DE102015010101A1

DE102015010101A1 - Modulares Baukastensystem für Multi-MW-Windkraftgetriebe

Info

Publication number: DE102015010101A1
Application number: DE102015010101.3A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-08-05
Filing date: 2015-08-05
Publication date: 2017-02-09

Abstract

Die Erfindung ist ein Modulares Baukastensystem für Windkraftgetriebe. Das Baukastensystem basiert auf einem als „Mittelschneller Triebstrang” ausgelegten Planeten-Standgetriebe mit zwei Übersetzungsstufen, außen verzahntem großem Sonnenrad auf der Antriebswelle, und mehrfacher Lastverzweigung über außen liegende Planeten. Je zwei Lastzweige werden zu einer Ausgangswelle zusammengeführt. Sie bilden einen „Satelliten”. Zu jedem Satelliten gehört ein eigener kleiner Generator. Der Kraftfluss in einem Satelliten ist in axialer Richtung in zwei symmetrische Zweige aufgeteilt. Das Getriebegehäuse ist so ausgelegt, dass bis zu sechs Satelliten an das Eingangs-Sonnenrad angedockt werden können, das entspricht einer 12-fachen Lastverzweigung. Jeder Satellit hat eine Masse von unter acht Tonnen. Das Ausbaupotenzial eines erfindungsgemäßen Getriebebaukastens reicht von 4 MW mit zwei Satelliten bis theoretisch 18 MW mit sechs Satelliten und jeweils zwei bis sechs 2-MW- oder 3-MW-Generatoren. Die Satelliten und Generatoren aller Ausbaustufen sind gleich. Sowohl die Satelliten als auch der Sonnenradzahnkranz können onboard ausgetauscht und mit dem Bordkran bewegt werden.

Description

1. Die Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Modulares Baukastensystem für Multi-MW-Windkraftgetriebe, mit folgenden Merkmalen des Oberbegriffs:
Das Baukastensystem basiert auf einem als „Mittelschneller Triebstrang” ausgelegten Planeten-Standgetriebe mit einem außen verzahnten großen Sonnenrad auf der langsamen Antriebswelle und mehrfacher Lastverzweigung über außen liegende Planeten. „Mittelschneller Triebstrang” bedeutet: Eingangsdrehzahl ist gleich Rotordrehzahl und Ausgangsdrehzahl liegt „mittelschnell” etwa zwischen 150 und 300 rpm. Die Lastverzweigungen werden nicht zu einer sondern zu mindestens zwei mittelschnellen Abtriebswellen zusammengeführt. Jede Abtriebswelle treibt eine Nutzvorrichtung an, z. B. einen elektrischen Generator.
2. Stand der Technik und Kritik des Standes der Technik
Stresseinwirkungen auf Windkraftgetriebe
Eine Multi-Megawatt-Windturbine, ist ein Wirkungsort mit den wohl härtesten Betriebsbedingungen für ein Schwerlastgetriebe überhaupt. Die Blattlängen der Rotoren werden auf über 100 m anwachsen. An Hebeln solcher Länge wirken gewaltige und heftig wechselnde Windlasten. Dazu wirken Fliehkräfte sowie während einer Umdrehung Stauch-, Streck- und Biegelasten ständig wechselnder Richtung durch das Eigengewicht der Rotorblätter. Dazu kommen Einflüsse von aerodynamischen und mechanischen Unwuchten, die sich in der Praxis kaum über die gesamte Lebensdauer einer Anlage vermeiden lassen. Die Rotorblätter schwingen in vielfältiger Weise in Umfangs- wie in Axialrichtung. Über Nabe und Hauptwelle werden mechanische Wechselmomente und Wechselkräfte von erheblichem Ausmaß auf die drehenden Teile des Getriebes in Form von Dreh-, Axial- und Taumelschwingungen sowie auf das Getriebegehäuse in Form von Verbiegungen und Verwindungen übertragen. Daher ist das Getriebe eine schadenskritische Komponente einer Windturbine.
Getriebeschäden
Der Aspekt möglicher Getrebeschäden ist neben anderen Schadensquellen von fundamentaler Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit einer Windturbine über die gesamte Lebensdauer hinweg. Offshore ist ein Getriebeschaden besonders kritisch. Er kann zu einer Nichtverfügbarkeit von bis zu drei Monaten führen. Service ist offshore extrem teuer. Zuvor aufgestellte Wirtschaftlichkeitsberechnungen können im Schadensfall schnell ihre Grundlage verlieren. Solche Probleme werden mit den zukünftigen Leistungssteigerungen noch anwachsen, möglicherweise dramatisch.
Dazu das kritische Ergebnis des European UpWind-Reports:
UpWind war ein internationales Gemeinschaftsprojekt entsprechend dem ”Sixth Framework Programme (FP6)” der Europäischen Union. Das Projekt hatte zum Thema die Entwicklung der Windenergie der Zukunft, speziell das Design sehr großer Windturbinen (8–10 MW), sowohl onshore als auch offshore.
Zitat aus Deliverable 1B2.a.1, part 2 Introduction, Subpart 2.1, Page 3/34, "Necessity of a global approach:"
...Field experiences throughout the entire wind industry show that the present construction approach (based an compactness) results in many types of failures (especially gearbox failures) of drive train components, although the components are well designed according to contemporary design methods and all known loads....”
Die im Report angesprochene ”compactness” ist ein bestimmter Trend in der Windkrafttechnik. Ziel ist die konsequente Verringerung der Masse des Anlagenkopfes durch „Kompaktifizierung”. Dazu werden Maschinenträger, Gondelgehäuse, Getriebe und Generator ganz oder teilweise zu einer möglichst engen baulichen Einheit zusammengefügt. Das spart Masse, wird aber mit einem gravierenden Nachteil erkauft, der mit wachsender Betriebszeit der Windturbine immer schwerer wiegt. Hier zeigt sich, dass eindimensionales Verfolgen eines einzelnen Vorteils ohne gleichzeitiger Beachtung anderer kostenrelevanter Aspekte kontraproduktiv ist: Eine Superkompaktanlage ist nicht zugänglich und lässt sich nicht onboard reparieren! Selbst bei kleinsten Schäden muss der gesamte Anlagenkopf einschließlich des schweren und sperrigen Rotors heruntergenommen, transportiert und im Werk repariert werden. Dies ist insbesondere offshore mit exzessiven Kosten verbunden. So hat etwa im Offshore-Feld „Alphaventus” eine neue Legierung der Lagerschalen, welche die Notlaufeigenschaften verbessern sollte, im harten Offshore-Dauerbetrieb zur Überhitzung geführt. Dieser vergleichsweise lächerlich geringe Defekt führte zu horrenden Reparaturkosten in Höhe eines höheren zweistelligen Millionenbetrages. Ein betriebswirtschaftliches Desaster! Je höher die Leistung einer Windturbine desto größer ist dann neben den Hebe-, Transport- und Reparaturkosten die Ertragseinbuße durch Nichtverfügbarkeit. Service- und Reparaturfreundlichkeit eines Triebstrangs haben deshalb fundamentalen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit einer Windturbine und damit auf die LCoE (Levelized Cost of Energy). Hier liegt ein kritisches Problemfeld der Branche, die es als eine ihrer zentralen Aufgabe ansieht die LCoE auf mindestens 10 €Cent/kWh zu drücken.
Schiefstellungen von Planetenwellen
Bei Schwerlastgetrieben nach Bauart entsprechend dem Oberbegriff, also mit außen verzahnten Sonnenrädern und außen liegenden gehäusefesten Planeten, bewirken die Reaktionskräfte, die auf Ritzel, Räder, Wellen, Lager und Gehäuse ausgeübt werden, Winkelversatz und windschiefe Verstellung von Wellen und Zahnpaarungen im Rahmen der Lagerspiele und Elastizitäten. Dies führt bei den Zahneingriffen zu schnellen Wechseln von Breiten- zu Kantentragen mit kurzzeitigen drastischen Verkleinerungen der Zahnkontaktflächen und damit zu lokalen Lastüberhöhungen, was die Schadenswahrscheinlichkeit in die Höhe treibt.
Aufwand für das Hochrüsten von Getrieben
Die Leistungen der Windturbinen werden wachsen. Die Übertragungsleistungen der Getriebe müssen mitwachsen. Nach Stand der Technik gibt es bisher kein Getriebekonzept, dessen strukturelle Bandbreite so groß ist, dass es einen Leistungsbereich ab etwa 4 MW bis zu einem Zukunftspotenzial von über 15 MW mit einem einzigen System gleicher und dabei flexibel kombinierbarer Module abzudecken vermag. Der Entwicklungsaufwand beim Übergang von einem Getriebe einer gegebenen Leistungsklasse zu einem Getriebe deutlich höherer Leistungsklasse ist bisher ein wirtschaftliches Risiko. Bisherige Getriebekonzepte reichen nur für eine Erhöhung der Getriebeleistung um etwa ein oder eineinhalb MW. Größere Leistungssteigerungen erfordern hingegen die komplette Neukonstruktion eines jeweils größeren Getriebes. Dabei stellt die zwingende Erhöhung der Anzahl der Lastpfade eine besondere konstruktive, zeit- und kostenkritische Herausforderung dar. Damit gekoppelt ist das Problem der anwachsenden Lastüberhöhungen (Kγ-Wert) bei den Zahnrädern besonders der ersten Hochdrehmomentstufe. Der Entwicklungs-, Produktions- und Logistikaufwand einer Neuentwicklung mit den erforderlichen Berechnungen, den Prüfstandtests, den Prototypen, der Nullserie und des Serienanlaufs ist sehr zeitaufwändig, teuer und mit wirtschaftlichem Risiko behaftet.
Getriebe nach Stand der Technik entsprechend dem Oberbegriff
Nach Stand der Technik sind drei Schwerlastgetriebe bekannt, die beispielhaft alle Merkmale des Oberbegriffs tragen: Sie sind ausgeführt. als mehrfach verzweigte Planetenstandgetriebe mit jeweils einem außen verzahnten Sonnenrad und außen liegenden gehäusefesten Planeten:
Das Winergy „Multi-Duored”-Getriebe, erstmalig angemeldet am 18.07.2001:
Dieses Getriebe ist nach den Patentschriften DE10134245 , EP1279867 , US6761082 und US20030015052 als achtfach verzweigtes Getriebe mit zwei Abtriebswellen und zwei Generatoren für Leistungen von. 5 MW bis 12 MW ausgelegt. Es hat vier Übersetzungsstufen mit einer Übersetzungsspanne bis über i = 150. Das „Multi-Duored”-Getriebe hat 16 Planetenwellen, an deren jeweiligem einen Ende ein Planetenritzel und an deren anderem Ende ein Planetenrad liegt. Die an jeder der 16 Planetenwellen auftretenden Reaktionskräfte wirken in jeweils gegensätzliche Richtungen und können im Rahmen der Lagertoleranzen und Elastizitäten Schiefstellungen der Planetenwellen mit den oben beschriebenen schädlichen Folgen für die Zahnkontakte bewirken. Ein weiterer Nachteil ist die starre Festlegung auf eine achtfache Lastverzweigung in der ersten Stufe und 4 – 4 – 2 Verzweigungen in den drei Folgestufen. Diese Verzweigung ist zwar richtig und erforderlich im oberen Bereich der vorgesehenen Leistungsspanne, nicht jedoch im mittleren oder gar unteren Bereich des anvisierten Leistungsfensters. In diesen Bereichen würde eine sechsfache oder gar vierfache Lastverzweigung genügen. Hier werden also unnötig Masse, Aufwand und Kosten sowie unnötig hohe Reibung mit einem geringeren mechanischen Wirkungsgrad in Kauf genommen. Die Aussicht auf eine mögliche komplette Onboard-Reparatur im Schadensfall offshore ist völlig unrealistisch: Bei einer Demontage des Getriebegehäuses und einem Ausbau von Planeten würde bereits das unvermeidlich austretende und sich ausbreitende Öl in der Gondel wegen der Unfallgefahr alleine schon arbeitsrechtlich nicht toleriert werden. Ein weiteres Problem wäre die Zwischenlagerung der sperrigen Gehäuseteile sowie das Bergen von geschädigten Planeteneinheiten in dichte Transportbehälter und dies alles in der räumlich begrenzten Maschinengondel. Ein Schaden an einem Planeten würde in der Regel auch zu Folgeschäden am großen Sonnenrad führen. Dieses ist aber erst recht nicht onboard austauschbar.
Das CLIPPER-Getriebe, erstmalig angemeldet am 07.08.2002:
Dieses Getriebe ist in der Version nach Patentschrift US7069802 B2 als vierfach verzweigtes Getriebe mit vier Abtriebswellen und in der Version nach Patentschrift US6731017 B2 als achtfach verzweigtes Getriebe mit acht Abtriebswellen ausgelegt. Das Getriebe hat in beiden Versionen bei einem Übersetzungsverhältnis von weniger als. i = 100 nur zwei Übersetzungsstufen. Das Sonnenrad bildet mit vier bzw. acht sehr kleinen Ritzeln die erste Übersetzungsstufe. Jedes dieser Ritzel liegt auf einer Planetenwelle. An deren hinterem Ende liegt ein sehr großes Planetenrad der zweiten Übersetzungsstufe. Alle vier bzw. acht Planetenräder kämmen in einem ringförmigen, kinematisch überbestimmtem und starren Verbund mit vier bzw. acht wiederum sehr kleinen Abtriebsritzeln. Ein Abtriebsritzel ist dabei jeweils zwischen zwei Planetenrädern „eingeklemmt”. Jedes Abtriebsritzel liegt auf einer Abtriebswelle. Eine solche Getriebeauslegung ist sehr kritisch: Die hohe Übersetzung in nur zwei Stufen macht sehr kleine und deshalb hoch belastete, verschleiß- und schadensanfällige Ritzel in beiden Stufen nötig. Daraus folgt, dass alle Ritzel eine extrem hohe Anzahl von Lastspielen pro Zeiteinheit verkraften müssen. Ferner haben Planetenräder und Ritzel des kinematisch überbestimmten starren Ringverbundes der zweiten Stufe keinerlei Ausweichmöglichkeiten innerhalb ihrer gemeinsamen Ebene. Weiterhin wird jeder Schadimpuls, der z. B. durch unvermeidliche Verzahnungsfehler, Unrundheit, Desaxierungen, Verschleiß oder Wärmedehnungen etc. hervorgerufen wird, unmittelbar an alle übrigen Ritzel und Räder schadenstiftend weitergeleitet. Ein Getriebeversagen ist vorprogrammiert. Ein weiterer Nachteil des Clipper-Getriebes liegt darin, dass ein für die Zukunft nötiger Übersetzungsspielraum nach oben schon zu Beginn vollständig ausgereizt ist. Da aber die Leistungen der Windturbinen offshore wachsen, die Rotoren größer werden und wegen der begrenzten Bahngeschwindigkeit der Blattspitzen die Drehzahlen immer geringer werden, müssen die Übersetzungsverhältnisse größer werden. Deshalb erscheint das Clipper-Getriebe als nicht zukunftsfähig. Die auftretenden Reaktionskräfte an den Planeten wirken auch hier in gegensätzliche Richtungen und bewirken im Rahmen der Lagertoleranzen und Elastizitäten Schiefstellungen der Planetenwellen mit den oben beschriebenen schädlichen Folgen für die Zahnkontakte. Zur Frage, ob eine Onboard-Reparatur möglich sei, gilt das gleiche wie im vorigen Abschnitt [0010].
Karl Alquist, ”Gearing”, erstmalig angemeldet am 08.01.1918:
Dieses Getriebe ist nach der Patentschrift US1351318 ein zwei- oder mehrfach verzweigtes Planetenstandgetriebe mit einer langsamen Welle und zwei oder mehreren schnellen Wellen, von denen keine koaxial mit der langsamen Welle liegt. Das Getriebe hat zwei Übersetzungsstufen. Ein großes zweigeteiltes doppelt schräg verzahntes Sonnenrad ist mit der langsamen Welle drehfest verbundenen. Die außen um das Doppelsonnenrad herum angeordneten gehäusefesten Planeten verteilen die Last oder Leistung auf zwei oder mehrere achsparallele Last- oder Leistungspfade: In der Mitte in axialer Richtung jeder Planetenwelle ist ein Doppelritzel angebracht, das mit dem Doppelsonnenrad kämmt. In axialer Richtung rechts und links neben dem Doppelritzel ist ein Paar von Planetenrädern angeordnet, die eine gegensinnige Schrägverzahnung aufweisen. Jede Planetenwelle wird durch vier Lager am Getriebegehäuse abgestützt. Jedes Paar von Planetenrädern auf einer Planetenwelle kämmt mit einem zugehörigen Paar von Ritzeln auf einer schnellen Welle. Die Aufteilung von Last oder Leistung in zwei Pfade auf jeder Planetenwelle über zwei parallele Planetenräder vermeidet deren Schiefstellung unter Last und damit die unter [0010] und [0011] beschriebenen Nachteile. Allerdings bleibt bei Schwerlastanwendungen der Nachteil, dass die hohen Drehmomente Torsionen zwischen den zwei parallelen Ritzeln jeder schnellen Abtriebswelle verursachen. Diese werden auch auf die Planetenräder und Planetenwellen übertragen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Aufgabe, ein Getriebe einschließlich eines großen Sonnenrades in einer engen Gondel in über 100 m Höhe in Komponenten mit beherrschbaren Massen zu zerlegen und diese auszutauschen, nicht erfüllt werden kann. Dies ist verständlich, da sich 1918, im Jahr der Patentanmeldung, eine solche Aufgabe noch nicht stellte.
3. Die Aufgabe, die der Erfindung zu Grunde liegt
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebesystem mit folgenden Eigenschaften vorzustellen:

– Das Getriebe-Baukastensystem soll eine weitreichende strukturelle Ausbaufähigkeit bei geringen Entwicklungskosten haben. Das bedeutet: eine Ausführungsform für eine zunächst kleinere Leistung, z. B. 4 MW, soll mit minimalem Entwicklungsaufwand bis zu sehr großen Leistungen, z. B. bis hinauf zu 15 MW und mehr aufgerüstet werden können (falls es dafür Rotoren gibt). Dazu sollen insbesondere, von Stufe zu Stufe steigend, sehr hohe Lastverzweigungen möglich gemacht werden. Die Lastüberhöhungen, die damit nach Stand der Technik verbunden wären, sollen jedoch dabei vermieden werden.
– Das Getriebe soll besonders offshore in einem eventuellen Schadensfall vollständig onboard repariert werden können. Alle drehenden Komponenten, einschließlich des großen Sonnenradzahnkranzes, sollen onboard austauschbar sein. Die Komponenten oder Module sollen auch bei Leistungen im zweistelligen MW-Bereich so geringe Einzelmassen haben, dass sie, mit dem Bordkran gehoben und z. B. offshore mit kleinen Lastschiffen statt mit großen Kranbargen transportiert werden können.
– Besonders kostengünstige Reparaturen mit sehr kurzer Nichtverfügbarkeit der Windturbine sollen die Möglichkeit bieten, zukünftige Schäden zuverlässig einzupreisen und ein „Rundum-Sorglos-Paket” für Investoren, Betreibern und Versicherungen mit einer Kalkulierbarkeit über eine Zeitspanne von 20–25 Jahren zu ermöglichen.
– Zu allen Wellen, Ritzeln, Rädern und Lagern soll direkter Zugang möglich sein. Alle Verzahnungen sollen auf einfache Weise von außen optisch kontrollierbar sein, auch automatisiert.
– Die Ölversorgung aller Zahnpaarungen und Lager soll einfach und zuverlässig sein.
– Condition-Monitoring-Informationen sollen einfach und besonders in der Hochdrehmoment-Stufe zuverlässig interpretierbar sein.
– Schiefstellungen der Planetenwellen durch Reaktionskräfte sollen zuverlässig ausgeschlossen werden, damit eine gleichmäßige Breitenlastverteilung auf den Zahnflanken sichergestellt ist.
– Zur Verringerung der Einzelmassen, zur Erhöhung der Redundanz sowie zur Nutzung des Vorteils größerer Serien von relativ kleinen Generatoren soll das Getriebe zwei oder mehr Ausgänge und Generatoren haben.

4. Die erfindungsgemäße Lösung
Die grundlegenden Entwurfsentscheidungen
Alle Getriebebauer streben nach Zuverlässigkeit. Diese ist elementar wichtig, aber Getriebe in Windturbinen gehen trotzdem zu oft vorzeitig kaputt! Folgerung: Streben nach Zuverlässigkeit allein reicht nicht! Worte wie _”Getriebeschaden” und „Reparatur” sollten nicht mit Tabu belegt sein. Ein innovatives Getriebesystem in Verbindung mit einem neuartigen Reparaturkonzept ist nötig, ganz besonders für Offshore-Anwendungen! Reparaturen müssen einfach, leicht, schnell und kostengünstig sein. Dazu müssen sie direkt onboard durchgeführt werden können! Einem solchen Konzept stehen die folgenden technischen Lösungen entgegen und werden daher konsequent vermieden:

– keine hohen vielstufigen Übersetzungen;
– keine Umlaufplanetensätze;
– kein kompliziertes Koppel- oder Differentialgetriebe;
– keine großen, onboard nicht sauber teilbaren Einzelmassen > 8 Tonnen;
– keine falsch verstandene Kompaktheit oder Superkompaktheit, bei welcher eine Einsparung an Masse mit exzessiven Logistik- und Reparaturkosten sowie langen Ausfallzeiten im Schadensfall erkauft wird;
– kein großer teurer Außenkran und offshore keine besonders teure Kranbarge soll bei Getriebereparaturen nötig sein.

Die Erfindung baut auf folgenden grundlegenden Entwurfsentscheidungen auf:

– Typ „Mittelschneller Triebstrang”. Mit diesem Konzept ist die geringste Gesamtmasse von Getriebe und Generatoren erzielbar. Das Getriebe hat nur zwei Übersetzungsstufen, ist einfach, hat wenige Teile, eine auf ein Fünftel bis ein Zehntel reduzierte Ausgangs- und Generatordrehzahl. Bei diesem Konzept wird im Vergleich zum „Schnellen Triebstrang” die Masse des Getriebes starker reduziert, als die Masse des Generators durch größere Anzahl an Polpaaren zunimmt. Folglich liegt die Summe der Massen von Getriebe und Generator bei einem Minimum. Die Ausgangsdrehzahl (= Generatordrehzahl) ist mit ca. 150–300 rpm (revolutions per minute) erheblich geringer als beim Konzept „Schneller Triebstrang” mit ca. 1500 rpm. Die Wahrscheinlichkeit von Lagerschäden wird durch die Senkung der Drehzahl auf ein Fünftel bis ein Zehntel erheblich vermindert. Umfassende Untersuchungen des Weltmarktführers für Windturbinen VESTAS zeigen, dass die Wahrscheinlichkeit von Getriebe- und Generatorschäden um 30% gesenkt wird.
– Typ „Planeten-Standgetriebe”. Die bekannte Bauart mit umlaufenden Planetenritzeln auf rotierenden Planetenträgern ist nicht einfach genug und ist vor allem nicht an Bord der Maschinengondel reparierbar. Weiterhin sind die Zähne umlaufender Planetenritzel einer ständigen Wechselbeanspruchung ausgesetzt. Die Zähne feststehender Planeten werden hingegen nur in einer Richtung beansprucht. Deshalb wurde die Entwurfsentscheidung für ein Planeten-Standgetriebe mit außen verzahntem großen Sonnenrad auf der Eingangswelle und fester Planetenanordnung getroffen. Die Planeten sind nicht auf umlaufenden Planetenträgern sondern gehäusefest montiert. Die Planeteneinheiten liegen, zu zweit zusammengefasst in Satelliten, außen um den Umfang des Gehäuses herum symmetrisch verteilt und ermöglichen so besten Zugriff für Inspektion und Wartung und sind insbesondere einfach auszutauschen. Der Zahnkranz des Sonnenrades ist vom übrigen Körper des Sonnenrades separat onboard demontierbar.
– Je zwei Planeteneinheiten und eine Abtriebseinheit bilden einen Satelliten. Die Satelliten sind von außen in Gehäuseausnehmungen des Getriebegehäuses eingepasst, die im Querschnitt gleichmäßig um den Umfang des Sonnenrades herum verteilt sind (1, 9). Jeder Satellit besteht aus zwei Planeteneinheiten und einer Abtriebseinheit mit einer Abtriebswelle. Die beiden Lastzweige in Gestalt der zwei Planeteneinheiten innerhalb eines Satelliten werden zu genau einer Abtriebswelle zusammengeführt. (1, 3, 5)
– Jede Abtriebswelle treibt einen eigenen Generator an. Es gibt also zwei oder mehr Generatoren. (in 1 grau schraffiert)
– Der Kraftfluss innerhalb eines Satelliten ist in axialer Richtung symmetrisch paarig geteilt, um ein Schiefziehen der Wellen durch die Reaktionskräfte zu vermeiden. Die paarigen Räder und Ritzel sind gerade oder jeweils gegensinnig schräg verzahnt und axial schwimmend gelagert, so dass sie dynamisch auf nicht vermeidbare Verzahnungsfehler und sonstige Schadeinflüsse ausgleichend reagieren können. (2 oben rechts gegen links konventionell)
– Jeder Satellit ist separat demontierbar und hat eine Masse von < 8 t, die mit einem Bordkran bewegt und mit kleinen Lastschiffen transportiert werden kann.
– Der Zahnkranz des großen Sonnenrades hat eine Masse < 8 t und ist ebenfalls onboard demontierbar und austauschbar (Abfolge von 6 und 7; 9 unten).
– Die erfindungsgemäße technische Lösung ermöglicht eine große strukturelle Bandbreite des Getriebes und ist in folgendem Sinne ein „Baukastensystem”: Bei gleichem Sonnenrad und immer gleichen standardisierten Satelliten kann das Getriebe durch eine steigende Anzahl von zwei auf drei, vier und sechs Satelliten aufgerüstet werden. Auf diese Weise wird eine Lastverzweigung auf 4, 6, 8 und 12 Lastpfade mit jeweils entsprechenden Leistungssteigerungen möglich. Bei einem jeweils größeren Getriebe ist die mechanische Belastung der Satelliten genau gleich derjenigen bei einem kleineren Getriebe. Bei einem jeweils größeren Getriebe ist lediglich am Sonnenrad bei gleichen Zahnkräften die Zahl der Lastspiele eines Zahnes pro Umlauf größer. Ferner ist die Belastung des Getriebegehäuses durch die Reaktionskräfte größer. Die jeweiligen Entwicklungs-, Erprobungs-, Produktions- und Logistikkosten liegen weit unter denen nach Stand der Technik.

Detailbeschreibung
Die Bezugszeichenliste ist auf den Seiten 9 und 10. Die Erläuterungen zu den Zeichnungen stehen auf den Seiten 10 und 12.
Das Getriebe 1 ist ein mehrfach verzweigtes Planeten-Standgetriebe, d. h. die Planeten sind außen liegend gehäusefest. Das Getriebe 1 übersetzt im bevorzugten Anwendungsfall bei Windturbinen vom Langsamen ins Schnelle. Die vom Rotor getriebene langsame Antriebswelle 2 ist an ihrem hinteren Ende mit einem außen verzahnten großen Sonnenrad 3 koaxial demontierbar drehfest verbunden. Das große Sonnenrad 3 überträgt Drehmoment auf mindestens zwei außen um das Sonnenrad herum liegende Satelliten 400. (1)
Jeder Satellit 400 besteht aus genau zwei Planeteneinheiten 4, die beide auf eine Abtriebseinheit 5 Drehmoment übertragen. Eine Planeteneinheit 4 besteht aus einer Planetenwelle 40, die in ihrer axialen Mitte ein Planetenritzel 41 trägt, das mit dem Sonnenrad 3 kämmt. Die Planetenwelle 40 trägt ferner ein Paar von in Achsrichtung symmetrisch zu beiden Seiten des Planetenritzels 41 positionierten Planetenrädern 42. An den Enden einer Planetenwelle 40 ist ein Paar von Planetenlagern 43 angeordnet. Eine Abtriebseinheit 5 besteht aus einer parallel zu den beiden Planetenwellen 40 liegenden hohlen Abtriebs-Zwischenwelle 50 und einer zu dieser kollinearen Abtriebswelle 54. Auf der hohlen Abtriebs-Zwischenwelle 50 ist ein Paar von Abtriebsritzeln 51 angeordnet, die mit den Planetenrädern beider Satelliten kämmen. An den Enden einer Abtriebs-Zwischenwelle 50 ist ein Paar von Abtriebslagern 53 angeordnet. Durch die auf den Planetenwellen 40 paarig und symmetrisch zu den Planetenritzeln 41 angeordneten Planetenräder 42 wird eine in axialer Richtung symmetrische Kraftübertragung auf die Abtriebsritzel 51 erreicht. Dies verhindert das Schiefziehen der Planeteneinheiten 4 und der Abtriebseinheit 5 eines Satelliten 400. Dadurch wird ein Schaden stiftendes Kantentragen der Verzahnungen zuverlässig verhindert.
Sonnenrad 3 und alle mit ihm kämmenden Planetenritzel 41 sind gerade oder doppelt schräg verzahnt. Jedes Paar von Planetenrädern 42 und das zugehörige Paar von Abtriebsritzeln 51 sind vorzugsweise jeweils paarig schräg verzahnt und axial schwimmend gelagert. Dadurch können sich die Planetenwellen 40 und die Abtriebs-Zwischenwelle 50 zueinander dynamisch einstellen, so dass stets die gesamte Zahnbreite als Kontaktfläche für die Übertragung der Zahnkräfte erhalten bleibt, und die Lastüberhöhung nahezu verschwindet.
Eine Abtriebs-Zwischenwelle 50 ist nicht direkt mit dem zugehörigen Nutzaggregat, z. B. einem Generator 6, verbunden. Auf Grund des Antriebsmoments und des gegenwirkenden Generator-Bremsmoments würde sich dann die Welle verdrillen. So käme es hier zu einer asymmetrischen Lastübertragung (2 oben links). Deshalb ist jede Abtriebs-Zwischenwelle 50 hohl. Sie überträgt Drehmoment auf das erste Ende einer Abtriebswelle 54 über einen Mittelabtrieb 52 nach Stand der Technik in ihrem hohlen Inneren (2 oben rechts). Aus fertigungstechnischen Gründen kann die Abtriebs-Zwischenwelle 50 eine „gebaute” Welle sein, d. h. sie kann unmittelbar axial neben dem Mittelabtrieb 52 geteilt sein.
Das Getriebegehäuse 100 besteht aus zwei stabil und verwindungssteif miteinander verbundenen Gehäuseteilen. Das erste Gehäuseteil ist ein rohrförmiges Wellentragrohr 101. Das zweite Gehäuseteil ist ein zylinderringförmiger Satellitentragring 102. Wellentragrohr 101 und Satellitentragring 102 haben eine gemeinsame geometrische Achse, die gleich der Hauptachse des Getriebes ist. Das Wellentragrohr 101 ist axial länger als der Satellitentragring 102. Dieser umschließt den hinteren, vom Rotor abgewandten Abschnitt des Wellentragrohrs 101. Der Satellitentragring 102 hat eine lichte Weite, die um einen Demontagespielraum größer ist als der Zahnkopfdurchmesser des Sonnenrades 3, so dass nach radialem Wegrücken oder Demontieren der Satelliten 400 der Sonnenradquerschnitt frei liegt und der ringförmige Sonnenrad-Zahnkranz 31 demontiert und nach hinten herausgezogen werden kann.
Der Aufbau des Sonnenrades 3 dient dazu, dieses im Schadensfall onboard ausbauen und ersetzen sowie leicht handhaben und transportieren zu können. Das Sonnenrad 3 ist mit dem hinteren Ende der Antriebswelle 2 konzentrisch demontierbar fest verbunden. Das Sonnenrad 3 ist außen verzahnt und in folgender Weise mehrteilig aufgebaut: Ein ringförmiger Sonnenrad-Zahnkranz 31 mit Außenverzahnung ist konzentrisch demontierbar fest mit einem Sonnenrad-Zylinderring 32 verbunden. Dieser umschließt außen das hintere Ende des Wellentragrohrs 101 und ist seinerseits an seinem hinteren Ende konzentrisch demontierbar fest mit einer Sonnenrad-Ringscheibe 33 verbunden. Diese ist weiterhin konzentrisch demontierbar fest mit dem hinteren, vom Rotor abgewandten Ende der Antriebswelle 2 verbunden.
Das vordere Ende der Antriebswelle 2 ist konzentrisch demontierbar fest mit einer Antriebswellen-Ringscheibe 22 verbunden. Diese ist mit dem vorderen Ende eines Antriebswellen-Zylinderrings 21 konzentrisch demontierbar fest verbunden. Dieser umschließt außen das vordere Ende des Wellentragrohrs 101. Die Antriebswelle 2 verläuft konzentrisch innerhalb des Wellentragrohrs 101. Das Wellentragrohr 101 trägt über zwei an seiner Außenseite liegende Lager die Antriebswelle 2 und das damit verbundene Sonnenrad 3. Die innerhalb des Wellentragrohrs 101 liegende Antriebswelle 2 wird auf folgende Weise außerhalb des Wellentragrohrs 101 vorn und hinten gelagert:
Der Antriebswellen-Zylinderring 21 ist mit seiner inneren Mantelfläche über ein vorderes Getriebelager 13 mit der äußeren Mantelfläche des vorderen Endes des Wellentragrohrs 101 drehfähig demontierbar fest verbunden. Dieses ist z. B. ein Doppelkegelrollenlager als Festlager.
Der Sonnenrad-Zylinderring 32 ist an seiner inneren Mantelfläche über ein hinteres Getriebelager 14 mit der äußeren Mantelfläche des hinteren Endes des Wellentragrohrs 101 drehfähig demontierbar fest verbunden. Dieses ist z. B. ein Zylinderrollenlager als Loslager.
Das Wellentragrohr 101 für die Antriebswelle 2 hat an seiner Unterseite in der Nähe seines vorderen und hinteren Endes je eine Öffnung, durch die jeweils ein Stützrollenpaar 105 eingeschwenkt werden kann. Die beiden Stützrollenpaare 105 halten die Antriebswelle 2 drehfähig auf Distanz zum Wellentragrohr 101, wenn vorne die Antriebswellen-Ringscheibe 22 und hinten die Sonnenrad-Ringscheibe 33 demontiert werden. Die Stützrollen sind im Querschnitt etwa auf den Positionen 5 Uhr und 7 Uhr.
Der Satellitentragring 102 ist an seiner hinteren, vom Rotor abgewandten Seite durch einen, leichten, öldichten und schallschluckenden Gehäusedeckel 104 verschlossen. Dieser ist vorzugsweise zweiteilig. Er besteht aus einem im Wesentlichen kreisringförmigen Außenteil und einem separat demontierbaren Deckel, der die Kreisringöffnung verschließt.
Eine Abtriebswelle 54 verbindet eine Abtriebs-Zwischenwelle 50 mit einer Nutzvorrichtung z. B. einem Generator 6. Die geometrische Achse einer Abtriebswelle 54 liegt kollinear mit der zugehörigen Abtriebs-Zwischenwelle 50. Sie ragt in das Innere der hohlen Abtriebs-Zwischenwelle 50 zum Mittelabtrieb 52 hinein und ist mit einem Ende über eine Kupplung mit einer Nutzvorrichtung, z. B. mit einem elektrischen Generator 6 verbunden.
Mit jeder Abtriebswelle 54 ist eine Nutzvorrichtung, in der Regel ein elektrischer Generator 6 vorzugsweise in Kombination mit einer Scheibenbremse oder weiterhin vorzugsweise mit einer Wirbelstrombremse verbunden. Ein Generator 6 kann entweder in axialer Richtung nach hinten oder nach vorne ausgerichtet sein. Ferner können zwei Generatoren 6 an eine Abtriebswelle 54 angeschlossen sein, je einer in Richtung nach hinten und einer in Richtung nach vorne.
Ein inhärentes Problem von Lastverzweigungen in Getrieben ist das nach Stand der Technik unvermeidliche Anwachsen der Lastüberhöhung (des Ky-Faktors) mit der Anzahl der Lastverzweigungen. Kγ = 1 bedeutet: keine Lastüberhöhung. Bei achtfacher Lastverzweigung wächst der Faktor bis auf ca. Kγ = 1,55 (z. B. nach den Normen AGMA 6123 oder DNV oder IEC61400). Das heißt, ein Zahn wird nicht mit dem theoretischen 1/8 der Gesamtlast belastet, sondern er muss 55% mehr verkraften. Lastüberhöhung kann allenfalls etwas reduziert werden durch Konstruktionen wie etwa topfförmige Ritzel auf definiert elastischen Pins, bekannt z. B. als Flexpin” oder „Spiderpin”. Nach Stand der Technik ist eine bis zu achtfache Lastverzweigung in der Windkraft bekannt z. B. beim Winergy „MultiDuored”-Getriebe oder bei dem ZF „Bogie”-Getriebe mit seinen vier umlaufenden Doppelplaneten. Das erfindungsgemäße vollmodulare Getriebe-Baukastensystem ermöglicht aber, weit darüber hinaus gehend, erstmalig in der Windkrafttechnik eine bis zu 12-fache Lastverzweigung. Wie kann da die Lastüberhöhung klein gehalten werden? Dies ist möglich durch die Kombination zweier Merkmale, welche die Lastüberhöhung nahe am theoretischen Minimum (Kγ = 1) halten. Das erste Merkmal ist das Satelliten-Konzept, bei dem nicht alle Lastpfade in eins zusammengeführt werden sondern nur jeweils zwei. Das zweite Merkmal ergibt sich aus einem fundamentalen Vorteil der Mehrzahl an Generatoren: Das System kann elektronische Hard- und Software-Mittel 61 nach Stand der Technik einsetzen, welche schnell reagierend die Leistungsaufnahme der einzelnen elektrischen Generatoren 6 feinsteuert. Ziel der Steuerung ist es, die Lasten stets gleichmäßig auf alle Satelliten 400 und damit auch winkelsymmetrisch über den Umfang des großen Sonnenrades 3 zu verteilen.
5. Die Vorteile der Erfindung
Die Erfindung bietet die folgenden Vorteile:

– Das Getriebesystem hat eine einfache Grundstruktur mit einer geringen Getriebemasse.
Die Einfachheit des Systems als Planetenstandgetriebe mit nur zwei Übersetzungsstufen und nicht mit schnellen sondern mit nur mittelschnellen Ausgangswellen, deren Drehzahl um ca. 90% geringer ist, senkt die Schadenswahrscheinlichkeit.
– Auch bei geringer Schadenswahrscheinlichkeit ist es klug, zusätzlich vorbeugend ein Konzept zur Kostenminimierung in Schadensfällen zu haben. Die Erfindung strebt mit einem innovativen Reparaturkonzept einen Paradigmenwechsel im Getriebebau für Windturbinen an mit einer signifikanten Senkung von Logistikkosten, Reparaturzeit, Reparaturkosten sowie des Produktionsausfalls durch Nichtverfügbarkeit.
– Auf jeder Planetenwelle sind die Lastpfade axial symmetrisch gesplittet; Getriebewellen mit Ritzeln, Rädern und Lagern stellen sich deshalb nicht schief; die Tragfähigkeit der Zahnflanken bleibt voll erhalten.
– Alle rotierenden Teile des Getriebes sind leicht zugänglich, sehr servicefreundlich und leicht optisch kontrollierbar, insbesondere auch automatisiert.
– Die Versorgung aller Lager, Ritzel und Räder mit Schmiermitteln ist unkompliziert und zuverlässig.
– Weil das Getriebe keinen Planeten auf umlaufenden Planetenträgern hat, ist Condition Monitoring einfach. Dessen Signale sind klar und eindeutig zu interpretieren.
– Die Schadenswahrscheinlichkeit ist gering.
– Die Nichtverfügbarkeit wird drastisch gesenkt.
– Die Betriebskosten werden gesenkt.
– Der Gesamt-Energieertrag über die Lebenszeit einer Anlage wird wegen der stark verkürzten Ausfallzeiten deutlich erhöht.
– Eine Windturbine ist leichter versicherbar. Die Versicherungskosten werden gesenkt.
– Die Planungssicherheit wird erhöht.
– Das Getriebe ist besonders geeignet für Anlagen im zweistelligen MW-Leistungsbereich.
– Das Getriebe ist besonders geeignet für Offshore-Anwendungen.
– Das Getriebe ist ein Baukastensystem (= eine „Getriebeplattform”), das auf einfache und kostengünstige Weise durch Einbau von 2, 3, 4 oder 6 Satelliten zu höheren Leistungen mit 4-, 6-, 8-, und 12-facher Lastverzweigungen hochskaliert werden kann, wobei die Lastüberhöhung, anders als nach Stand der Technik, nicht mit der Anzahl der Lastpfade ansteigt.

6. Ausgestaltungen der Erfindung
Die Ansprüche 2. bis 9. sind Varianten und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung:
Anspruch 2. (8) ist eine Variante, bei der das Wellentragrohr 101 die Antriebswelle 2 und das damit verbundene Sonnenrad 3 über zwei nicht außerhalb sondern innerhalb des Wellentragrohrs 101 liegende Lager trägt.

– Das vordere Getriebelager 13 und das hintere Getriebelager 14 verbinden die innere Mantelfläche des Wellentragrohrs 101 mit der äußeren Mantelfläche der Antriebswelle 2 drehfähig fest.
– Das vordere, rotorseitige Ende der Antriebswelle 2 ist konzentrisch demontierbar fest mit einer Antriebswellen-Ringscheibe 22 verbunden. Ein Antriebswellen-Zylinderring entfällt.
– Das hintere Ende der Antriebswelle 2 ist konzentrisch demontierbar fest mit der Sonnenrad-Ringscheibe 33 verbunden. Diese ist konzentrisch demontierbar fest mit dem. dem ringförmige Sonnenrad-Zahnkranz 31 verbunden. Ein Sonnenrad-Zylinderring entfällt.

Anspruch 3. (10) ist eine Ausführungsform mit folgenden Merkmalen:
Maschinenträger 110 und das Getriebegehäuse 100 bilden eine integrale Einheit.

– Dabei wird aus dem Wellentragrohr des Getriebes eine feststehende Halbachse 111 (Pin) als integraler Teil des Maschinenträgers 110.
– Der Antriebswellen-Zylinderring wird dann zum Rotornaben-Zylinderring 23.
– Die Antriebswellen-Ringscheibe wird dann zur Rotornaben-Ringscheibe 24. An dieser ist die Rotornabenabdeckung 20 angebracht.
– Der Rotornaben-Zylinderring 23 ist an seiner Bugseite (= dem Rotor zugewandte Seite) innen über ein vorderes Rotorlager 11 auf der feststehenden Halbachse 111 drehfähig fest abgestützt. Das vordere Rotorlager 11 ist vorzugsweise ein Zylinderrollenlager als Loslager.
– Der Rotornaben-Zylinderring 23 ist an seiner Heckseite (= vom Rotor abgewandte Seite) innen über ein hinteres Rotorlager 12 auf der feststehende Halbachse 111 drehfähig fest abgestützt. Das hintere Rotorlager 12 ist vorzugsweise ein Doppelkegelrollenlager als Festlager.

Anspruch 4. (11, 12, 13, 14) ist eine Ausführungsform mit folgenden Merkmalen:

– Statt eines Sonnenrad-Zahnkranzes 31 gibt es zwei axial parallele Zahnkränze mit jeweils der halben Zahnbreite. Sie sind auf dem mit zwei statt mit einer Aufnahme versehenen Sonnenrad-Zylinderring 32 demontierbar fest angebracht. Der axiale Abstand der beiden Sonnenrad-Zahnkränze 31 ist so gewählt, dass ein Planetenrad 57 einer Planeteneinheit 4 von außen in die Lücke hineinragen kann. Die Verbindung mit dem Sonnenrad-Zylinderring 32 nach Stand der Technik ist derart, dass beide Sonnenrad-Zahnkränze 31 nach Entfernen der Satelliten 400 zur Demontage nacheinander nach hinten herausgezogen werden können.
– Auf der Planetenwelle 40 einer Planeteneinheit 4 eines Satelliten 400 ist ein Paar von Planetenritzeln 41 angeordnet, die mit dem Sonnenrad 3 kämmen und vorzugsweise, passend zum Sonnenrad 3, paarig schrägverzahnt sind.
– Ein einzelnes Planetenrad 42 ist auf der Planetenwelle 40 in der axialen Mitte zwischen den beiden Planetenritzeln 41 angeordnet.
– Ein Paar von Planetenlagern 43, die vorzugsweise an den Enden der Planetenwelle 40 angeordnet sind. Diese verbinden die Planetenwelle 40 drehfähig fest mit dem Satellitengruppen-Gehäuse 401.
– Bei einer Abtriebseinheit 5 in der Version entsprechend diesem Anspruch entfällt die Abfolge Abtriebszwischenwelle-Mittelabtrieb-Abtriebswelle. Die Abtriebseinheit 5 hat nur eine Abtriebswelle 55. Auf dieser ist ein Abtriebsritzel 58 drehfest angeordnet, das mit den Planetenwellen 40 der beiden zugeordneten Planeteneinheiten 4 kämmt. Das hintere Ende der Abtriebswelle 55 ist über eine Kupplung mit einer Nutzvorrichtung, z. B. mit einem elektrischen Generator 6 verbunden.

Anspruch 5. (15, 16, 17) ist eine Ausführungsform des Satelliten-Gehäuses 401 und des Satellitentragrings 102, die eine bessere und gleichmäßigere Übertragung des Reaktionsmoments vom Satelliten-Gehäuse 401 auf den Satellitentragring 102 ermöglicht. Diese Ausführungsform hat die folgenden Merkmale:

– Die seitlichen Unterkanten 7 des Satelliten-Gehäuses 401, die in einer Gehäuse-Ausnehmung 103 auf dem Satellitentragring 102 fest aufliegen, sind mit den Seiten dieser Gehäuse-Ausnehmung 103 formschlüssig verbunden. Auf diese Weise werden die Querstege zwischen den Gehäuseausnehmungen 103 entlastet.
– Die formschlüssige Verbindung ist eine Verzahnung. Die Zahnflanken sind gerade und haben einen Winkel, der ein radiales Herausheben einer Satelliten 400 möglich macht (15).
– Die Winkel einer linken und einer rechten Flanke können verschieden sein. Die Winkel können ferner entlang der Zahnverbindung in Umfangsrichtung unter Beachtung der radialen Lösbarkeit des Satelliten-Gehäuses 401 zur Optimierung der Übertragung der Reaktionsmomente von Zahn zu Zahn verschieden sein (16, 17).

Anspruch 6. (18) ist eine Variante der Ausführungsform des Getriebegehäuses 100, bei welcher der Satellitentragring 102 nicht als Zylinderring sondern als polygonaler z. B. sechsseitiger Prismenring ausgebildet ist. Die Gehäuseausnehmungen 103 für die Satellitengruppen liegen dann jeweils in einer der geraden Flächen des Polygons. Der Inkreis des Polygons. d. h. der Kreis, der die gerade Flächen des Polygons in deren Mitte tangential berührt, ist so groß, dass genügend lichte Weite für die Demontage des Sonnenrad-Zahnkranzes 31 vorhanden ist, und dieser in axialer Richtung nach hinten herausgezogen werden kann.
Anspruch 7. (2 unten) ist eine Anwendungsform der Erfindung bei der das Merkmal 1.7. des Hauptanspruchs auf folgende Weise abgewandelt wird: Statt einer Abtriebs-Zwischenwelle 50 und einer Abtriebswelle 54 gibt es nur eine Welle, die als Abtriebswelle 55 bezeichnet wird.
Anspruch 8. (keine Abbildung) ist eine Ausbauform der Erfindung bei welcher der Satellitentragring 102 des Getriebegehäuses 100 für die aufzunehmenden Reaktionskräfte bei niederen Leistungen (z. B. 4 MW) mit entsprechend geringer Masse ausgelegt ist. Der Satellitentragring 102 wird durch mechanisch formschlüssiges Ankuppeln von zusätzlichen Gehäusebauteilen 106 hochgerüstet, um Satellitentragring 102 bei höheren Leistungen für die Durchleitung der wachsenden Reaktionskräfte in den Maschinenträger zu ertüchtigen.
Anspruch 9. ist eine Ausführungsform, bei der ein erfindungsgemäßes Getriebe 1 auch in umgekehrter Weise als Untersetzungsgetriebe betrieben wird, wobei die mittelschnellen Wellen mit Antrieben verbunden sind und die langsame Welle den Abtrieb bildet.
7. Anwendungsbereiche der Erfindung
Anwendungsbereiche für ein erfindungsgemäßes Getriebe sind Anlagen zur Gewinnung von Nutzenergie aus Wind, aus Gezeiten- und anderen Meeresströmungen, aus Flussströmungen sowie aus vergleichbaren Anwendungen. Ein besonders wichtiges Anwendungsfeld ist die Windenergienutzung offshore. Eine Nutzvorrichtung kann z. B. ein Generator für elektrischen Strom, eine Pumpe, ein Kompressor für ein Gas wie etwa Luft oder ein Erhitzer etc. sein. Anwendungen nach Anspruch 9. sind z. B. Großgebläse, Großpumpen, Brechwerke, Hubschrauberantriebe etc.
Es folgt eine Bezugszeichenliste und Erläuterungen zu den Zeichnungen:
Bezugszeichenliste

1: Getriebe
10: Verbindungsflansch für Rotorwelle
11: vorderes Rotorlager aus Anspruch 3. z. B. ein Zylinderrollenlager als Loslager
12: hinteres Rotorlager aus Anspruch 3. z. B. ein Doppelkegelrollenlager als Festlager
13: vorderes Getriebelager z. B. ein Doppelkegelrollenlager als Festlager
14: hinteres Getriebelager z. B. ein Zylinderrolienlager als Loslager
100: Getriebegehäuse
101: Wellentragrohr für die Antriebswelle 2 als Teil des Getriebegehäuses 100
102: Satellitentragring des Getriebegehäuses 100; trägt die Satelliten; nimmt die Reaktionskräfte auf und leitet diese in den Maschinenträger ab
103: Gehäuseausnehmungen zur Aufnahme eines Satelliten 400
104: Gehäusedeckel, der den Satellitentragring 102 in axialer Richtung nach hinten verschließt
105: Stützrollenpaar am Wellentragrohr 101 zur Distanzhaltung gegenüber der Antriebswelle 2 nach Demontage (in den Zeichnungen nicht dargestellt)
106: zusätzliche Gehäusebauteile zum mechanischen Ankuppeln an den Satellitentragring 102, um diesen für die Aufnahme der wachsenden Reaktionsmomente bei höheren Leistungen hochzurüsten
110: Maschinenträger in Baueinheit mit dem Getriebegehäuse nach Anspruch 3.
111: feststehende Halbachse als integraler Teil des Maschinenträgers 110 nach Anspruch 3.
2: langsame hohle Antriebswelle (Hauptwelle) als Hochdrehmomentwelle
20: Rotornabenabdeckung aus Anspruch 3.
21: Antriebswellen-Zylinderring
22: Antriebswellen-Ringscheibe
23: Rotornaben-Zylinderring
24: Rotornaben-Ringscheibe
3: großes außen verzahntes Sonnenrad auf der Antriebswelle 2
31: Sonnenrad-Zahnkranz mit Außenverzahnung
32: Sonnenrad-Zylinderring
33: Sonnenrad-Ringscheibe
4: Planeteneinheit
40: Planetenwelle
41: Planetenritzel
42: Paar von Planetenrädern
43: Paar von Planetenlagern
400: Satellit
401: Satelliten-Gehäuse, eingepasst in eine Gehäuseausnehmungen 103
402: Deckplatte, eingepasst in die leeren Gehäuseausnehmungen 103
5: Abtriebseinheit
50: mittelschnelle hohle Abtriebszwischenwellen mit Mittelabtrieb 52 innen
51: Paar von Abtriebsritzeln
52: Mittelabtrieb in einer hohlen Abtriebs-Zwischenwelle
53: Paar von Abtriebslagern
54: mittelschnelle Abtriebswellen
55: mittelschnelle Abtriebswellen (aus Anspruch 4. und 7.)
56: Paar von Planetenritzeln (aus Anspruch 4.)
57: Planetenrad (aus Anspruch 4.)
58: Abtriebsritzel (aus Anspruch 4.)
59: Paar von Abtriebswellen-Lagern (aus Anspruch 4.)
6: zwei oder mehrere Nutzvorrichtungen, z. B. elektrische Generatoren
61: Hard- und Software-Mittel nach Stand der Technik zur schnell reagierender Steuerung der Leistungsaufnahme der Nutzvorrichtungen, also z. B. der elektrischen Generatoren 6 (nicht bildlich dargestellt)
7: seitlichen Unterkanten der Satelliten-Gehäuse 401 (15–20)
71: Verzahnung eines Satelliten-Gehäuses 401 (15–20)
72: Gegenverzahnung eines Getriebegehäuse 100 (15–20)

Es folgen Erläuterungen zu den Abbildungen:
Erläuterungen zu den Zeichnungen
Die Zeichnungen sind Prinzipdarstellungen
1 Bild oben links: Querschnitt einer Ausgestaltung des Getriebes mit 2 Satelliten, 4-facher Lastverzweigung und 2 Generatoren.
Bild oben rechts: Querschnitt einer Ausgestaltung des Getriebes mit 3 Satelliten, 6-facher Lastverzweigung und 3 Generatoren.
Bild unten rechts: Querschnitt einer Ausgestaltung des Getriebes mit 4 Satelliten, 8-facher Lastverzweigung und 4 Generatoren.
Bild unten links: Querschnitt einer Ausgestaltung des Getriebes mit 6 Satelliten, 12-facher Lastverzweigung und 6 Generatoren.
2 Schemadarstellung: Prinzipvergleich: axial asymmetrische (2 oben links) gegen axial symmetrische Lastverzweigung (2 oben rechts) bei einem Planetenstandgetriebe mit außen verzahntem großen Sonnenrad 3 auf der langsamen Welle 2 und außen liegenden Planeten 40 + 41 + 42.
Oben links: Reaktionskräfte bewirken Schiefziehen von Welle 40 mit Planetenritzel 41 und Planetenrad 42.
Oben rechts: Durch axial symmetrische Lastverzweigung kein Schiefziehen von Welle 40, Planetenritzel 41 und Paar von Planetenrädern 42 durch Reaktionskräfte. Hier mit Mittelabtrieb 52.
Unten: Wie Zeichnung oben rechts jedoch ohne Mittelabtrieb 52 entsprechend Anspruch 7.
3 Halber Querschnitt des Getriebes in einer Version mit 4-facher Lastverzweigung.
4 Halber Längsschnitt des Getriebes durch die Ebene B-B der 3.
5 Längsschnitt durch eine Satellitengruppe durch die geknickte Ebene A-A der 3.
6 Im halben Längsschnitt: Lösen und radiales Wegrücken eines Satelliten (hier nur eine Planetenwelle 4 eines Satelliten 400 dargestellt) und des Gehäusedeckels als Vorbereitung der Demontage des Sonnenrad-Zahnkranzes 31.
7 Fortsetzung von Bild 6 im halben Längsschnitt: Demontage des Sonnenrad-Zahnkranzes 31 und Wegrücken nach hinten (= hier rechts im Bild).
8 Halber Längsschnitt des Getriebes nach Anspruch 3 mit den Getriebelagern 13 und 14 am Innenumfang des Wellentragrohrs 101. Der Sonnenrad-Zylinderring entfällt. Der Sonnenrad-Zahnkranz 31 ist direkt an der Sonnenrad-Ringscheibe 33 angeflanscht.
9 Schematische Darstellung im Querschnitt: Lösen und Wegrücken der Satelliten 400 aus dem Satellitentragring 102 sowie Demontage des Sonnenrad-Zahnkranzes 31.
10 Halber Längsschnitt eines Triebstrangs in einer Ausführung nach Anspruch 3., bei dem Getriebegehäuse und Maschinengehäuse eine Einheit bilden. Das verlängerte Wellentragrohr 111 fungiert hier als feste Halbachse (Achsschenkel, Pin), die über ein Doppel-Kegelrollenlager 12 als Festlager und ein Zylinderrollenlager als Loslager 11 den Rotor trägt.
11 Schemadarstellung der Getriebevariante nach Anspruch 4.
12 Halber Längsschnitt des Getriebes nach Anspruch 4. mit den Getriebelagern 13 und 14 am Außenumfang des Wellentragrohrs 101.
13 Halber Längsschnitt des Getriebes nach Anspruch 4. mit den Getriebelagern 13 und 14 am Innenumfang des Wellentragrohrs 101.
14 Längsschnitt durch eine Satellitengruppe durch die geknickte Ebene A-A (siehe 3) nach Anspruch 4.
15 Variante mit kreisringförmigem Getriebegehäuse 100; Verzahnungsvariante 1:
Querschnitt durch einen Satelliten 400 mit der Darstellung der formschlüssigen Verbindung der hier gebogenen seitlichen Unterkanten 7 des Satelliten-Gehäuses 401 mit den Seiten der Gehäuseausnehmungen 103 des Satellitentragrings 102 des Getriebegehäuses 100 nach Anspruch 5. Beispiel einer möglichen formschlüssigen Verbindung durch eine Verzahnung mit geraden Zahnflanken 71/72 und mit gleich geformten Zähnen.
16 Variante mit kreisringförmigem Getriebegehäuse 100; Verzahnungsvariante 2:
Querschnitt durch einen Satelliten 400 mit der Darstellung der formschlüssigen Verbindung der hier gebogenen seitlichen Unterkanten 7 des Satellitengruppen-Gehäuses 401 mit den Seiten der Gehäuseausnehmungen 103 des Satellitentragrings 102 nach Anspruch 5. Beispiel einer möglichen formschlüssigen Verbindung durch eine Verzahnung mit geraden aber ungleichen rechten und linken Zahnflanken 71/72 der Zähne.
17 Variante mit kreisringförmigem Getriebegehäuse 100; Verzahnungsvariante 2:
Darstellung des Prinzips der Zahnflankenausrichtung aus 16. Die radiale Ausrichtung der Zahnflanken 72 rechts der Mitte ermöglicht eine optimale Übertragung der Reaktionskräfte. Die parallele Ausrichtung der Zahnflanken 72 links der Mitte ist ein Kompromiss, der wegen der Lösbarkeit der Satelliten 400 notwendig ist.
18 Variante mit polygonförmigem Getriebegehäuse 100; Verzahnungsvariante 1:
Querschnitt durch einen Satelliten 400 mit der Darstellung der formschlüssigen Verbindung der hier geraden seitlichen Unterkanten 7 des Satelliten-Gehäuses 401 mit den Seiten der Gehäuseausnehmungen 103 des Satellitentragrings 102 nach Anspruch 6. mit hier sechskantiger Ausführung des Satellitentragrings 102. Beispiel einer möglichen formschlüssigen Verbindung durch eine Verzahnung mit geraden Zahnflanken 71/72 und mit gleichen Zähnen.
19 Variante mit kreisringförmigem Getriebegehäuse 100; Verzahnungsvariante 3:
Querschnitt durch einen Satelliten 400 mit der Darstellung der formschlüssigen Verbindung der hier gebogenen seitlichen Unterkanten 7 des Satelliten-Gehäuses 401 mit den Seiten der Gehäuseausnehmungen 103 des Satellitentragrings 102 nach Anspruch 5. mit kreisringförmiger Ausführung des Satellitentragrings 102. Der untere Teil der Figur zeigt einen Ringsektor des Satellitentragrings 102 dargestellt in einer peripheren Abrollung.
20 Variante mit polygonförmigem Getriebegehäuse 100; Verzahnungsvariante 3:
Querschnitt durch einen Satelliten 400 mit der Darstellung der formschlüssigen Verbindung der hier geraden seitlichen Unterkanten 7 des Satelliten-Gehäuses 401 mit den Seiten der Gehäuseausnehmungen 103 des Satellitentragrings 102 nach Anspruch 6. mit hier sechskantiger Ausführung des Satellitentragrings 102.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10134245 [0010]
EP 1279867 [0010]
US 6761082 [0010]
US 20030015052 [0010]
US 7069802 B2 [0011]
US 6731017 B2 [0011]
US 1351318 [0012]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Deliverable 1B2.a.1, part 2 Introduction, Subpart 2.1, Page 3/34, ”Necessity of a global approach:” [0005]
Normen AGMA 6123 [0029]
IEC61400 [0029]

Claims

Die Erfindung bezieht sich auf ein modulares Baukastensystem für Multi-MW-Windkraftgetriebe mit einer strukturellen Bandbreite, die ein Leistungsspektrum von etwa 4 MW bis über 15 MW abdeckt. Basis des Baukastensystems ist ein Getriebe mit folgenden Merkmalen des Oberbegriffs: – Das Getriebe ist vom Typ „Mittelschneller Triebstrang” mit der langsamen Hochdrehmoment-Welle als Antriebswelle und mindestens zwei mittelschnellen Niedrigdrehmoment-Wellen als Abtriebswellen. – Das Getriebe hat zwei Übersetzungsstufen. – Die Antriebswelle ist mit einem großen außen verzahnten Sonnenrad drehfest verbunden. – Das Getriebe ist ein Planeten-Standgetriebe, d. h. die Planeten sind drehfähig fest mit dem Gehäuse verbunden. Es gibt keine umlaufenden Planetenträger. – Das Getriebe hat mehrfache Last- oder Leistungsverzweigung über außen um das Sonnenrad herum angeordnete Planeten. – Die Last- oder Leistungszweige werden nicht zu einer, sondern zu mindestens zwei mittelschnellen Abtriebswellen zusammengeführt, von denen jede eine eigene Nutzvorrichtung antreibt, z. B. einen elektrischen Generator. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale 1.1. bis 1.9.: 1.1. Die Systemkomponenten Das erfindungsgemäße Baukastensystem mit dem Getriebe 1 als Basis hat folgende Komponenten: – Ein Getriebegehäuse 100. – Eine große hohle Antriebswelle 2, die mit Rotordrehzahl dreht. – Ein großes außen verzahntes Sonnenrad 3 auf dem hinteren Ende der Antriebswelle 2. – Es gibt zwei oder mehr Satelliten 400, die im Querschnitt winkelsymmetrisch außen um den Umfang des Sonnenrades 3 herum verteilt und in Gehäuseausnehmungen 103 („Steckplätze”) des Getriebegehäuses 100 eingepasst sind. – Jeder Satellit 400 hat genau zwei Planeteneinheiten 4 und eine Abtriebseinheit 5. Vom Sonnenrad 3 aus wird der Kraftfluss in der ersten Übersetzungsstufe auf die beiden Planeteneinheiten 4 eines Satelliten 400 aufgeteilt und von diesen in der zweiten Übersetzungsstufe wieder auf die Abtriebseinheit 5 zusammengeführt. – Von der Abtriebseinheit 5 jedes Satelliten 400 geht eine Abtriebswelle 54 aus, die ihrerseits eine Nutzvorrichtung z. B. einen elektrischen Generator 6 antreibt. Es gibt also so viele relativ kleine Generatoren 6, wie es Satelliten 400 gibt. – Der erfindungsgemäße Getriebe-Baukasten ist in folgendem Sinne ein „Systembaukasten^„: Bei gleichem Getriebegehäuse 100, gleichem Sonnenrad 3 und immer gleichen standardisierten, serienmäßig produzierbaren Satelliten 400 kann ein Getriebe lediglich durch Zufügen von Satelliten 400 in schon vorhandene „Steckplätze” von zwei auf drei, vier und sogar sechs Satelliten 400 aufgerüstet werden. Auf diese Weise ist eine 4-, 6-, 8- bis hin zu einer 12-fachen Lastverzweigung mit den entsprechenden Leistungssteigerungen möglich. Wenn an jeden Satellitenabtrieb z. B. ein 2-MW-Generator angeschlossen wird, so sind Leistungsstufen von 4, 6, 8 und 12 MW möglich. Werden 3-MW-Generatoren verwendet, sind Leistungsstufen von 6, 9, 12 und 18 MW (...falls es dafür Rotoren gibt!) möglich. 1.2. Getriebegehäuse – Das Getriebegehäuse 100 besteht aus zwei stabil und verwindungssteif miteinander verbundenen Gehäuseteilen, einem zylinderringförmigen Wellentragrohr 101 sowie einem zylinderringförmigen oder prismenringförmigen Satellitentragring 102, der das Wellentragrohr 101 und das Sonnenrad 3 außen konzentrisch koaxial umschließt. Wellentragrohr 101 und Satellitentragring 102 haben also eine gemeinsame geometrische Achse, die gleich der Hauptachse des Getriebes ist. – Der Satellitentragring 102, in den die Satelliten 400 von außen so eingepasst werden, dass deren Ritzel mit dem Sonnenrad kämmen, hat einen inneren Durchmesser, der um einen Demontagespielraum größer ist als der Kopfkreisdurchmesser des Sonnenrades 3. So kann der Sonnenrad-Zahnkranz 31 nach Demontage oder nach radialem Ausrücken der Satelliten 400 seinerseits demontiert und in axialer Richtung nach hinten herausgezogen werden. – Das Wellentragrohr 101 trägt über zwei vorn und hinten angeordnete Lager die Antriebswelle 2 und das damit verbundene Sonnenrad 3. – Der Satellitentragring 102 hat auf seiner Mantelfläche eine Mehrzahl, z. B. sechs gleichmäßig über den Umfang verteilte, in etwa rechteckige oder in der Abrollung etwa rechteckige Gehäuseausnehmungen 103 („Steckplätze”). In diese Gehäuseausnehmungen 103 sind, je nach Leistungsstufe des Getriebes 1, zwei, drei, vier oder sechs Satelliten 400 eingepasst. – Jeder Satellit 400 besteht aus einem Satelliten-Gehäuse 401, zwei Planeteneinheiten 4, einer Abtriebseinheit 5 mit Abtriebswelle 54 sowie. Gehäuseausnehmungen 103 des Satellitentragrings 102, die bei einer jeweiligen Leistungsstufe keinen Satelliten 400 tragen, sind mit einer Deckplatte 402 demontierbar fest verbunden, welche abdeckt, versteift und Reaktionskräfte leitet. Das Satelliten-Gehäuse 401 leitet die Reaktionskräfte in den Satellitentragring 102 und weiterhin über seitliche Reaktionsstützen in den Maschinenträger ein. – Nach Lösen des Getriebegehäuses 100 von den Reaktionsstützen kann das gesamte Getriebe um die Antriebswelle 2 herum in beliebiger Weise z. B. zu Inspektionszwecken oder zum Wechsel eines Satelliten 400 gedreht werden. – Der Satellitentragring 102 ist an seiner hinteren, vom Rotor abgewandten Seite durch einen leichten, öldichten und schallschluckenden vorzugsweise zweiteiligen Gehäusedeckel 104 verschlossen, der aus einem im Wesentlichen kreisringförmigen Außenteil und einem separat demontierbaren Deckel besteht, der die Kreisringöffnung verschließt. 1.3. Antriebswelle – Die Antriebswelle 2 liegt konzentrisch innerhalb des Wellentragrohrs 101. – Die Antriebswelle 2 ist zusammen mit dem Sonnenrad 3 über ein vorderes Getriebelager 13 und ein hinteres Getriebelager 14 mit dem Wellentragrohr 101 drehfähig fest verbunden. Eines der beiden Lager, vorzugsweise das vordere, ist als Festlager das andere als Loslager ausgelegt. – Das vordere, rotorseitige Ende der Antriebswelle 2 ist konzentrisch demontierbar fest mit einer Antriebswellen-Ringscheibe 22 verbunden, deren Ebene senkrecht zur geometrischen Mittelachse der Antriebswelle 2 liegt. Das hintere, rotorabseitige Ende der Antriebswelle 2 ist konzentrisch demontierbar fest mit einer Sonnenrad-Ringscheibe 33 verbunden, deren Ebene senkrecht zur geometrischen Mittelachse der Antriebswelle 2 liegt. – Die Antriebswellen-Ringscheibe 22 ist ihrerseits mit einem Antriebswellen-Zylinderring 21 konzentrisch demontierbar fest verbunden. Dieser umschließt außen konzentrisch das vordere, rotorseitige Ende des Wellentragrohrs 101. Die innere Mantelfläche des Antriebswellen-Zylinderrings 21 ist über das vordere Getriebelager 13 mit der äußeren Mantelfläche des vorderen Endes des Wellentragrohrs 101 drehfähig demontierbar fest verbunden. – Die Sonnenrad-Ringscheibe 33 ist mit einem Sonnenrad-Zylinderring 32 konzentrisch demontierbar fest verbunden. Dieser umschließt außen konzentrisch das hintere, rotorseitige Ende des Wellentragrohrs 101. Die innere Mantelfläche des Sonnenrad-Zylinderrings 21 ist über das hintere Getriebelager 14 mit der äußeren Mantelfläche des hinteren Endes des Wellentragrohrs 101 drehfähig demontierbar fest verbunden. – Das Wellentragrohr 101 für die Antriebswelle 2 hat an der Unterseite seines Mantels in der Nähe des vorderen und hinteren Endes je eine Öffnung, durch die je ein Stützrollenpaar 105 eingeschwenkt werden kann. Die beiden Stützrollenpaare 105 halten die Antriebswelle 2 drehfähig auf Distanz zum Wellentragrohr 101, wenn vorne die Antriebswellen-Ringscheibe 22 und/oder hinten die Sonnenrad-Ringscheibe 33 z. B. zur Inspektion der Lager, demontiert werden. Die Stützrollen sind im Querschnitt etwa auf den Positionen 5 und 7 Uhr. 1.4. Sonnenrad – Das Sonnenrad 3 ist ein großes gerade- oder doppelschräg- oder pfeilverzahntes Stirnrad. Es ist in folgender Weise mehrteilig aufgebaut: Eine Sonnenrad-Ringscheibe 33 ist mit dem hinteren Ende der Antriebswelle 2 konzentrisch demontierbar fest verbunden. Mit der Sonnenrad-Ringscheibe 33 ist ein Sonnenrad-Zylinderring 32 konzentrisch demontierbar fest verbunden. Der Sonnenrad-Zylinderring 32 ist wiederum mit einem ringförmigen Sonnenrad-Zahnkranz 31 mit Außenverzahnung konzentrisch demontierbar fest verbunden. Sonnenrad-Zahnkranz 31, Sonnenrad-Zylinderring 32 und Sonnenrad-Ringscheibe 33 bilden somit zusammen das Sonnenrad 3. – Jeder Satellit 400 liegt in einer Gehäuse-Ausnehmung 103 des Satellitentragrings 102 und ist mit diesem demontierbar fest verbunden. – Wenn alle Satelliten 400 nach Lösen ihrer Verschraubungen aus den Gehäuseausnehmungen 103 des Satellitentragrings 102 radial weggerückt oder ausgebaut werden, wird Querschnittsfläche frei, um den Sonnenrad-Zahnkranz 31 vom Sonnenrad-Zylinderring 32 zu demontieren und nach hinten axial herauszuziehen und auszutauschen. 1.5. Satelliten Jeder Satellit 400 besteht aus folgenden Komponenten: – genau zwei Planeteneinheiten 4; – genau eine Abtriebseinheit 5; – eine Abtriebswelle 54, die eine Nutzvorrichtung wie z. B. einen elektrischen Generator 6 antreibt. – Jeder Satellit 400 hat ein eigenes Satelliten-Gehäuse 401, in dem die beiden Planeteneinheiten 4 und die Abtriebseinheit 5 drehfähig gelagert sind. Das Satelliten-Gehäuse 401 ist so gestaltet, dass es in eine der Gehäuseausnehmungen 103 des Satellitentragrings 102 eingepasst und demontierbar fest verbunden werden kann. Das Satelliten-Gehäuse 401 überträgt die Reaktionsmomente des Satelliten 400 auf den Satellitentragring 102 und weiterhin über die Drehmomentstütze auf den Maschinenträger. 1.6. Planeteneinheiten Eine Planeteneinheit 4 hat folgende Komponenten: – eine Planetenwelle 40, deren geometrische Achse parallel zu derjenigen der Antriebswelle 2 liegt; – ein Planetenritzel 41, das in der axialen Mitte der Planetenwelle 40 angeordnet ist, das mit dem Sonnenrad 3 kämmt und passend zu diesem verzahnt ist; – ein Paar von Planetenrädern 42, die zur gleichteiligen Lastverzweigung in axialer Richtung symmetrisch rechts und links des Planetenritzels 41 auf der Planetenwelle 40 angeordnet sind; sie können gerade oder paarig gegensinnig schräg verzahnt sein mit schwimmend gelagerter Planetenwelle 40; – ein Paar von Planetenlagern 43, die an den Enden einer Planetenwelle 40 angeordnet sind. Diese verbinden die Planetenwelle 40 drehfähig fest mit dem Satelliten-Gehäuse 401. 1.7. Abtriebseinheit Die Abtriebseinheit 5 innerhalb eines Satelliten 400 hat folgende Komponenten: – Eine hohle Abtriebs-Zwischenwelle 50, deren geometrische Achse parallel zu den geometrischen Achsen der Antriebswelle 2 und der beiden Planetenwellen 40 liegt. – Ein Paar von Abtriebsritzeln 51, die auf der Abtriebs-Zwischenwelle 50 so angeordnet sind, dass sie mit den beiden Paaren von Planetenrädern 42 der zwei zugeordneten Planeteneinheiten 4 kämmen, die zum selben Satelliten 400 gehören. Sie sind passend zu den Planetenrädern 42 verzahnt. – Ein Paar von Zwischenwellen-Lagern 53, die die Abtriebs-Zwischenwelle 50 drehfähig fest mit dem Satelliten-Gehäuse 401 verbinden. – Die hohle Abtriebs-Zwischenwelle 50 hat in der Innenseite ihrer axialen Mitte einen Mittelabtrieb 52 nach Stand der Technik, über den sie Drehmoment auf die Abtriebswelle 54 überträgt. – Die geometrische Achse einer Abtriebswelle 54 liegt kollinear mit der zugehörigen Abtriebs-Zwischenwelle 50. Sie ragt mit ihrem vorderen Ende in das Innere der hohlen Abtriebs-Zwischenwelle 50 zum Mittelabtrieb 52 hinein. Ihr hinteres Ende ist über eine Kupplung mit einer Nutzvorrichtung, z. B. mit einem elektrischen Generator 6 verbunden. Ein Mittelabtrieb 52 kann z. B. eine Längsverzahnung in der Mitte der Innenseite einer hohlen Abtriebs-Zwischenwelle 50 sowie, abgestimmt darauf, an der Außenseite der zugeordneten Abtriebswelle 54 sein. 1.8. Nutzvorrichtungen/Generatoren Mit jeder Abtriebswelle 54 ist eine eigene Nutzvorrichtung z. B. ein elektrischer Generator 6 vorzugsweise mit je einer Scheiben- oder Wirbelstrombremse verbunden. Ein Generator 6 kann entweder in axialer Richtung nach hinten oder nach vorne ausgerichtet sein. Auch in beide Richtungen auf der gleichen Abtriebswelle 54 kann je ein Generator 6 angeordnet sein. 1.9. Gleichmäßige Lastverteilung auf alle Satelliten Das erfindungsgemäße Getriebesystem verfügt über Hard- und Software-Einrichtungen 61 nach Stand der Technik zur schnell reagierenden Steuerung der Leistungsaufnahme der einzelnen Nutzvorrichtungen, also z. B. der elektrischen Generatoren 6, mit dem Ziel, die Lasten gleichmäßig auf die Satelliten 400 und damit auch winkelsymmetrisch über den Umfang des Sonnenrades 3 zu verteilen. Unteransprüche
Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 1., gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale 2.1. bis 2.3.: 2.1. Das Wellentragrohr 101 trägt die Antriebswelle 2 und das damit verbundene Sonnenrad 3 über zwei innerhalb des Wellentragrohrs 101 liegende Lager (8). 2.2. Das vordere, rotorseitige Ende der Antriebswelle 2 ist konzentrisch demontierbar fest mit einer Antriebswellen-Ringscheibe 22 verbunden. Ein Antriebswellen-Zylinderring entfällt. 2.3. Das hintere Ende der Antriebswelle 2 ist konzentrisch demontierbar fest mit der Sonnenrad-Ringscheibe 33 verbunden. Diese ist konzentrisch demontierbar fest direkt mit dem ringförmigen Sonnenrad-Zahnkranz 31 verbunden. Ein Sonnenrad-Zylinderring entfällt.
Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 1. und 2., gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale 3.1. bis 3.6.: 3.1. Der Maschinenträger 110 und das Getriebegehäuse 100 bilden eine Baueinheit. 3.2. Dabei wird aus dem Wellentragrohr des Getriebes eine feststehende Halbachse 111 (Pin, Achsschenkel), auf welcher der Rotor läuft, als integraler Teil des Maschinenträgers 110. 3.3. Der Antriebswellen-Zylinderring wird dann zum Rotornaben-Zylinderring 23. 3.4. Die Antriebswellen-Ringscheibe wird dann zur Rotornaben-Ringscheibe 24. An dieser ist die Rotornabenabdeckung 20 angebracht. 3.5. Der Rotornaben-Zylinderring 23 ist an seiner dem Rotor zugewandte Seite innen über ein vorderes Rotorlager 11 auf der feststehenden Halbachse 111 drehfähig fest abgestützt. 3.6. Der Rotornaben-Zylinderring 23 ist an seiner vom Rotor abgewandten Seite innen über ein hinteres Rotorlager 12 auf der feststehenden Halbachse 111 drehfähig fest abgestützt.
Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 1. bis 3., gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale 4.1. bis 4.3.: 4.1. Sonnenrad Zwei ringförmige außenverzahnte Sonnenrad-Zahnkränze 31 mit gleichem Durchmesser sind in parallelen Ebenen demontierbar fest mit dem Sonnenrad-Zylinderring 32 verbunden. Die Verbindung ist nach Stand der Technik so ausgebildet, dass nach radialem Ausrücken oder Entfernen der Satelliten 400 beide Sonnenrad-Zahnkränze 31 nacheinander demontiert und nach hinten herausgezogen werden können. Der axiale Abstand der beiden Sonnenrad-Zahnkränze 31 ist so gewählt, dass ein Planetenrad 57 einer Planeteneinheit 4 in die Lücke zwischen beiden von außen hineinragen kann. Jeder der beiden Sonnenrad-Zahnkränze 31 hat nur die halbe Zahnbreite eines Sonnenrad-Zahnkranzes 31 nach Anspruch 1.. Beide Sonnenrad-Zahnkränze 31 sind gerade oder gegensinnig schräg verzahnt. 4.2. Planeteneinheiten Jeweils zwei Planeteneinheiten 4 sind innerhalb eines Satelliten 400 angeordnet. Eine Planeteneinheit 4 hat folgende Komponenten: – eine Planetenwelle 40, deren geometrische Achse parallel zu derjenigen der Antriebswelle 2 liegt; – Ein Paar von Planetenritzeln 56, das auf der Planetenwelle 40 so angeordnet ist, das es mit den beiden Sonnenradkränzen 31 kämmt und passend zu diesen verzahnt ist. – Ein Planetenrad 57, das auf der Planetenwelle 40 in der axialen Mitte zwischen den beiden Planetenritzeln 56 angeordnet ist und in die Lücke zwischen die beiden Sonnenrad-Zahnkränze 31 passt. – Ein Paar von Planetenlagern 43, die an den Enden der Planetenwelle 40 angeordnet sind. Diese verbinden die Planetenwelle 40 drehfähig fest mit dem Satelliten-Gehäuse 401. 4.3. Abtriebseinheiten Genau eine Abtriebseinheit 5 ist innerhalb eines Satelliten 400 angeordnet und hat folgende Komponenten: – Eine Abtriebswelle 55, deren geometrische Achse parallel zu den geometrischen Achsen der Antriebswelle 2 und der Planetenwellen 40 liegt. Es gibt bei dieser Version keine Abtriebs-Zwischenwelle. Das hintere Ende der Abtriebswelle 55 ist über eine Kupplung mit einer Nutzvorrichtung, z. B. mit einem elektrischen Generator 6 verbunden. – Ein Abtriebsritzel 58, das auf der Abtriebswelle 55 angeordnet ist und mit den Planetenrädern 57 der beiden zugeordneten Planeteneinheiten 4 kämmt, die zum selben Satelliten 400 gehören. – Ein Paar von Abtriebswellenlagern 59, die die Abtriebswelle 55 drehfähig fest mit dem Satelliten-Gehäuse 401 verbinden.
Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 1. bis 4., gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale 5.1. bis 5.3.: 5.1. Die seitlichen Unterkanten 7 des Satelliten-Gehäuses 401 sind mit den Seiten der Gehäuseausnehmungen 103 zur Aufnahme eines Satelliten 400 in der Weise formschlüssig verbunden, dass die Reaktionsmomente auf den Satellitentragring 102 abgeleitet und die Querstege zwischen den Gehäuseausnehmungen 103 entlastet werden. 5.2. Die formschlüssige Verbindung ist eine Verzahnung 71 des Satelliten-Gehäuses 401 mit einer dazu passenden Gegenverzahnung 72 des Satellitentragrings 102 mit geraden Zahnflanken, wobei die Winkel der geraden Zahnflanken so gewählt sind, dass radiales Herausheben eines Satelliten 400 aus dem Satellitentragring 102 möglich ist. 5.3 Die Zahnflankenwinkel einer linken und einer rechten Flanke können verschieden sein. Weiterhin können die Winkel entlang der Zahnverbindung in Umfangsrichtung von Zahn zu Zahn unter Beachtung der radialen Lösbarkeit der Satelliten 400 verschieden sein.
Variante der Erfindung nach Anspruch 1. bis 5., gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale 6.1. bis 6.2.: 6.1. Der Satellitentragring 102 des Getriebegehäuses 100 hat die Form eines Prismenrings mit polygonalem Querschnitt, z. B. mit einem Sechseck als Ringquerschnitt. Die Gehäuseausnehmungen 103 sind passend dazu plan in den ebenen Flächen des Polygons. 6.2. Der Satellitentragring 102 hat einen Inkreis-Durchmesser, der um einen Demontagespielraum größer ist als der Kopfkreisdurchmesser des Sonnenrades 3, so dass nach radialer Ausrückung oder Demontage der Satelliten 400 der Sonnenrad-Zahnkranz 31 oder die Sonnenrad-Zahnkränze 31 (nach Anspruch 4.) in axialer Richtung nach hinten herausgezogen werden können.
Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 1. bis 6., dadurch gekennzeichnet, dass Merkmal 1.7. des Hauptanspruchs zur Vereinfachung auf folgende Weise abgewandelt wird: Statt einer Abtriebs-Zwischenwelle 50 mit einer Abtriebswelle 54 gibt es nur eine Welle, die als Abtriebswelle 55 bezeichnet wird. Die Abtriebswelle 55 trägt das Paar von Abtriebsritzeln 51, ein Paar von Abtriebswellenlagern 59, zu beiden Seiten des Paares der Abtriebsritzel 51 und ist über eine Kupplung nach Stand der Technik mit einer Nutzvorrichtung also z. B. mit einem Generator 6 demontierbar drehfest verbunden.
Ausbauform der Erfindung nach Anspruch 1. bis 7., dadurch gekennzeichnet, dass der Satellitentragring 102 des Getriebegehäuses 100 für die aufzunehmenden Reaktionskräfte bei niederer Leistungen (z. B. 4 MW) mit entsprechend geringer Masse ausgelegt ist. Der Satellitentragring 102 wird durch mechanisch formschlüssiges Ankuppeln von zusätzlichen Gehäusebauteilen 106 hochgerüstet, um diesen bei höheren Leistungen für die Durchleitung der wachsenden Reaktionskräfte in den Maschinenträger zu ertüchtigen.
Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 1. bis 8., dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe 1 auch in umgekehrter Arbeitsrichtung als Untersetzungsgetriebe betrieben wird, wobei die mittelschnellen Wellen 54 bzw. 55 mit Antrieben verbunden sind und die langsame Welle 2 den Abtrieb bildet.