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Die Erfindung betrifft ein Getriebe für eine Windkraftanlage nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Aus dem Stand der Technik sind sogenannte Wolfrom-Getriebe bekannt. Diese weisen ein erstes Hohlrad und ein zweites Hohlrad auf. Das erste Hohlrad ist drehbar gelagert und mit einer An- oder Abtriebswelle verbunden. Das zweite Hohlrad ist drehfest angeordnet. Die Planetenräder eines Wolfrom-Getriebes weisen jeweils ein erste Verzahnung und eine zweite Verzahnung auf. Dabei kämmt die erste Verzahnung mit dem ersten Hohlrad. Mit dem zweiten Hohlrad kämmt die zweite Verzahnung. Weiterhin kämmt die zweite Verzahnung mit einem drehbar gelagerten Sonnenrad.
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Bei einem Wolfrom-Getriebe wird kein Planetenträger mit einem axial gerichteten Drehmoment beaufschlagt, insbesondere nicht mit dem Eingangsdrehmoment des Rotors. Auch die Planetenlager befinden sich daher nicht in einem Drehmomentfluss eines axial gerichteten Drehmoments.
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Da aber das zweite Planetenrad sowohl mit dem zweiten Hohlrad, als auch mit dem Sonnenrad kämmt, kann die zweite Verzahnung weder bezüglich des zweiten Hohlrads, noch bezüglich des Sonnenrads optimiert werden. Stattessen muss ein Kompromiss gefunden werden, der sowohl das Hohlrad als auch das Sonnenrad berücksichtigt. Dies wirkt sich negativ auf das Geräusch- und Vibrationsverhalten aus und verschlechtert die Effizienz.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, unter Umgehung der dem aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen innewohnenden Nachteile ein Getriebe für eine Windkraftanlage bereitzustellen. Insbesondere sollen die Vorteile eines Wolfrom-Getriebes realisiert werden, ohne dessen Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Gesucht ist also ein leise laufendes, effizientes Getriebe für eine Windkraftanlage, bei dem die Planetenlager und die Planetenbolzen bzw. -wellen nur geringen Belastungen ausgesetzt sind.
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Diese Aufgabe wird durch ein Getriebe nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 7 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein erfindungsgemäßes Getriebe für eine Windkraftanlage weist ein erstes Hohlrad, ein zweites Hohlrad, mindestens ein Planetenrad mit einer ersten Verzahnung und einer zweiten Verzahnung, einen Planetenträger und ein Sonnenrad auf.
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Das erste Hohlrad ist in einer ortsfesten Komponente des Getriebes, etwa in einem Getriebegehäuse, drehbar gelagert und kämmt mit der ersten Verzahnung. Das zweite Hohlrad hingegen ist drehfest in einer ortsfesten Komponente des Getriebes, etwa in dem Getriebegehäuse, fixiert. Vorzugsweise ist das zweite Hohlrad ortsfest fixiert. Das zweite Hohlrad kämmt mit der zweiten Verzahnung. Neben dem ersten Hohlrad sind auch das Sonnenrad und der Planetenträger drehbar in einer ortsfesten Komponente des Getriebes, etwa in dem Getriebegehäuse, gelagert. Das Planetenrad ist drehbar in dem Planetenträger gelagert.
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Bevorzugt sind das erste Hohlrad, das zweite Hohlrad, das Sonnenrad und der Planetenträger koaxial zueinander angeordnet, wobei sich das erste Hohlrad, das Sonnenrad und der Planetenträger um eine gemeinsame Drehachse drehen.
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Die Drehachse des Planetenrads, die Drehachse des ersten Hohlrads, des Sonnenrads und des Planetenträgers verlaufen bevorzugt parallel zueinander.
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Erfindungsgemäß weist das Planetenrad eine dritte Verzahnung auf, die mit dem Sonnenrad kämmt. Die erste Verzahnung, die zweite Verzahnung und die dritte Verzahnung sind zueinander drehfest und zueinander koaxial ausgerichtet. Insbesondere sind die Drehachsen der ersten Verzahnung, der zweiten Verzahnung und der dritten Verzahnung identisch.
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Das Planetenrad kann einstückig, als Stufenplanet ausgeführt sein oder mindestens dreistückig – mit einem ersten Zahnrad, das die erste Verzahnung ausbildet, einem zweiten Zahnrad, das die zweite Verzahnung ausbildet, und einem dritten Zahnrad, das die dritte Verzahnung ausbildet. Der Stufenplanet bzw. die drei Zahnräder sind jeweils drehfest mit einer Planetenwelle verbunden.
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Wie bei einem Wolfrom-Getriebe befindet sich bei dem erfindungsgemäßen Getriebe kein Planetenlager in einem Drehmomentfluss eines axial gerichteten Drehmoments. Dies verlängert die Lebensdauer der Lager und ermöglicht es, die Lager kleiner zu dimensionieren. Darüber hinaus kämmt jede der drei Verzahnungen des Planetenrads nur mit genau einer weiteren Verzahnung. So kämmt die erste Verzahnung des Planetenrads ausschließlich mit einer Verzahnung des ersten Hohlrads, die zweite Verzahnung des Planetenrads kämmt ausschließlich mit einer Verzahnung des zweiten Hohlrads und die dritte Verzahnung des Planetenrads kämmt ausschließlich mit einer Verzahnung des Sonnenrads. Bei der Optimierung der Verzahnungen des Planetenrads müssen daher keine Kompromisse eingegangen werden.
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Das Getriebe weist vorzugsweise mindestens eine Planetenwelle auf, mit der das Planetenrad bzw. ein erstes Zahnrad, ein zweites Zahnrad und ein drittes Zahnrad, die das Planetenrad bilden, drehfest verbunden sind. Insbesondere sind das erste Zahnrad, das zweite Zahnrad und das dritte Zahnrad mit derselben Planetenwelle verbunden. Die Planetenwelle ist drehbar in dem Planetenträger gelagert. Ihre ist identisch mit der Drehachse des Planetenrads bzw. des ersten Zahnrads, des zweiten Zahnrads und des dritten Zahnrads. Die Planetenwelle rotiert mit dem Planetenträger um die gemeinsame Drehachse des ersten Hohlrads, des Planetenträgers und des Sonnenrads.
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In einer bevorzugten Weiterbildung weist das Getriebe mindestens ein erstes Lager und mindestens ein zweites Lager auf, mit denen das Planetenrad in dem Planetenträger gelagert ist. Besonders vorteilhaft hat sich in axialer Richtung eine Anordnung der ersten Verzahnung und der zweiten Verzahnung mindestens teilweise zwischen dem ersten Lager und dem zweiten Lager sowie des zweiten Lagers mindestens teilweise zwischen der zweiten Verzahnung und der dritten Verzahnung erwiesen. Mindestens ein Teil der ersten Verzahnung und mindestens ein Teil der zweiten Verzahnung befinden sich also zwischen mindestens einem Teil des ersten Lagers und mindestens ein Teil des zweiten Lagers. Dies ist dann der Fall, wenn es eine das erste Lager mit dem zweiten Lager verbindende Gerade bzw. Strecke gibt, die durch die erste Verzahnung und die zweite Verzahnung verläuft. Bevorzugt verläuft jede das erste Lager mit dem zweiten Lager verbindende Gerade bzw. Strecke durch die erste Verzahnung und die zweite Verzahnung.
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Analog ist mindestens ein Teil des zweiten Lagers zwischen mindestens einem Teil der zweiten Verzahnung und mindestens einen Teil der dritten Verzahnung angeordnet. Es gibt also eine die zweite Verzahnung mit der dritten Verzahnung verbindende Gerade bzw. Strecke gibt, die durch das zweite Lager verläuft.
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Axial, d. h. entlang einer gemeinsamen Drehachse sind die genannten Komponenten bevorzugt wie folgt aufgereiht: Auf das erste Lager folgt die erste Verzahnung, auf die erste Verzahnung die zweite Verzahnung, auf die zweite Verzahnung das zweite Lager und auf das zweite Lager die dritte Verzahnung. Bezüglich des ersten Lagers ist also die erste Verzahnung in eine axiale Richtung versetzt angeordnet. Bezüglich der ersten Verzahnung ist die zweite Verzahnung in dieselbe Richtung angeordnet. In diese Richtung versetzt bezüglich der zweiten Verzahnung ist wiederum das zweite Lager versetzt angeordnet. Die dritte Verzahnung ist in die genannte Richtung gegenüber dem zweiten Lager versetzt angeordnet.
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Alternativ können sowohl die erste, die zweite als auch die dritte Verzahnung in axialer Richtung mindestens teilweise zwischen dem ersten Lager und dem zweiten Lager angeordnet sein. Mindestens ein Teil der ersten Verzahnung, mindestens ein Teil der zweiten Verzahnung und mindestens ein Teil der dritten Verzahnung befinden sich also zwischen mindestens einem Teil des ersten Lagers und mindestens einem Teil des zweiten Lagers. Dies entspricht einer Aufreihung entlang der gemeinsamen Drehachse wie folgt: Auf das erste Lager folgt die erste Verzahnung, auf die erste Verzahnung die zweite Verzahnung, auf die zweite Verzahnung die dritte Verzahnung und auf die dritte Verzahnung das zweite Lager.
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Die Lagerung des Planetenrads mittels des ersten Lagers und des zweiten Lagers erfolgt in einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung über die Planetenwelle.
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Dies bedeutet, dass die Planetenwelle mittels des ersten Lagers und des zweiten Lagers in dem Planetenträger gelagert ist. Aufgrund der Fixierung des Planetenrads in der Planetenwelle ist damit auch das Planetenrad in dem Planetenträger gelagert.
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Die Planetenwelle ist in einem Innenring des ersten Lagers und in einem Innenring des zweiten Lagers fixiert. Ein Außenring des ersten Lagers und ein Außenring des zweiten Lagers wiederum sind in dem Planetenträger fixiert. Der Planetenträger weist also Lageraufnahmen auf, in welche die Außenringe der beiden Lager eingesetzt werden. In die Innenringe der beiden Lager wird die Planetenwelle eingeführt. Die Fixierung der Planetenwelle in den Innenringen und die Fixierung der Außenringe in dem Planetenträger kann kraftschlüssig, etwa mittels eines üblichen Pressverbands, und/oder formschlüssig, etwa mittels Sicherungsringen erfolgen.
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Die oben beschriebene Anordnung der einzelnen Getriebekomponenten in axialer Richtung, hat den Vorzug, dass einzelne Getriebekomponenten auch dann zugänglich bleiben, wenn das Getriebe bereits in einer Gondel der Windkraftanlage eingebaut ist. Eine Welle die drehfest mit dem ersten Hohlrad verbunden ist, weist zu diesem Zweck in einer bevorzugten Weiterbildung eine erste Aussparung auf. Insbesondere kann die Welle einen ersten Bereich aufweisen, der als Anschlussstück dient und sich in vornehmlich radialer zwischen einem zweiten Bereich der Welle und dem ersten Hohlrad erstreckt. Der erste Bereich also trichterförmig ausgebildet. Er trennt einen inneren Bereich, in dem sich die oben beschriebenen Komponenten des Getriebes befinden, von einem äußeren Bereich, der für einen Monteur zugänglich ist. Die erste Aussparung macht als den Inneren Bereich für den Monteur zugänglich. Insbesondere kann der Monteur das erste Lager durch die erste Aussparung montieren und demontieren.
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Bei der genannten Welle handelt es sich etwa um eine Antriebs- bzw. Eingangswelle. Diese verbindet einen Rotor der Windkraftanlage mit dem Getriebe. Unter der Antriebs- bzw. Eingangswelle ist eine drehbare Komponente des Getriebes zu verstehen, die in einem von dem Rotor zu einem Generator übertragenden Drehmomentfluss am weitesten rotorseitig angeordnet ist.
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Bevorzugt wird darüber hinaus auch eine generatorseitige Zugänglichkeit des Getriebes. Bevorzugt ist entsprechend das Getriebe derart weitergebildet, dass das zweite Lager montier- und demontierbar, wenn das Getriebe in der Gondel der Windkraftanlage eingebaut ist. Hierzu sieht die Weiterbildung eine zweite Aussparung in dem Getriebegehäuse vor. Durch die zweite Aussparung kann der Monteur das zweite Lager montieren und demontieren.
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Generatorseitig kann das zweite Lager aber von der dritten Verzahnung verdeckt sein. In einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung ist daher auch die dritte Verzahnung durch die zweite Aussparung montier- und demontierbar. Dies bedeutet, dass das Planetenrad mindestens zweistückig, bestehend aus mindestens einem ersten Stück und einem zweiten Stück ausgeführt ist. Das zweite Stück weist die dritte Verzahnung auf und kann durch die zweite Aussparung montiert und demontiert werden. Das zweite Stück kann also von dem Monteur durch die zweite Aussparung hindurch in das Getriebegehäuse eingebracht und aus dem Getriebegehäuse entnommen werden.
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Das erste Stück weist die erste Verzahnung und die zweite Verzahnung auf. Auch kann das erste Stück wiederum zweistückig, bestehend aus einem ersten Teilstück und einem zweiten Teilstück, ausgeführt sein. In diesem Fall weist das erste Teilstück die erste Verzahnung auf, das zweite Teilstück die zweite Verzahnung. Das erste Stück und das zweite Stück bzw. das erste Teilstück, das zweite Teilstück und das zweite Stück sind drehfest miteinander verbunden. Insbesondere können die einzelnen Stücke des Planetenrads drehfest in der Planetenwelle fixiert sein, sodass die Planetenwelle die drehfeste Verbindung zwischen den einzelnen Stücken herstellt.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 1 dargestellt. Übereinstimmende Bezugszeichen kennzeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale. Im Einzelnen zeigt:
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1 ein Wolfrom-Getriebe mit dreifach verzahnten Planeten.
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Das Getriebe 101 weist ein erstes Hohlrad 103, ein zweites Hohlrad 105, Planetenräder 107, einen Planetenträger 109 und ein Sonnenrad 111 auf. Drehbar gelagert sind das erste Hohlrad 103, der Planetenträger 109 und das Sonnenrad 111. Das zweite Hohlrad 105 hingegen ist drehfest in einem Getriebegehäuse 113 fixiert.
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Die Planetenräder 107 sind dreifach verzahnt. So weisen die Planetenräder 107 jeweils eine erste Verzahnung 115, eine zweite Verzahnung 117 und eine dritte Verzahnung 119 auf. Die erste Verzahnung 115 kämmt mit dem ersten Hohlrad 103, die zweite Verzahnung 117 mit dem zweiten Hohlrad 105 und die dritte Verzahnung 119 mit dem Sonnenrad 111.
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Jede der drei Verzahnungen 115, 117, 119 ist als ein Stirnrad realisiert. Das Planetenrad 107 umfasst also ein erste Stirnrad 121, das die erste Verzahnung 115 aufweist, ein zweites Stirnrad 123, das die zweite Verzahnung 117 aufweist und ein drittes Stirnrad 125, das die dritte Verzahnung 119 aufweist.
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Zur Lagerung des Planetenrads 107 sind ein erstes Lager 127 und ein zweites Lager 129 vorgesehen. Drehbar mit dem ersten Lager 127 und in dem zweiten Lager 129 gelagert ist eine Planetenwelle 131. Die Planetenwelle 131 nimmt das erste Stirnrad 121, das zweite Stirnrad 123 und das dritte Stirnrad 125 auf. Dabei besteht zwischen den drei Stirnrädern 121, 123, 125 und der Planetenwelle 131 jeweils eine drehfeste Verbindung.
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Die einzelnen Komponenten sind auf der Planetenwelle 131 wie folgt angeordnet: Das erste Stirnrad 121 befindet sich in axialer Richtung zwischen dem ersten Lager 127 und dem zweiten Stirnrad 123; in axialer Richtung zwischen dem zweiten Stirnrad 123 und dem dritten Stirnrad 125 befindet sich das zweite Lager 129. Dabei ist das erste Lager 127 am weitesten rotorseitig angeordnet. Generatorseitig folgt auf das erste Lager 127 das erste Stirnrad 121, darauf das zweite Stirnrad 123, darauf das zweite Lager 129 und darauf schließlich das dritte Stirnrad 125.
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Das Getriebe 101 weist eine erste Welle 133 und eine zweite Welle 135 auf. Beide Wellen 133, 135 können wahlweise als Eingangs- oder Ausgangswelle dienen. Ist die erste Welle 133 als Eingangswelle ausgebildet, dient die zweite Welle 135 als Ausgangswelle. Entsprechend wird die erste Welle 133 zur Ausgangswelle, wenn die zweite Welle 135 als Eingangswelle verwendet wird.
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Die erste Welle 133 ist drehfest mit dem ersten Hohlrad 103 verbunden; die zweite Welle 135 ist drehfest mit dem Sonnenrad 111 verbunden.
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Ein Teil der ersten Welle 133 verläuft trichterförmig. In diesem Bereich ist die erste Welle 133 mit einer ersten Aussparung 137 versehen. Die Aussparung 137 macht das erste Lager 127 von außerhalb des Getriebes 101 für Wartungsarbeiten zugänglich.
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Das Getriebegehäuse 113 weist eine zweite Aussparung 137 auf. Durch die zweite Aussparung 137 ist zunächst das dritte Stirnrad 125 zugänglich und kann demontiert werden. Nach der Demontage des dritten Stirnrads 125 ist das zweite Lager 129 durch die zweite Aussparung 137 zugänglich und kann gewartet oder demontiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- Getriebe
- 103
- erstes Hohlrad
- 105
- zweites Hohlrad
- 107
- Planetenrad
- 109
- Planetenträger
- 111
- Sonnenrad
- 113
- Getriebegehäuse
- 115
- erste Verzahnung
- 117
- zweite Verzahnung
- 119
- dritte Verzahnung
- 121
- erstes Stirnrad
- 123
- zweites Stirnrad
- 125
- drittes Stirnrad
- 127
- erstes Lager
- 129
- zweites Lager
- 131
- Planetenwelle
- 133
- Eingangswelle
- 135
- Ausgangswelle
- 137
- erste Aussparung
- 139
- zweite Aussparung
