DE102015216369A1

DE102015216369A1 - Generatorgetriebe einer Windenergieanlage

Info

Publication number: DE102015216369A1
Application number: DE102015216369.5A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Weist
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-08-27
Filing date: 2015-08-27
Publication date: 2017-03-02
Also published as: WO2017032558A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Generatorgetriebe einer Windenergieanlage mit mindestens zwei Getriebestufen, umfassend eine erste Getriebestufe (1) und eine damit gekoppelte zweite Getriebestufe (2), wobei die Kopplung beider benachbarter Getriebestufen (1, 2) mittels einer Steckverzahnung (3) ausgebildet ist, die eine zumindest teilweise innenverzahnte Hohlwelle (4) mit zumindest teilweise korrespondierend außenverzahnter Anschlusswelle (5) umfasst, wobei die Einstecktiefe der Anschlusswelle (5) durch einen sich nach radialinnen erstreckenden und an der Hohlwelle (4) angeformten Anschlagabsatz (12) begrenzt ist, wobei an dem dem Anschlagabsatz (12) gegenüberliegenden axialen Ende der Steckverzahnung (3) ein stirnseitig an der Hohlwelle (4) angebrachter Anschlagring (14) vorgesehen ist, der von einem Gleitring (16) umgeben ist, der verdrehgesichert an einem ortsfesten Gehäuse (9) oder einem Planetensteg schwimmend gelagert angebracht ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Generatorgetriebe einer Windenergieanlage mit mindestens zwei Getriebestufen, umfassend eine erste Getriebestufe und eine damit gekoppelte zweite Getriebestufe, wobei die Kopplung beider benachbarter Getriebestufen mittels einer Steckverzahnung ausgebildet ist, die eine zumindest teilweise innenverzahnte Hohlwelle mit zumindest teilweise korrespondierend außenverzahnter Anschlusswelle umfasst.
Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich auf den Windenergieanlagenbau. Hierbei werden die hier interessierenden Generatorgetriebe dafür eingesetzt, um ausgehend von der Drehbewegung eines windbeaufschlagten Rotors eine Übersetzung ins Schnelle durchzuführen, um ausgangsseitig des Generatorgetriebes einen Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie anzuschließen.
Stand der Technik
Die EP 2 280 193 A2 offenbart ein Planetengetriebe für industrielle Anwendungen mit mehreren Getriebestufen, wobei eine Planetenstufe über eine Zahnkupplung per Steckverzahnung an eine benachbarte Stirnradstufe angekoppelt ist. Eine außenverzahnte Anschlusswelle geht vom Sonnenrad der Planetenstufe aus und steht über die Verzahnung im Eingriff mit einer innenverzahnten Hohlwelle der Zahnradstufe. Im Bereich der innenverzahnten Hohlwelle, welche hier als Kupplungshülse bezeichnet wird, ist ein Schmierstoffzuführungskanal angeordnet, der an einem der Verzahnung der Zahnkupplung zugewandten Abschnitt der innenverzahnten Hohlwelle endet. Die Zufuhr des Schmierstoffs erfolgt über zwischen den stehenden Gehäuseteilen und rotierenden Teilen der Getriebestufen gebildete Hohlräume. Dies erfordert geringe Fertigungstoleranzen an mehreren Berührungsflächen zwischen den stehenden und drehenden Teilen sowie ein hohes Ölvolumen zur Füllung der Hohlräume.
Die EP 2 594 789 A1 offenbart ein gattungsgemäßes Generatorgetriebe einer Windenergieanlage, bei dem eine als Planetenstufe ausgebildete erste Getriebestufe mit einer ebenfalls als Planetengetriebe ausgebildeten zweiten Getriebestufe über eine Steckverzahnung per Zahnkupplung verbunden ist. Das Ende der Sonnenwelle der ersten Planetenstufe ist dabei von einer Hohlwelle der zweiten Getriebestufe konzentrisch umgeben. Die Sonnenwelle der ersten Planetenstufe ist mit der Hohlwelle drehfest über eine Verzahnung gekoppelt, die als Innenverzahnung in der Hohlwelle und als Außenverzahnung an das Ende der Sonnenwelle angebracht ist. An einer dem Sonnenrad der ersten Getriebestufe zugewandten Stirnseite der Hohlwelle ist ein Schmierstoffzuführungsring angeordnet. Der Schmierstoffzuführungsring weist eine konische Durchtrittsöffnung auf, deren Innendurchmesser in Richtung des Sonnenrades der ersten Getriebestufe abnimmt und umgibt die Sonnenwelle der ersten Getriebestufe konzentrisch. Auf den umlaufenden Spalt zwischen dem Schmierstoffzuführungsring und der Sonnenwelle der ersten Getriebestufe ist zumindest eine Schmierstoffzuführungsdüse ausgerichtet. Die Schmierstoffzuführungsdüse ist erforderlich, um Öl unter einer Stauscheibe hinweg in den Bereich der Steckverzahnung einzubringen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung mit einfachen Mitteln eine zuverlässige Lagerung und Schmierstoffversorgung des Bereichs einer Steckverzahnung miteinander gekoppelter Getriebestufen zu schaffen.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Einstecktiefe der Anschlusswelle durch einen sich nach radialinnen erstreckenden und an der Hohlwelle angeformten Anschlagabsatz begrenzt ist, wobei an dem dem Anschlagabsatz gegenüberliegenden axialen Ende der Steckverzahnung ein stirnseitig an der Hohlwelle angebrachter Anschlagring vorgesehen ist, der von einem Gleitring umgeben ist, der verdrehgesichert an einem ortsfesten Gehäuse oder einem Planetensteg schwimmend gelagert angebracht ist. Somit erfolgt zwischen diesem Anschlagring und dem Gleitring eine Gleitlagerung des Wellenendes der Anschlusswelle, die mit einer Drehdurchführung für eine Schmierstoffversorgung Steckverzahnung versehbar ist. Hierüber wird auch das Gleitlager geschmiert.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäße Lösung liegt darin, dass die Steckverzahnung zwischen dem an der Hohlwelle angeformten Anschlagabsatz und dem am anderen Ende der Steckverzahnung angebrachten Anschlagring eingeschlossen wird. Gleichzeitig ist der Anschlagring auch Bestandteil des Gleitlagers für die Anschlusswelle. Der Gleitring als hierzu korrespondiereder ortsfester Gleitlagerbestandteil ist schwimmend gelagert, um Achsversatz und Toleranzen zwischen den miteinander zusammenwirkenden Bauteilen auszugleichen.
Das Schmieröl wird vorzugsweise über einen ersten Kanalabschnitt im Gehäuse bzw. Planetensteg, einem zweiten weiterführenden Kanalabschnitt im Gleitring, einem dritten weiterführenden Kanalabschnitt im Anschlagring und einem vierten weiterführenden Kanalabschnitt in der Hohlwelle zur ringförmigen Kammer im Bereich der Steckverzahnung für die Aufnahme von Schmieröl zur Versorgung der Steckverzahnung geführt. Zwischen dem Gleitring und dem sich relativ hierzu drehenden Anschlagring wird dabei eine Drehdurchführung realisiert, welche einen Leckagespalt für das Schmieröl umfasst, um auch benachbarte Getriebeteile mit Schmieröl zu versorgen.
Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme ist vorgesehen, dass der Übergangsbereich zwischen dem ersten Kanalabschnitt im Gehäuse und dem zweiten Kanalabschnitt im Gleitring von beidseits davon angeordneten Elastomerdichtringen begrenzt ist, die trotz statischer Abdichtung eine erfindungswesentliche radiale Bewegbarkeit beider benachbarter Bauteile ermöglichen. Hierdurch wird zum einen verhindert, dass Schmieröl an dieser Stelle austreten kann; zum anderen wird die zwischen beiden Bauteilen platzierten Elastomerdichtringe eine geringfügige radiale Bewegbarkeit des Wellenendes der Anschlusswelle gegenüber dem ortsfesten Gehäuse sichergestellt. Diese Maßnahme gewährleistet einen optimalen Zahneingriff der Steckverzahnung zwischen Anschlusswelle und Hohlwelle der nachgeschalteten Getriebestufen. Mit anderen Worten ist also der Gleitring über die Elastomerdichtungen, beispielsweise O-Ringe mit Stützring schwimmend gegenüber dem Gehäuse gelagert. Über die Elastomerdichtringe wird also eine reine statische Abdichtung erzielt. Die Verdrehsicherung des Gleitrings gegenüber dem Gehäuse kann über eine radial gerichtete Verstiftung oder dergleichen realisiert werden. Durch die somit erzielte radiale Bewegbarkeit beider benachbarter Bauteile können zusätzlich die Bewegungen aus den Verformungen sowie dem Versatz aus dem Wälzlagerspiel aufgenommen werden.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.
Ausführungsbeispiele
Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines mehrstufigen Generatorgetriebes für eine Windenergieanlage mit Anschlussbaugruppen, und
2 als Detail D von 1 eine Detaildarstellung im Bereich der Steckverzahnung für die Ankopplung einer zweiten Getriebestufe an eine erste Getriebestufe.
Nach 1 besteht ein exemplarisches Generatorgetriebe einer Windenergieanlage im Wesentlichen aus einer ersten Getriebestufe 1 in Form eines Planetengetriebes und einer damit gekoppelten zweiten Getriebestufe 2 in Form eines Stirnradgetriebes. Die Kopplung beider benachbarter Getriebestufen 1 und 2 erfolgt mittels einer Steckverzahnung 3, bestehend aus einer innenverzahnten Hohlwelle 4 sowie einer endseitig außenverzahnten Anschlusswelle 5.
Eingangsseitig der ersten Getriebestufe 1 ist ein Rotor 6 – einer nicht weiter dargestellten – Windenergieanlage befestigt, der einen Planetenträger 7 der ersten Getriebestufe 1 antreibt. Ein Hohlrad 8 ist ortsfest an einem Getriebegehäuse 9 befestigt und das abtriebsseitige Sonnenrad 10 steht mit der Anschlusswelle 5 in Verbindung.
Die zweite Getriebestufe 2 verfügt über die eingangsseitige Hohlwelle 4; ausgangsseitig der zweiten Getriebestufe 2 ist ein Generator 11 zur Erzeugung von elektrischer Energie angeschlossen.
Gemäß 2, die das Detail D im Bereich der Steckverzahnung 3 veranschaulicht, ist die Einstecktiefe der Anschlusswelle 5 in die Hohlwelle 4 durch einen sich nach radial innen erstreckenden Anschlagabsatz 12 an der Hohlwelle 4 begrenzt. Der Anschlagabsatz 12 begrenzt außerdem eine ringförmig um die Anschlusswelle 5 herum verlaufende Kammer 13 zur Aufnahme von Schmieröl für die Schmierung und Durchspülung der Steckverzahnung 3.
An dem dem Anschlagabsatz 12 gegenüberliegenden axialen Ende der Steckverzahnung 3 ist ein stirnseitig an der Hohlwelle 4 lösbar über eine Verschraubung angebrachter Anschlagring 14 vorgesehen. Der Anschlagring 14 ist auf den zylindrischen Schaftbereich der Anschlussstelle 5 aufgesteckt und rotiert durch seine Zuordnung gemeinsam mit der Hohlwelle 4 sowie der Anschlusswelle 5. Diese Anordnung ist über ein Wälzlager 15 gegenüber dem Gehäuse 9 drehgelagert.
Der Anschlagring 14 ist von einem Gleitring 16 umgeben, der verdrehgesichert am Gehäuse 9 schwimmend gelagert ist. Die schwimmende Lagerung wird über dazwischen angeordnete Elastomerdichtringe 17a und 17b unterstützt, welche eine Doppelfunktion haben, auf die nachfolgend noch eingegangen werden wird.
Zwischen dem rotierenden Anschlagring 14 und dem demgegenüber ortsfesten Gleitring 16 besteht ein Leckagespalt für austretendes Schmieröl. Daneben wird hierüber auch eine Drehdurchführung für einen Schmierölkanal realisiert.
Der Schmierölkanal dient der Beaufschlagung der Kammer 13 im Bereich der Steckverzahnung 3 mit Schmieröl zur Schmierung und Durchspülung der Steckverzahnung 3 und ist zusammengesetzt aus einem ersten Kanalabschnitt 18a im Gehäuse 9 einem zweiten weiterführenden Kanalabschnitt 18b im Gleitring 16, einem dritten weiterführenden Kanalabschnitt 18c im Anschlagring 14 und einem vierten weiterführenden Kanalabschnitt 18d in der Hohlwelle 4, welcher endseitig in die ringförmige Kammer 13 neben der Steckverzahnung 3 einmündet.
Der Übergangsbereich zwischen dem ersten Kanalabschnitt 18a im Gehäuse 9 und dem zweiten Kanalabschnitt 18b im Gleitring 16 ist von den bereits vorstehend erwähnten Elastomerdichtringen 17a und 17b begrenzt, welche trotzt statischer Abdichtung des Schmierölkanals die bereits vorstehend erwähnte radiale Bewegbarkeit beider benachbarter Bauteile ermöglichen.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, dass das Generatorgetriebe mehr als zwei Getriebestufen aufweist und der erfindungsgemäß ausgebildete Steckverzahnungsbereich kann beispielsweise auch zwischen zwei Planetenstufen angeordnet sein. Ferner kann die Hohlwelle auch einstückig mit dem Anschlagring ausgebildet sein.
Bezugszeichenliste

1: erste Getriebestufe
2: zweite Getriebestufe
3: Steckverzahnung
4: Hohlwelle
5: Anschlusswelle
6: Rotor
7: Planetenträger
8: Hohlrad
9: Gehäuse
10: Sonnenrad
11: Generator
12: Anschlagabsatz
13: Kammer
14: Anschlagring
15: Wälzlager
16: Gleitring
17: Elastomerdichtring
18: Kanalabschnitt

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

EP 2280193 A2 [0003]
EP 2594789 A1 [0004]

Claims

Generatorgetriebe einer Windenergieanlage mit mindestens zwei Getriebestufen, umfassend eine erste Getriebestufe (1) und eine damit gekoppelte zweite Getriebestufe (2), wobei die Kopplung beider benachbarter Getriebestufen (1, 2) mittels einer Steckverzahnung (3) ausgebildet ist, die eine zumindest teilweise innenverzahnte Hohlwelle (4) mit zumindest teilweise korrespondierend außenverzahnter Anschlusswelle (5) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstecktiefe der Anschlusswelle (5) durch einen sich nach radialinnen erstreckenden und an der Hohlwelle (4) angeformten Anschlagabsatz (12) begrenzt ist, wobei an dem dem Anschlagabsatz (12) gegenüberliegenden axialen Ende der Steckverzahnung (3) ein stirnseitig an der Hohlwelle (4) angebrachter Anschlagring (14) vorgesehen ist, der von einem Gleitring (16) umgeben ist, der verdrehgesichert an einem ortsfesten Gehäuse (9) oder einem Planetensteg schwimmend gelagert angebracht ist.
Generatorgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Anschlagring (14) und dem Gleitring (16) eine Drehdurchführung mit Leckagespalt für das Schmieröl zur Schmierölversorgung der Steckverzahnung (3) sowie der Gleitlagerung besteht.
Generatorgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlagabsatz (12) der Hohlwelle (4) eine ringförmig um die Anschlusswelle (5) herum verlaufende Kammer (13) zur Aufnahme von Schmieröl für die Versorgung der axial benachbart hierzu angeordneten Steckverzahnung (3) begrenzt.
Generatorgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmieröl über einen ersten Kanalabschnitt (18a) im Gehäuse (9), einem zweiten weiterführenden Kanalabschnitt (18b) im Gleitring (16), einem dritten weiterführenden Kanalabschnitt (18c) im Anschlagring (14) und einem vierten weiterführenden Kanalabschnitt (18d) in der Hohlwelle (4) zur ringförmigen Kammer (13) im Bereich der Steckverzahnung (3) gelangt.
Generatorgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich zwischen dem ersten Kanalabschnitt (18a) im Gehäuse (9) und dem zweiten Kanalabschnitt (18b) im Gleitring (16) von beidseits davon angeordneten Elastomerdichtringen (17a, 17b) begrenzt ist, die zur Realisierung der schwimmenden Lagerung bei gleichzeitig statischer Abdichtung eine radiale Bewegbarkeit beider benachbarter Bauteile ermöglichen.
Generatorgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlagring (14) über eine Schraubverbindung lösbar stirnseitig der Hohlwelle (4) angebracht ist.
Generatorgetriebe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Getriebestufe (1) als eine Planetenstufe ausgebildet ist, deren Abtriebswelle durch die außenverzahnte Anschlusswelle (5) gebildet ist.
Generatorgetriebe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Getriebestufe (2) als eine Zahnradstufe oder eine weitere Planetenstufe ausgebildet ist, deren Antriebswelle durch die innenverzahnte Hohlwelle (4) als Antriebswellenhülse gebildet ist.