen Grundkörper auf, an dem die einzelnen Triebstrangmodule über Flanschpratzen oder dergleichen befestigt sind. Aufgrund der während des Betriebs wirkenden hohen Kräfte ist der Grundkörper des Maschinenträgers sehr stabil ausgelegt. Eingesetzt werden normalerweise Grundkörper, die als Hohlprofil oder als Vollprofil ausgebildet sind und einen punktsymmetrischen Querschnitt aufweisen, insbesondere einen rechteckigen oder H-förmigen Querschnitt. Zur Verbesserung der Stabilität eines Maschinenträgers wird im Stand der Technik üblicherweise die Wandstärke des Grundkörpers erhöht.
  • Um die Gewichtskräfte sowie Gier- und Nickmomente auf den Grundkörper des Maschinenträgers abzuleiten, werden mehrere Befestigungsstellen benötigt, mit denen die Fixierung der Triebstrangmodule über Krafteinleitungsstellen definiert werden kann. Dies stellt grundsätzliche Anforderungen an den Maschinenträger des Triebstrangs im Sinne des gesamten Kraftflusses.
  • Dies führt zu einigen grundsätzlichen konstruktiven Restriktionen und Problemen:
    • 1) Im Sinne einer statisch bestimmten Lagerung des Triebstrangs müssen Loslager und Festlager definiert werden, damit es nicht zu einem statisch unbestimmten System kommt. Da aber das erste Hauptlager der Hauptwelle, welche je nach Triebstrang treibt oder getrieben wird, zwingend als ein Festlager ausgestaltet sein muss, müssen alle folgenden Lager und Auflager unter allen Umständen Loslager sein. Dennoch muss eine zuverlässige Drehmomentabstützung aller drehmomentbeaufschlagten Triebstrangmodule, z.B. des Getriebes, des Generators oder auch der Bremssattel, erfolgen.
    • 2) Das erste Hauptlager leitet als Festlager Kräfte in allen 6 Freiheitsgraden in den Maschinenträger ein.
    • 3) Das zweite Hauptlager muss in Form eines Loslagers alle Transversalkräfte der Hauptwelle in den Maschinenträger einleiten. Das zweite Hauptlager kann als einzelnes Lager, eine sogenannte 4-Punktlagerung, oder als integriertes Lager in der ersten Getriebestufe mit Krafteinleitung über Planetenträgerlager in die Drehmomentstütze, sogenannte 3-Punktlagerung, ausgebildet sein. In beiden Fällen muss das zweite Hauptlager ein Loslager sein.
    • 4) Die Drehmomentstützen des Getriebes und des Generators leiten ebenfalls als Loslager definiert ihre Reaktionskräfte in ihre Befestigungsstellen ein. In Summe führt die Krafteinleitung aller Auflager und Lagerböcke zu diversen belastungsbedingten Verformungen innerhalb der Maschinenträgerstruktur.
    • 5) Die zwingende elastische Lagerung aller nach dem Hauptlager verbauten Loslager führt zu einer verringerten Steifigkeit der Auflager, auch wenn hier bereits bekannt ist, mit transversal zu radial, oder torsional unterschiedlichen Federsteifigkeiten über die Aufhängeflanschpunkte zu arbeiten. Grundsätzlich sind damit im Vergleich zu einer Festeinspannung, bei der das System mit allen Einleitungen ideal steif gelagert ist, höhere Verformungen durch die Torsionskräfte zu erwarten.
    • 6) Alle Auflagerpunkte des Triebstrangs müssen mit ihrem Einfluss der Einzel-Fertigungstoleranzen aufeinander abgestimmt werden, wozu auch die Montagetoleranzen gezählt werden müssen. Zusammen mit den später auftretenden betriebsbedingten Verformungen führen diese Abweichungen von einer Wellenflucht, d.h. einer Geraden durch eine Drehachse einer Welle des Triebstrangs, zu Zwangskräften, die statisch unbestimmt sein werden.
    • 7) Ein eventuell vorhandener Achsabstand des Triebstrangs, wie er bei nachgeschalteten Stirnradstufen üblicherweise auftritt, sowie die bevorzugte Drehrichtung des Triebstrangs führen weiterhin dazu, dass sich das Problem der Verformung aufgrund der Drehmomentabstützung der Triebstrangmodule über ihre Befestigungsstellen asymmetrisch auf den Maschinenträger ausprägt, was die vorherige Bestimmung der Verformungen wiederum deutlich komplizierter werden lässt.
  • In Reaktion auf die vorgenannten konstruktiven Restriktionen und Probleme stellen heute diverse Formen von elastischen Kupplungen oder Auflagern die übliche Lösung dar, beispielsweise sogenannte Rupex, Eupex oder Lammelenkupplungen.
  • Die nötigen radialen Ausgleichsbewegungen oder der Ausgleich der Winkelfehler der Wellenfluchten werden zum Beispiel bei einer doppelkardanischen Aufhängung eines Antriebstranges (z.B. Hybriddrive Winergy AG) durch definiert verminderte Steifigkeiten in einer Form realisiert, dass die Verformung nicht zu großen Rückstellkräften auf die Lagerungen führen.
  • Dennoch weisen Gelenke unter Last zentrierende Kräfte auf und Radialversätze führen unter Last ebenfalls zu Zentrierkräften, welche die Lagerungen unsymmetrisch und in nicht berechneter Form als Zwangskräfte belasten können.
  • Aus allen diesen Zusammenhängen ergibt sich am Ende eine Reihe von betriebsbedingten und prinzipbedingten Zwangskräften, die sich mit den Betriebskräften überlagern. Gerade bei Großmaschinen entsteht dabei aufgrund der Größeneffekte ein für den Maschinenbau bisher wenig beachteter Problembereich, der sich im Betrieb der Anlage und deren typischen Schadensbilder widerspiegelt.
  • Ungeachtet dessen haben sich im Stand der Technik im Wesentlichen zwei klassische Wege unabhängig von der Art der Integration der einzelnen Triebstrangmodule zueinander oder der Art der Einbindung der Hauptwellenlagerung durchgesetzt:
    • 1) Einbindung der Hauptwelle in eine klassische Triebstrangkonstruktion mittels 2-Punktlagerung oder Momentenlagerung der Hauptwelle, oder mittels 3-Punktlagerung und Befestigung des Triebstrangs auf dem jeweiligen Maschinenträger.
  • Alle Zwischenverbindungen werden mittels Kupplungen oder Flanschen gebildet. Die Triebstrangmodule sind über Drehmomentstützen elastisch aufgehängt und deren elastische Aufhängungen müssen durch Toleranzen oder externe Lasten bedingte Versatzbewegungen kompensieren.
    • 2) Eigenständige Lagerung der Hauptwelle mit kardanischer Kupplung gegenüber den weiteren Triebstrangmodulen, beispielsweise bei dem Compactprinzip des Hybriddrives.
  • Durch die Elemente der vollkardanischen Aufhängung in Kombination mit der Transversal- und Radialkraftfreiheit zusammen mit der notwendigen 2-Punktlagerung oder der Momentenlagerung entsteht ein Triebstrang, der lediglich auf Torsion belastet wird und weitgehend zwangskraftfrei ist.
  • Die Hauptwelle des Triebstranges und deren eigenständige Lagerung führen zu Maschinenträgerverformungen, die durch die weiche Lagerung im Sinne ihrer Zwangskräfte entkoppelt werden. Allerdings ziehen die weichen Lagerungen bei einem modularen Aufbau von Hauptwelle, Hauptlager, Getriebe und Generator unnötig viele und hohe Achsfehlstellungen nach sich.
  • Zusammengefasst führt dies zum Einsatz von Elastomerelementen bestimmbarer Steifigkeit der beiden klassischen Lösungswege, sowohl in Form der Kupplung auf der Welle, als auch in Form von Widerlagern am Maschinenträger.
  • Nachteilig ist, dass die Torsion des Hauptwellenstranges zu einer rückwirkenden Zwangskraft auf die beiden Lagerböcke der Hauptwelle oder der Momentenlagerung führt, da die Torsionskraft der Welle ein Gegenmoment im Hauptträger verursacht, das eine Verdrillung der Wellenflucht bewirkt, da der Hauptträger tordiert.
  • Die vollkardanische Kupplung zwischen Hauptwelle und Drehmomentstütze des Triebstrangs versucht dieses für den folgenden Triebstrang schädigungsirrelevant zu halten, indem der Strang kardanisch verkippen kann, um schädigende, auf die Triebstrangmodule wirkende Zwangskräfte zu vermeiden.
  • Die klassischen Stützelemente versuchen dies über orientierungsspezifische Steifigkeiten zu kompensieren, indem sie radial steif, aber axial weich ausgeführt sind oder umgekehrt. Damit wird der Zwangsverformung der Wellenflucht aufgrund des tordierenden Hauptträgers eine genügende Verformungsmöglichkeit mit verringerter Rückstellkraft angeboten, die dem idealen Loslagerprinzip gerecht werden soll. Die Lagerstellen des Stranges können dann der Hauptwelle bzw. Wellenflucht hinterherlaufen, wenn diese durch die Torsion des Hauptträgers verdrillt und entsprechend einen bogenförmigen Verlauf annimmt.
  • Dies ist jedoch nicht optimal realisierbar, da jede Verformung bei endlicher Steifigkeit zu einer Zwangskraft führt, die sich in der Fehlausrichtung der Lagerstellen im Triebstrang äußert und zu nicht gewollten Belastungen in der Kinematik führt. Insbesondere da eine Torsion eines klassischen Maschinenträgers, beispielsweise einer Schwinge, zu einer oben beschriebenen kreisbogenförmigen Verschränkung beider Wellenenden führt. Diese bogenförmige Verformung in Bezug auf die Wellenenden muss eine Kupplung ausgleichen, wobei die Rückstellkräfte zu einseitigen Lagerbelastungen führen, die als Kräftepaar auftreten und äußerlich bilanziert nicht existent sind. Daher können die Rückstellkräfte nicht im Rahmen von klassischen, äußeren Kräftebilanzen ermittelt werden. Die Rückstellkräfte müssen gemessen oder aber aufwändig berechnet werden.
  • Nachteilig ist somit, dass ein Drehmoment auf eines der Triebstrangmodule zu einem Wegkippen und Verdrillen des Maschinenträgers führt. Damit ist der Betrieb der Triebstranganordnung bei nicht sachgerechter Auslegung gefährdet, weshalb die Zwangskräfte immer berücksichtigt werden müssen. Die Verdrillung der Wellenflucht in Bezug auf den Maschinenträger, der als Auflagerpunkt für die Lagerstellen dient, muss aufwendig durch hohe Kupplungsversatze oder Fundamentversatze aufgefangen werden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Triebstranganordnung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die ein Verdrillen der Wellenflucht des Antriebstranges verringert oder ganz verhindert.
  • Diese Aufgabe ist bei der Triebstranganordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Maschinenträger einen länglichen Grundkörper mit einem derart ausgebildeten Querschnitt aufweist, dass ein Schubmittelpunkt des Querschnitts und ein Flächenschwerpunkt des Querschnitts auseinanderfallen, wobei der Schubmittelpunkt außerhalb des Querschnitts des Grundkörpers liegt und in Bezug auf den Flächenschwerpunkt in Richtung der Drehachse der wenigstens einen Welle versetzt angeordnet ist.
  • Durch diesen Versatz des Schubmittelpunkts hin zu der Drehachse der Welle wird der vertikale Abstand zwischen der Drehachse der wenigstens einen Welle und dem Schubmittelpunkt des Grundkörpers verringert, wodurch sich das Ausmaß der Wellenfluchtverdrillung aufgrund einer Torsionsbelastung des Maschinenträgers und der Welle während des Betriebs reduziert.
  • Der Schubmittelpunkt ist derjenige Punkt eines Profils, in dem eine Torsionsbelastung zu einer reinen Verdrillung um den Schubmittelpunkt führt. Fällt der Wellenmittelpunkt mit dem Schubmittelpunkt zusammen, führt eine Torsion der Welle aufgrund der Schubmittelpunktslage des Grundkörpers zu einem Verdrillen des Grundkörpers um den Schubmittelpunkt. Die Welle jedoch tordiert nur und erfährt selber keine Verdrillung, da es keinen Hebelarm in Bezug auf den Schubmittelpunkt gibt.
  • Je größer der Abstand zwischen dem Wellenmittelpunkt und dem Schubmittelpunkt des Grundkörpers ist, desto größer wird die mit der Torsion einhergehende tangentiale Verkippung der Wellenflucht aufgrund der Verdrillung des Systems um den Schubmittelpunkt.
  • Bauartbedingt ist es nicht immer möglich, die Drehachse der wenigstens einen Welle möglichst nahe an den Maschinenträger heranzuführen, wie es z.B. in einer vollständig koaxialen Anordnung der Fall wäre. Um den Schubmittelpunkt des Grundkörperquerschnitts dennoch möglichst nahe an der Drehachse der wenigstens einen Welle anzuordnen, kann erfindungsgemäß die Form des Grundkörpers derart manipuliert werden, dass der Schubmittelpunkt möglichst weit außerhalb hin zur Drehachse der Welle verschoben wird.
  • Zweckmäßigerweise ist das wenigstens eine Triebstrangmodul derart ausgelegt und angeordnet, dass ein vertikaler Abstand der wenigstens einen Drehachse zu dem Schubmittelpunkt kleiner ist als das Fünffache eines Durchmessers der wenigstens einen Welle. Damit wird sichergestellt, dass die während des Betriebs auf die Welle wirkende Torsion eine Verdrillung der Welle um den Schubmittelpunkt hervorruft, die ein in Bezug zum zulässigen Kupplungsausgleichsweg kritisches Längenmaß nicht überschreitet.
  • Bevorzugt ist der vertikale Abstand kleiner als der Durchmesser der wenigstens einen Welle. Mit einem solchen Abstand sind besonders gute Ergebnisse erzielt worden.
  • Weiterhin kann das wenigstens eine Triebstrangmodul derart angeordnet sein, dass die Drehachse der wenigstens einen Welle zumindest im Wesentlichen parallel zu einer gedachten durch die Schubmittelpunkte des Grundkörpers verlaufenden Gerade verläuft.
  • Vorteilhaft ist der Triebstrang derart angeordnet, dass die Drehachse der wenigstens einen Welle durch sämtliche Schubmittelpunkte des länglichen Grundkörpers verläuft. Dies kann konstruktiv auch zu einer nicht konstanten Außenlinie des Grundkörpers führen, z.B. zu einer konischen Außenlinie um mit sinkender Drehmomentbelastung im Strang den Querschnitt des Grundkörpers anpassen zu können. Die Zusammenlegung des Schubmittelpunktes des Grundkörpers mit der Wellenmittellinie führt dazu, dass der Hebelarm zwischen Schubmittelpunkt und Wellenmittellinie zu Null wird, weshalb die Welle und ihre Lagerstellen trotz einer auf die Welle einwirkenden Torsion nicht tangential verdrillt sondern nur eine Tordierung erfährt, die für die Lagerungen betriebsgemäß nicht negativ ist. Somit wird nur der Maschinenträger um den Schubmittelpunkt verdrillt, was prinzipgemäß für den Betrieb der beweglichen Maschinenteile (Lager und Wellen) nicht von negativer Folge ist. Entsprechend kann der Maschinenträger im Vergleich zu den im Stand der Technik bekannten geschlossenen Hohlprofilen deutlich leichter ausgelegt sein, da nach dem Stand der Technik heute das maximale Maß der Lagerverkippung hervorgerufen durch die Verdrillung begrenzend wirkt. Dies führt zu Eckträgern im Lager und führt zu Schäden im Dauerbetrieb. Der Grundträger wird daher gegen Verformung ausgelegt, nicht gegen maximale Spannung. Erfindungsgemäß ist der Grundkörper nun nur durch maximale Spannungen begrenzt. Dieses Maß wird erst sehr spät erreicht, so dass der Grundträger leicht und kostengünstig ausgelegt werden kann.
  • Des Weiteren kann der Grundkörper einen unsymmetrischen oder höchstens einfachsymmetrischen Querschnitt aufweisen.
  • Vorteilhaft weist der Grundkörper einen u-förmig, c-förmig oder hutförmig ausgebildeten Querschnitt auf. Bei diesen Querschnittsformen liegt der Schubmittelpunkt weit außerhalb des Grundkörpers. Auf diese Weise kann der Schubmittelpunkt näher an die Drehachse der Welle gebracht werden.
  • Bevorzugt weist das Profil des Grundköpers über seine gesamte Längserstreckung einen konstanten Querschnitt auf. Ein derart ausgestalteter Grundkörper ist einfach auszulegen und herzustellen.
  • Vorteilhaft ist das wenigstens eine Triebstrangmodul an dem Grundkörper befestigt, insbesondere an einer geschlossenen Seite des Grundkörpers, besser noch zumindest an einem Schenkel des Grundkörpers, der einer offenen Seite des Grundkörpers gegenüberliegt. Auf diese Weise ist eine stabile Fixierung des wenigstens einen Triebstrangmoduls an dem Grundkörper des Maschinenträgers erreichbar. Zudem kann durch diese Anordnung die Drehachse der wenigstens einen Welle möglichst nahe, bevorzugterweise direkt in die Schubmittelpunkte des Grundkörpers gelegt werden.
  • Weiterhin können an dem Grundkörper wenigstens zwei Drehmomentauflager vorgesehen sein, und das wenigstens eine Triebstrangmodul kann an zwei der Drehmomentauflagern befestigt sein.
  • Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt:
  • 1 eine vereinfachte Querschnittsansicht einer Triebstranganordnung aus dem Stand der Technik;
  • 2 eine Querschnittansicht einer Triebstranganordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3 eine Querschnittansicht eines alternativen Maschinenträgers der Triebstranganordnung aus 2; und
  • 4 einen Querschnitt eines weiteren alternativen Maschinenträgers der Triebstranganordnung aus 2.
  • In 1 ist eine aus dem Stand der Technik bekannte Triebstranganordnung dargestellt. Die Triebstranganordnung umfasst ein Triebstrangmodul 101, beispielsweise ein Getriebe, das mit einer Hauptwelle 102 gekoppelt ist. Weiterhin gehört zu der Triebstranganordnung ein Maschinenträger 103, wobei das Triebstrangmodul 101 an einer Oberseite 104 des Maschinenträgers 103 befestigt ist. Der Maschinenträger 103 weist einen länglichen Grundkörper 105 auf, bei dem es sich um ein Hohlprofil mit rechteckigem Querschnitt handelt. Bei diesem punktsymmetrischen Querschnitt ist der Flächenschwerpunkt F identisch mit dem Schubmittelpunkt S. Eine Drehachse X der Hauptwelle 102 liegt oberhalb des Grundkörpers 105 und ist im vertikalen Abstand H zum Schubmittelpunkt S des Grundkörpers 105 angeordnet. Der Abstand zwischen dem Wellenmittelpunkt bzw. der Drehachse X und der Einspannung des Grundkörpers 105 wiederum zum Fundament ist mit L gekennzeichnet und fällt hier weitgehend mit dem Abstand H zusammen.
  • Während des Betriebs rotiert die Hauptwelle 102 um die Drehachse X. Durch ein auf die Hauptwelle 102 wirkendes Drehmoment wird eine waagerecht auf der Drehachse X der Hauptwelle 102 stehende Querkraft Q erzeugt. Der vertikale Abstand H bildet damit einen Hebelarm, mit dem aus dem Produkt Q × H = T (Torsionsmoment) die Größe Q ermittelt werden kann, die in Summe auf den Querschnitt des Grundkörpers 105 wirkt und dort im Querschnitt zu einer Schubspannung führt. Diese Schubspannung muss rechnerisch für den Querschnitt durch eine weitere Querkraft Q’ als sogenanntes Kräftepaar derart angesetzt werden, dass nur eine Torsionslast durch die beiden Kräfte gebildet wird.
  • Die im Maschinenträger 103 wirkenden Schubspannungen, die durch das Kräftepaar Querkraft Q und Q’ hervorgerufen werden, führen zu einer Verdrillung des Maschinenträgers 103 bzw. des Grundkörpers 105 in Richtung des Pfeils T, die geometrisch bedingt um den Schubmittelpunkt S herum verlaufen muss.
  • Um diese Verdrillung (Wellenverwindung) der Wellenflucht um den Winkel φ zu vermeiden, da sie wie oben beschrieben zu Lagerverkippungen, Zwangskräften und Wellenfluchtfehlern aufgrund der Wellenverwindung führt, wird der Maschinenträger 103 bzw. dessen Grundkörper 105 im Stand der Technik besonders torsionssteif ausgelegt. Dadurch wird die Rückwirkung des Hebelarms H, der konstant bleibt, auf die Wellenverwindung um den Grundkörper 105 herum vermindert, die sich anhand des dadurch reduzierten Winkelmaßes φ beziffern lässt.
  • In 2 ist eine Triebstranganordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Triebstranganordnung, insbesondere für eine Windkraftanlage oder industrielle Motorschwinge, umfasst ein Triebstrangmodul 1, beispielsweise ein Getriebe, das mit einer Hauptwelle 2 gekoppelt ist, die einen Wellendurchmesser D aufweist. Weitere mögliche Triebstrangmodule, insbesondere ein die Hauptwelle 2 antreibender Rotor, eine weitere Zwischenwelle mit Wartungsbremse, eine Kupplung und ein Generator, sind hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
  • Weiterhin gehört zu der Triebstranganordnung ein Maschinenträger 3 mit einem Grundkörper 5, wobei das Getriebe 1 an einer geschlossenen Oberseite 4 des Grundkörpers 5 zwischen zwei nicht dargestellten Drehmomentauflagern befestigt ist. Bei dem Grundkörper 5 handelt es sich um ein längliches Profil mit u-förmigem Querschnitt. Bei diesem einfachsymmetrischen Querschnitt fallen der Flächenschwerpunkt F und der Schubmittelpunkt S auseinander. Der Flächenschwerpunkt F ist innerhalb des Grundkörpers 5 angeordnet und der Schubmittelpunkt S liegt ausgehend vom Flächenschwerpunkt F außerhalb des Grundkörpers 5 und ist in Bezug auf den Flächenschwerpunkt F in Richtung der Drehachse X der Hauptwelle 2 versetzt. Genauer gesagt liegen der oberhalb der Oberseite 4 des Grundkörpers 5 angeordnete Schubmittelpunkt S des hier gezeigten Profilabschnitts sowie sämtliche Schubmittelpunkte S des Grundkörpers auf der Drehachse X der Hauptwelle 2. Es existiert dadurch kein Hebelarm H aber weiterhin der Hebelarm L zur Einleitung der Torsion über den Trägerrahmen in das Fundament. Ein auf die Hauptwelle 2 wirkendes Moment führt somit zu keiner Verdrillung der Welle um den Maschinenträger 3 herum, da der Hebelarm H zwischen Schubmittelpunkt S und Wellenflucht, der dem vertikalen Abstand der Drehachse X der Hauptwelle 2 zu dem Schubmittelpunkt S des Grundkörpers 5 entspricht, Null ist. Damit bewirkt das Moment oder das gleich wirkende Kräftepaar aus Q und Q’ lediglich eine Torsion der Welle 2 um seine Auflagerpunkte. Der Maschinenträger 3 bzw. der Grundkörper 5 hingegen tordiert um seinen Schubmittelpunkt S herum in Größenordnung des Winkels φ. Dieser Winkel ist geprägt durch die Torsionskraft und das Torsionswiderstandsmoment des Grundkörpers 5. Da es keine Verdrillung der Wellenflucht gibt, wirkt sich der Winkel φ nicht schädigend auf das Tragverhalten der Lagerstellen aus.
  • Auch wenn bei der in 2 dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Schubmittelpunkt S des Grundkörpers 5 und die Drehachse X der Welle 2 zusammenfallen, was bevorzugt der Fall ist, sollte klar sein, dass der Schubmittelpunkt S zwischen dem Flächenschwerpunkt F des Grundkörpers 5 und der Drehachse X angeordnet sein kann. Je geringer der Abstand zwischen dem Schubmittepunkt S und der Drehachse X ist, desto bessere Ergebnisse werden erzielt. So kann ein vertikaler Abstand H zwischen der Drehachse X und dem Schubmittelpunkt S des Grundkörpers 5 kleiner als das Fünffache des Durchmessers D der Welle 2 gewählt sein, besser noch kleiner als der Durchmesser D der Welle 2.
  • In den 3 und 4 sind alternative Querschnitte des länglichen Grundkörpers 5 dargestellt. Der Grundkörper 5 kann gemäß 3 einen c-förmigen Querschnitt aufweisen, bei dem der Schubmittelpunkt S ebenfalls außerhalb des Grundkörpers 5 liegt und nicht mit dem Flächenschwerpunkt F zusammenfällt. Im Vergleich zu dem u-förmigen Querschnitt liegt der Schubmittelpunkt S etwas näher an der Oberseite 4 des Grundkörpers 5.
  • Gemäß 4 kann der Grundkörper 5 auch einen hutförmigen Querschnitt aufweisen. Im Vergleich zu dem c-förmigen Querschnitt liegt der Schubmittelpunkt S wiederum etwas näher an der Oberseite 4 des Grundkörpers 5.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (12)

  1. Triebstranganordnung mit wenigstens einem Triebstrangmodul (1), wenigstens einer eine Drehachse (X) aufweisenden Welle (2), die sich an dem wenigstens einen Triebstrangmodul (2) abstützt, und einem Maschinenträger (3), wobei das wenigstens eine Triebstrangmodul (1) an dem Maschinenträger (3) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Maschinenträger (3) einen länglichen Grundkörper (5) mit einem derart ausgebildeten Querschnitt aufweist, dass ein Schubmittelpunkt (S) des Querschnitts und ein Flächenschwerpunkt (F) des Querschnitts auseinanderfallen, wobei der Schubmittelpunkt (S) außerhalb des Querschnitts des Grundkörpers (5) liegt und in Bezug auf den Flächenschwerpunkt (F) in Richtung der Drehachse (X) der wenigstens einen Welle (2) versetzt angeordnet ist.
  2. Triebstranganordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Triebstrangmodul (1) derart ausgelegt und angeordnet ist, dass ein vertikaler Abstand (H) der wenigstens einen Drehachse (X) zu dem Schubmittelpunkt (S) kleiner ist als das Fünffache eines Durchmessers (D) der wenigstens einen Welle (2).
  3. Triebstranganordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der vertikale Abstand (H) kleiner ist als der Durchmesser (D) der wenigstens einen Welle (2).
  4. Triebstranganordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Triebstrangmodul (1) derart angeordnet ist, dass die Drehachse (X) der wenigstens einen Welle (2) zumindest im Wesentlichen parallel zu einer gedachten durch die Schubmittelpunkte (S) des Grundkörpers (5) verlaufenden Gerade verläuft.
  5. Triebstranganordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Triebstrang (1) derart angeordnet ist, dass die Drehachse (X) der wenigstens einen Welle (2) durch sämtliche Schubmittelpunkte (S) des länglichen Grundkörpers (5) verläuft.
  6. Triebstranganordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (5) einen unsymmetrischen oder höchstens einfachsymmetrischen Querschnitt aufweist.
  7. Triebstranganordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (5) einen u-förmig, c-förmig oder hutförmig ausgebildeten Querschnitt aufweist.
  8. Triebstranganordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundköper (5) über seine gesamte Längserstreckung einen konstanten Querschnitt aufweist.
  9. Triebstranganordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Triebstrangmodul (1) an dem Grundkörper (5) befestigt ist.
  10. Triebstranganordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Triebstrangmodul (1) an einer geschlossenen Seite des Grundkörpers (5) befestigt ist.
  11. Triebstranganordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Triebstrangmodul (1) zumindest an einem Schenkel (6) des Grundkörpers (5) befestigt ist, der einer offenen Seite des Grundkörpers (5) gegenüberliegt.
  12. Triebstranganordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Grundkörper (5) wenigstens zwei Drehmomentauflager vorgesehen sind, und dass das wenigstens eine Triebstrangmodul (1) an zwei der Drehmomentauflagern befestigt ist.
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