DE102015225606B4

DE102015225606B4 - Generator with gear stage

Info

Publication number: DE102015225606B4
Application number: DE102015225606.5A
Authority: DE
Inventors: Warren Smook; Roger Bogaert
Original assignee: ZF Wind Power Antwerpen NV; ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Wind Power Antwerpen NV; ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2022-04-14
Anticipated expiration: 2035-12-18
Also published as: DE102015225606A1

Abstract

Anordnung mit mindestens einer Planetenstufe (101), einer ersten Welle (121) einer zweiten Welle (109), einem Generator (103), einem ersten Lager (131) und einem zweiten Lager (133); wobeidie Planetenstufe (101) ein Hohlrad (107), ein oder mehrere Planetenräder (117), ein Sonnenrad (119) und einen Planetenträger (120) umfasst; wobeidas Sonnenrad (119) auf der ersten Welle (121) fixiert ist; und wobeidie erste Welle (121) mittels des ersten Lagers (131) und des zweiten Lagers (133) drehbar in dem Planetenträger (120), in einem Getriebegehäuse (115), in dem Hohlrad (107) und/oder in dem Planetenträger (120) gelagert ist; dadurch gekennzeichnet, dassein Rotor (123) des Generators (103) ausschließlich auf der ersten Welle (121) fixiert ist; wobeidas Sonnenrad (119) axial mindestens teilweise zwischen dem ersten Lager (131) und dem zweiten Lager (133) angeordnet ist.Arrangement with at least one planetary stage (101), a first shaft (121), a second shaft (109), a generator (103), a first bearing (131) and a second bearing (133); whereinthe planetary stage (101) comprises a ring gear (107), one or more planet gears (117), a sun gear (119) and a planet carrier (120); wherein the sun gear (119) is fixed on the first shaft (121); and wherein the first shaft (121) is rotatable in the planet carrier (120), in a gear housing (115), in the ring gear (107) and/or in the planet carrier (120 ) is stored; characterized in thata rotor (123) of the generator (103) is fixed exclusively on the first shaft (121); wherein the sun gear (119) is located at least partially axially between the first bearing (131) and the second bearing (133).

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to an arrangement according to the preamble of claim 1.

Derartige Anordnungen sind insbesondere für die Verwendung im Antriebsstrang einer Windkraftanlage geeignet. Ein Rotor der Windkraftanlage ist dabei drehfest mit einer Eingangswelle eines Getriebes verbunden. Das Getriebe weist mindestens eine Planetenstufe auf. Über die Planetenstufe wird ein Generator angetrieben.Such arrangements are particularly suitable for use in the drive train of a wind turbine. A rotor of the wind turbine is connected in a rotationally fixed manner to an input shaft of a transmission. The transmission has at least one planetary stage. A generator is driven via the planetary stage.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedenartige Formen der Integration eines Getriebes und eines Generators bekannt. So offenbart etwa die Druckschrift EP 2 031 273 A1 ein Getriebe und einen Generator, deren Gehäuse miteinander verschraubt werden können. Eine Ausgangswelle des Getriebes und eine Eingangswelle des Generators sind mittels einer Passverzahnung drehfest miteinander verbunden.Various forms of integration of a transmission and a generator are known from the prior art. For example, the pamphlet discloses EP 2 031 273 A1 a gearbox and a generator whose housings can be bolted together. An output shaft of the transmission and an input shaft of the generator are non-rotatably connected to one another by means of splines.

Bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen weist das Getriebe in der Regel zwei hintereinander geschaltete Planetenstufen auf. Hiermit lassen sich Übersetzungsverhältnisse von etwa 30:1 bis 40:1 realisieren.In the solutions known from the prior art, the transmission generally has two planetary stages connected in series. This allows transmission ratios of around 30:1 to 40:1 to be achieved.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe mit einem Generator unter Umgehung der dem aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen innewohnenden Nachteile zu koppeln. Insbesondere sollen die Größe und die Masse des Generators verringert werden.The object of the invention is to couple a transmission to a generator while avoiding the inherent disadvantages of the solutions known from the prior art. In particular, the size and mass of the generator should be reduced.

Die Größe des Generators ist eine Funktion des an einer Eingangswelle des Generators maximal anliegenden Drehmoments. Ein geringeres anliegendes Drehmoment ermöglicht es, den Generator zu verkleinern. Bei einem gegebenen Eingangsdrehmoment, dass von dem Rotor der Windkraftanlage aufgebracht wird, lässt sich das an der Eingangswelle des Generators anliegende Drehmoment durch Vergrößern des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes verringern.The size of the generator is a function of the maximum torque applied to an input shaft of the generator. A lower applied torque makes it possible to downsize the generator. For a given input torque applied by the rotor of the wind turbine, the torque applied to the input shaft of the generator can be reduced by increasing the gear ratio of the gearbox.

Zur Vergrößerung des Übersetzungsverhältnisses sieht die Erfindung eine Planetenstufe vor. Eine erfindungsgemäße Anordnung umfasst entsprechend diese Planetenstufe, eine erste Welle, eine zweite Welle und den Generator. Die erste Welle und die zweite Welle sind drehbar gelagert. Insbesondere sind die erste Welle und die zweite Welle relativ zu einer ortsfesten Komponente des Getriebes, etwa zu einem Getriebegehäuse drehbar.The invention provides a planetary stage to increase the transmission ratio. An arrangement according to the invention accordingly comprises this planetary stage, a first shaft, a second shaft and the generator. The first shaft and the second shaft are rotatably supported. In particular, the first shaft and the second shaft are rotatable relative to a stationary component of the transmission, such as a transmission housing.

Die Planetenstufe umfasst ein Hohlrad, einen Planetenträger, ein oder mehrere Planetenräder und einen Sonnenrad. Die Planetenräder sind jeweils drehbar in dem Planetenträger gelagert. Jedes Planetenrad kämmt mit dem Hohlrad und/oder mit dem Sonnenrad. Vorzugsweise kämmt jedes Planetenrad mit dem Hohlrad und dem Sonnenrad.The planetary stage includes a ring gear, a planetary carrier, one or more planetary gears and a sun gear. The planet gears are each rotatably mounted in the planet carrier. Each planet gear meshes with the ring gear and/or with the sun gear. Preferably, each planetary gear meshes with the ring gear and the sun gear.

Entsprechend ist das Sonnenrad auf der ersten Welle fixiert. Insbesondere kann das Sonnenrad ausschließlich auf der ersten Welle fixiert sein, so dass die erste Welle das Sonnenrad trägt.Accordingly, the sun gear is fixed on the first shaft. In particular, the sun gear can be fixed exclusively on the first shaft, so that the first shaft carries the sun gear.

Die Fixierung des Sonnenrads auf der ersten Welle erfolgt vorzugsweise drehfest, so dass um eine gemeinsame Drehachse keinerlei Drehung des Sonnenrads und der ersten Welle relativ zueinander möglich ist. Darüber hinausgehend kann die Fixierung des Sonnenrads auf der ersten Welle starr sein, so dass keinerlei Relativbewegungen zwischen dem Sonnenrad und der zweiten Welle möglich sind.The fixing of the sun gear on the first shaft is preferably non-rotatable, so that no rotation of the sun gear and the first shaft relative to one another is possible about a common axis of rotation. In addition, the fixation of the sun gear on the first shaft can be rigid, so that no relative movements between the sun gear and the second shaft are possible.

Erfindungsgemäß ist ein Rotor des Generators auf der ersten Welle fixiert. Vorzugsweise ist der Rotor ausschließlich auf der ersten Welle fixiert, so dass die erste Welle den Rotor trägt. Dabei besteht mindestens eine drehfeste Verbindung zwischen dem Rotor und der ersten Welle. Vorzugsweise ist der Rotor starr auf der ersten Welle fixiert, so dass keinerlei Relativbewegungen zwischen dem Rotor und der ersten Welle möglich sind.According to the invention, a rotor of the generator is fixed on the first shaft. The rotor is preferably fixed exclusively on the first shaft, so that the first shaft carries the rotor. There is at least one non-rotatable connection between the rotor and the first shaft. The rotor is preferably fixed rigidly on the first shaft, so that no relative movements whatsoever are possible between the rotor and the first shaft.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann einem herkömmlichen Getriebe nachgeschaltet sein. Durch die zusätzliche Planetenstufe, deren Übersetzungsverhältnis etwa zwischen 3:1 und 5:1 betragen kann, erhöht sich das Übersetzungsverhältnis des gesamten Antriebsstrangs auf etwa 90:1 bis 200:1. Der Generator kann entsprechend klein dimensioniert werden. Da der Rotor auf der ersten Welle fixiert ist, entfällt zudem eine separate Lagerung des Rotors, sodass sich die Anzahl der Teile des Generators verringert.The arrangement according to the invention can be connected downstream of a conventional transmission. The additional planetary stage, whose transmission ratio can be between 3:1 and 5:1, increases the transmission ratio of the entire drive train to approximately 90:1 to 200:1. The generator can be dimensioned correspondingly small. Since the rotor is fixed on the first shaft, there is no need for a separate bearing for the rotor, so the number of parts in the generator is reduced.

Der Planetenträger ist in einer bevorzugten Weiterbildung drehfest ausgeführt. Dies bedeutet, dass der Planetenträger drehfest in einer ortsfesten Komponente des Getriebes, etwa in dem Getriebegehäuse fixiert ist. Insbesondere kann auch der Planetenträger ortsfest ausgeführt sein. Die drehfeste Anordnung des Planetenträgers beugt einer Mangelschmierung der Planetenräder vor. Da die Planetenstufe am Ende des Antriebsstrangs direkt mit dem Generator gekoppelt ist, treten hier hohe Drehzahlen auf. Diese würden bei einem drehbaren Planetenträger dazu führen, dass der Schmierstoff infolge der auftretenden Zentrifugalkräfte abfließen würde. Eine Mangelschmierung der Planetenräder wäre die Folge. Dem beugt die drehfeste Anordnung des Planetenträgers vor.In a preferred development, the planetary carrier is non-rotatable. This means that the planet carrier is fixed in a rotationally fixed manner in a stationary component of the transmission, for example in the transmission housing. In particular, the planet carrier can also be stationary. The non-rotatable arrangement of the planetary carrier prevents insufficient lubrication of the planetary gears. Since the planetary stage at the end of the drive train is coupled directly to the generator, high speeds occur here. In the case of a rotatable planetary carrier, this would mean that the lubricant would flow out as a result of the centrifugal forces that occur. The result would be insufficient lubrication of the planet gears. The non-rotatable arrangement of the planetary carrier prevents this.

Aufgrund des drehfesten Planetenträgers müssen das Hohlrad und das Sonnenrad drehbar gelagert sein. Die Drehachsen, d.h. eine Drehachse jeweils eines Planetenrads, eine Drehachse des Hohlrads und eine Drehachse des Sonnenrads, verlaufen vorzugsweise parallel zueinander. Die Drehachsen des Hohlrads und des Sonnenrads sind vorzugsweise identisch. Das Hohlrad und das Sonnenrad sind also um eine gemeinsame Drehachse drehbar gelagert.Due to the non-rotatable planet carrier, the ring gear and the sun gear must be rotatable be stored. The axes of rotation, ie an axis of rotation of each planet gear, an axis of rotation of the ring gear and an axis of rotation of the sun gear, preferably run parallel to one another. The axes of rotation of the ring gear and the sun gear are preferably identical. The ring gear and the sun gear are therefore rotatably mounted about a common axis of rotation.

Weiterbildungsgemäß ist zudem das Hohlrad ist auf der zweiten Welle fixiert. Insbesondere kann das Hohlrad ausschließlich auf der zweiten Welle fixiert sein. Dies bedeutet, dass die zweite Welle das Hohlrad trägt. Vorzugsweise sind das Hohlrad und die zweite Welle drehfest zueinander fixiert, so dass um eine gemeinsame Drehachse des Hohlrads und der zweiten Welle keinerlei Drehung des Hohlrads und der ersten Welle relativ zueinander möglich ist. Auch eine einstückige Verbindung des Hohlrads und der ersten Welle ist möglich.According to a further development, the ring gear is also fixed on the second shaft. In particular, the ring gear can be fixed exclusively on the second shaft. This means that the second shaft carries the ring gear. The ring gear and the second shaft are preferably fixed in a rotationally fixed manner relative to one another, so that no rotation of the ring gear and the first shaft relative to one another is possible about a common axis of rotation of the ring gear and the second shaft. A one-piece connection of the ring gear and the first shaft is also possible.

Alternativ kann das Hohlrad drehfest ausgeführt sein. Dabei ist das Hohlrad drehfest in einer ortsfesten Komponente des Getriebes, etwa in dem Getriebegehäuse fixiert ist. Insbesondere kann auch das Hohlrad ortsfest ausgeführt sein.Alternatively, the ring gear can be non-rotatable. In this case, the ring gear is fixed in a rotationally fixed manner in a stationary component of the transmission, for example in the transmission housing. In particular, the ring gear can also be stationary.

Aufgrund des drehfesten Hohlrads müssen der Planetenträger und das Sonnenrad drehbar gelagert sein. Die Drehachsen, d.h. eine Drehachse jeweils eines Planetenrads, eine Drehachse des Planetenträgers und eine Drehachse des Sonnenrads, verlaufen vorzugsweise parallel zueinander. Die Drehachsen des Planetenträgers und des Sonnenrads sind vorzugsweise identisch, d.h. der Planetenträger und das Sonnenrad sind um eine gemeinsame Drehachse drehbar gelagert.Due to the non-rotatable ring gear, the planet carrier and the sun gear must be rotatably mounted. The axes of rotation, i.e. an axis of rotation of each planet gear, an axis of rotation of the planet carrier and an axis of rotation of the sun gear, preferably run parallel to one another. The axes of rotation of the planet carrier and the sun gear are preferably identical, i.e. the planet carrier and the sun gear are mounted so as to be rotatable about a common axis of rotation.

Der drehbar weitergebildete Planetenträger ist auf der zweiten Welle fixiert. Insbesondere kann der Planetenträger ausschließlich auf der zweiten Welle fixiert sein. Dies bedeutet, dass die zweite Welle den Planetenträger trägt. Vorzugsweise sind das Hohlrad und die zweite Welle drehfest zueinander fixiert, so dass um eine gemeinsame Drehachse des Hohlrads und der zweiten Welle keinerlei Drehung des Hohlrads und der zweiten Welle relativ zueinander möglich ist. Bevorzugt wird eine einstückige Verbindung des Planetenträgers und der zweiten Welle.The rotatably developed planet carrier is fixed on the second shaft. In particular, the planet carrier can be fixed exclusively on the second shaft. This means that the second shaft carries the planet carrier. The ring gear and the second shaft are preferably fixed in a rotationally fixed manner relative to one another, so that no rotation of the ring gear and the second shaft relative to one another is possible about a common axis of rotation of the ring gear and the second shaft. A one-piece connection of the planet carrier and the second shaft is preferred.

Die Anordnung umfasst ein erstes Lager. Mittels des ersten Lagers ist die erste Welle drehbar in dem Planetenträger und/oder in dem Getriebegehäuse gelagert.The arrangement includes a first bearing. The first shaft is rotatably mounted in the planet carrier and/or in the transmission housing by means of the first bearing.

„Eine Welle ist mittels eines Lagers in einer Komponente gelagert“ bedeutet allgemein, dass das Lager eine drehbare Verbindung zwischen der ersten Welle und der Komponente herstellt. Die Welle und die Komponente können also relativ zueinander verdreht werden. Translatorische Bewegungen der Welle und der Komponente relativ zueinander in radialer Richtung, d.h. orthogonal zu einer Drehachse der Welle bzw. der Komponente beschränkt das Lager. Ein erster Teil des Lagers ist mit der Welle verfügt, ein zweiter Teil des Lagers mit der Komponente. Insbesondere kann es sich bei dem ersten Teil um einen Innenring und bei dem zweiten Teil um einen Außenring des Lagers handeln, oder bei dem ersten Teil um einen Außenring und bei dem zweiten Teil um einen Innenring. Der erste Teil und der zweite Teil des Lagers sind relativ zueinander um die genannte Drehachse verdrehbar. In axialer Richtung stützen sich der erste Teil und der zweite Teil- direkt oder über Wälzkörper- aneinander ab."A shaft is supported by a bearing in a component" generally means that the bearing provides a rotatable connection between the first shaft and the component. The shaft and the component can thus be twisted relative to one another. The bearing restricts translational movements of the shaft and component relative to one another in a radial direction, i.e. orthogonal to an axis of rotation of the shaft or component. A first part of the bearing is associated with the shaft, a second part of the bearing with the component. In particular, the first part can be an inner ring and the second part can be an outer ring of the bearing, or the first part can be an outer ring and the second part can be an inner ring. The first part and the second part of the bearing can be rotated relative to one another about the said axis of rotation. The first part and the second part are supported on one another in the axial direction, either directly or via rolling elements.

Das erste Lager ist in einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung axial mindestens teilweise zwischen dem Sonnenrad und dem Rotor angeordnet.In a further preferred development, the first bearing is arranged at least partially axially between the sun wheel and the rotor.

Wenn eine erste Komponente axial mindestens teilweise zwischen einer zweiten Komponente und einer dritten Komponente angeordnet ist, so bedeutet dies allgemein, dass mindestens ein Teil der ersten Komponente axial zwischen mindestens einem Teil der zweiten Komponente und mindestens einem Teil der dritten Komponente angeordnet ist. Dies ist genau dann der Fall, wenn sich eine erste radial verlaufende Ebene und eine zweite radial verlaufende Ebene finden lassen, wobei die erste Ebene zwischen dem mindestens einen Teil der ersten Komponente und dem mindestens einen Teil der zweiten Komponente verläuft, ohne den mindestens einen Teil der ersten Komponente und den mindestens einen Teil der zweiten Komponente zu schneiden, und die zweite Ebene zwischen dem mindestens einen Teil der ersten Komponente und dem mindestens einen Teil der dritten Komponente verläuft, ohne den mindestens einen Teil der ersten Komponente und dem mindestens einen Teil der dritten Komponente zu schneiden. Eine radial verlaufende Ebene ist orthogonal zu einer Drehachse der ersten Komponente, der zweiten Komponente und/oder der dritten Komponente ausgerichtet.When a first component is at least partially disposed axially between a second component and a third component, this generally means that at least a portion of the first component is disposed axially between at least a portion of the second component and at least a portion of the third component. This is precisely the case where a first radially extending plane and a second radially extending plane can be found, the first plane extending between the at least part of the first component and the at least part of the second component, excluding the at least part of the first component and the at least part of the second component, and the second plane passes between the at least part of the first component and the at least part of the third component without intersecting the at least part of the first component and the at least part of the third component to cut. A radially extending plane is orthogonal to an axis of rotation of the first component, the second component and/or the third component.

Neben dem ersten Lager weist die Anordnung ein zweites Lager auf. Mittels des zweiten Lagers ist die erste Welle drehbar in der zweiten Welle, in dem Hohlrad, in dem Planetenträger und/oder in dem Getriebegehäuse.In addition to the first bearing, the arrangement has a second bearing. The first shaft can be rotated in the second shaft, in the ring gear, in the planet carrier and/or in the transmission housing by means of the second bearing.

Das Sonnenrad ist axial mindestens teilweise zwischen dem ersten Lager und dem zweiten Lager angeordnet. Dabei kann das zweite Lager axial mindestens teilweise zwischen der zweiten Welle und dem Sonnenrad angeordnet sein.The sun gear is arranged axially at least partially between the first bearing and the second bearing. The second bearing can be arranged axially at least partially between the second shaft and the sun gear.

Vorzugsweise ist darüber hinaus das zweite Lager ist axial mindestens teilweise zwischen der zweiten Welle und dem Sonnenrad angeordnet.In addition, the second bearing is preferably arranged axially at least partially between the second shaft and the sun gear.

Alternativ kann das erste Lager axial mindestens teilweise zwischen dem zweiten Lager und dem Rotor angeordnet sein, wobei das zweite Lager axial mindestens teilweise zwischen dem Sonnenrad und dem ersten Lager angeordnet ist. Das Sonnenrad ist dabei bevorzugt axial mindestens teilweise zwischen der zweiten Welle und dem zweiten Lager angeordnet ist.Alternatively, the first bearing may be located at least partially axially between the second bearing and the rotor, with the second bearing being located at least partially axially between the sun gear and the first bearing. The sun gear is preferably arranged axially at least partially between the second shaft and the second bearing.

Zur Lagerung der zweiten Welle dient in einer bevorzugten Weiterbildung ein drittes Lager. Mittels des dritten Lagers ist die zweite Welle drehbar in dem Getriebegehäuse gelagert. Aufgrund der Fixierung des Hohlrads auf der zweiten Welle erübrigen sich infolge dessen weitere Lager zur Lagerung des Hohlrads.In a preferred development, a third bearing serves to support the second shaft. The second shaft is rotatably mounted in the transmission housing by means of the third bearing. Due to the fact that the ring gear is fixed on the second shaft, additional bearings for supporting the ring gear are no longer necessary.

Vorzugsweise ist die zweite Welle ausschließlich mittels des dritten und eines vierten Lagers drehbar in dem Getriebegehäuse gelagert, wobei das vierte Lager axial mindestens teilweise zwischen dem dritten Lager und dem Sonnenrad angeordnet ist.The second shaft is preferably rotatably mounted in the transmission housing exclusively by means of the third and a fourth bearing, the fourth bearing being arranged axially at least partially between the third bearing and the sun gear.

Bei herkömmlichen Planetengetrieben ist das Sonnenrad vielfach schwimmend gelagert. Das Sonnenrad ist dabei mit Freiheitsgraden versehen, die eine Bewegung des Sonnenrads in radialer Richtung erlauben. Durch die zweifache Lagerung der ersten Welle mittels des ersten Lagers und des zweiten Lagers ist vorliegend allerdings keine radiale Bewegung des Sonnenrads möglich. Anstelle dessen ist daher in einer bevorzugten Weiterbildung das Hohlrad radial beweglich auf der ersten Welle oder in dem Getriebegehäuse fixiert. Hierzu dient bevorzugt ein radial flexibles Element, d.h. ein gegenüber radialen Verschiebungen nachgiebiges Element, etwa eine Sicke oder eine Verschraubung mit radialem Spiel.In conventional planetary gears, the sun gear is often floating. The sun gear is provided with degrees of freedom that allow movement of the sun gear in the radial direction. Due to the double bearing of the first shaft by means of the first bearing and the second bearing, however, no radial movement of the sun gear is possible in the present case. Instead of this, in a preferred development, the ring gear is fixed in a radially movable manner on the first shaft or in the transmission housing. A radially flexible element is preferably used for this purpose, i.e. an element that yields to radial displacements, such as a bead or a screw connection with radial play.

Das radial flexible Element ist in der zweiten Welle oder in dem Getriebegehäuse fixiert. Das Hohlrad wiederum ist in dem radial flexiblen Element fixiert. Das axial flexible Element ermöglicht somit eine Relativbewegung des Hohlrads in radialer Richtung bezüglich der zweiten Welle oder des Getriebegehäuses. Hierdurch verbessert sich die Lastverteilung zwischen den einzelnen Planetenrädern.The radially flexible element is fixed in the second shaft or in the transmission housing. The ring gear in turn is fixed in the radially flexible element. The axially flexible element thus enables a relative movement of the ring gear in the radial direction with respect to the second shaft or the transmission housing. This improves the load distribution between the individual planet gears.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den 1, 3 und 4 dargestellt. Übereinstimmende Bezugsziffern kennzeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale. Im Einzelnen zeigt:

1 eine erste Variante einer Getriebestufe mit Generator;
2 eine zweite Variante einer Getriebestufe mit Generator;
3 einen Antriebsstrang; und
4 eine dritte Variante einer Getriebestufe mit Generator.

Preferred embodiments of the invention are in the 1 , 3 and 4 shown. Matching reference numbers designate the same features or features with the same function. In detail shows:

1 a first variant of a gear stage with generator;
2 a second variant of a gear stage with generator;
3 a power train; and
4 a third variant of a gear stage with generator.

In 1 dargestellt ist eine Planetenstufe 101 mit einem Generator 103. Die Planetenstufe 101 wird über eine Eingangswelle 105 angetrieben. Hier ist die Eingangswelle 105 drehfest mit einem drehbaren Hohlrad 107 verbunden. An dem Hohlrad 107 ist dazu eine Hohlwelle 109 ausgeformt, die über eine Passverzahnung 111 mit der Eingangswelle verbunden ist.In 1 A planetary stage 101 with a generator 103 is shown. The planetary stage 101 is driven via an input shaft 105 . Here, the input shaft 105 is connected to a rotatable ring gear 107 in a torque-proof manner. For this purpose, a hollow shaft 109 is formed on ring gear 107 and is connected to the input shaft via splines 111 .

Die Hohlwelle 109 und damit das Hohlrad 107 sind über Lager 113 drehbar in einem Getriebegehäuse 115 gelagert. Die Lager 113 sind so beschaffen, dass sie Biegemomente des Hohlrads 107 aufnehmen können. Hierzu eignen sich insbesondere Kegelrollenlager in mehrreihiger Anordnung.The hollow shaft 109 and thus the ring gear 107 are rotatably mounted in a gear housing 115 via bearings 113 . The bearings 113 are designed in such a way that they can absorb bending moments of the ring gear 107 . Tapered roller bearings in a multi-row arrangement are particularly suitable for this.

Zu der Planetenstufe 101 gehören neben dem Hohlrad 107 Planetenräder 117 und ein Sonnenrad 119. Die Planetenräder 117 sind drehbar in einem ortsfest mit dem Getriebegehäuse 115 verbundenen Planetenträger 120 gelagert. Die Planetenräder 117 kämmen jeweils mit dem Hohlrad 107 und dem Sonnenrad 119.In addition to the ring gear 107 , the planetary stage 101 includes planetary gears 117 and a sun gear 119 . The planet gears 117 each mesh with the ring gear 107 and the sun gear 119.

Das Sonnenrad 119 treibt eine Sonnenwelle 121 an. Neben dem Sonnenrad 119 ist auch ein Rotor 123 des Generators 103 auf der Sonnenwelle 121 angebracht. Der Rotor 123 wird ausschließlich von der Sonnenwelle 121 getragen. Insbesondere ist der Rotor 123 starr in der Sonnenwelle 121 fixiert. Dies bedeutet, dass keinerlei Relativbewegungen zwischen dem Rotor 123 und der Sonnenwelle 121 möglich sind.The sun gear 119 drives a sun shaft 121 . In addition to the sun gear 119, a rotor 123 of the generator 103 is also mounted on the sun shaft 121. The rotor 123 is carried solely by the sun shaft 121 . In particular, the rotor 123 is rigidly fixed in the sun shaft 121 . This means that no relative movements between the rotor 123 and the sun shaft 121 are possible.

Da die Sonnenwelle 121 den Rotor 123 des Generators 103 trägt, ist es nicht möglich, die Sonnenwelle 121 radial nachgiebig zu gestalten, um Radialbewegungen des Sonnenrads 119 über einen radialen Freiheitsgrad der Sonnenwelle 121 aufzunehmen. Die Sonnenwelle 121 besitzt vielmehr einen einzigen - rotatorischen - Freiheitsgrad.Since the sun shaft 121 carries the rotor 123 of the generator 103, it is not possible to make the sun shaft 121 radially flexible in order to absorb radial movements of the sun wheel 119 over a radial degree of freedom of the sun shaft 121. Rather, the sun shaft 121 has a single—rotatory—degree of freedom.

Um dennoch einen Lastausgleich innerhalb der Planetenstufe 101 zu ermöglichen, ist das Hohlrad 107 radial nachgiebig aufgehängt. Hierzu dient eine Sicke 125, welche das Hohlrad 107 radial beweglich mit der Hohlwelle 109 verbindet.In order nevertheless to enable a load equalization within the planetary stage 101, the ring gear 107 is suspended in a radially flexible manner. A bead 125 is used for this purpose, which connects the ring gear 107 to the hollow shaft 109 in a radially movable manner.

Der Planetenträger 120 ist mit einer Abdeckung 127 versehen. Durch die Abdeckung 127 hindurch verläuft die Sonnenwelle 121. Die Abdeckung 127 dient dazu, die Sonnenwelle 121 ölundurchlässig gegenüber dem Planetenträger 120 abzudichten. Auf diese Weise bilden der Planetenträger 120 und die Abdeckung 127 einen Teil des Getriebegehäuses 115.The planet carrier 120 is provided with a cover 127 . The sun shaft 121 runs through the cover 127. The cover 127 serves to make the sun shaft 121 oil-tight sig to seal against the planet carrier 120. In this way, the planet carrier 120 and the cover 127 form part of the gear housing 115.

Mit dem Getriebegehäuse 115 bzw. dem Planetenträger 120 verschraubt ist ein Generatorgehäuse 129, das zum Zwecke der besseren Montier- und Demontierbarkeit zweiteilig ausgeführt ist. Insbesondere dichtet die Abdeckung 127 das Getriebegehäuse 115 öldicht gegenüber dem Generatorgehäuse 129 ab.Screwed to the transmission housing 115 or the planetary carrier 120 is a generator housing 129, which is designed in two parts for the purpose of better assembly and disassembly. In particular, the cover 127 seals the transmission housing 115 against the generator housing 129 in an oil-tight manner.

Mittels eines ersten Lagers 131 und eines zweiten Lagers 133 ist die Sonnenwelle 121 drehbar gelagert. Das erste Lager 131 lagert die Sonnenwelle 121 in dem Planetenträger 120. Mittels des ersten Lagers 131 ist also die Sonnenwelle 121 drehbar in dem Planetenträger 120 fixiert.The sun shaft 121 is rotatably mounted by means of a first bearing 131 and a second bearing 133 . The first bearing 131 supports the sun shaft 121 in the planetary carrier 120. The sun shaft 121 is thus rotatably fixed in the planetary carrier 120 by means of the first bearing 131.

Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Sonnenwelle 121 mittels des zweiten Lagers 133 in dem Hohlrad 107 und der Hohlwelle 109 gelagert. Das zweite Lager 133 fixiert also die Sonnenwelle 121 drehbar in dem Hohlrad 107 und der Hohlwelle 109.At the in 1 illustrated embodiment, the sun shaft 121 is mounted in the ring gear 107 and the hollow shaft 109 by means of the second bearing 133 . The second bearing 133 thus fixes the sun shaft 121 so that it can rotate in the ring gear 107 and the hollow shaft 109.

In axialer Richtung zwischen dem ersten Lager 131 und dem zweiten Lager 133 sind jeweils ein Teil des Sonnenrads 119, der Planetenräder 117 und des Hohlrads 107 angeordnet. Das erste Lager 131 und das zweite Lager 133 können ein- oder mehrreihig ausgeführt sein. Weitere Lager zur Lagerung der Sonnenwelle 121 und damit des Rotors 123 des Generators 103 sind nicht vorgesehen.In the axial direction between the first bearing 131 and the second bearing 133, a part of the sun gear 119, the planetary gears 117 and the ring gear 107 are arranged. The first bearing 131 and the second bearing 133 can have one or more rows. Additional bearings for supporting the sun shaft 121 and thus the rotor 123 of the generator 103 are not provided.

Die in 2 dargestellte Getriebestufe unterscheidet sich demgegenüber durch die Anordnung des zweiten Lagers 133. Gemäß 2 ist die Sonnenwelle 121 mittels des zweiten Lagers 133 nicht in dem Hohlrad 107 und der Hohlwelle 109 gelagert, sondern zusammen mit dem ersten Lager 131 in dem Planetenträger 120. Auch hier sind neben dem ersten Lager 131 und dem zweiten Lager 133 keine weiteren Lager zur Lagerung der Sonnenwelle 121 und damit des Rotors 123 des Generators 103 vorgesehen.In the 2 shown gear stage differs in contrast by the arrangement of the second bearing 133. According to 2 the sun shaft 121 is not mounted in the ring gear 107 and the hollow shaft 109 by means of the second bearing 133, but together with the first bearing 131 in the planetary carrier 120. Here too, apart from the first bearing 131 and the second bearing 133, there are no other bearings for mounting the sun shaft 121 and thus the rotor 123 of the generator 103 is provided.

Die Planetenstufe 101 und der Generator 103 können wie in 3 dargestellt in den Antriebsstrang 301 einer Windkraftanlage integriert werden. Der Antriebsstrang 301 umfasst neben der Planetenstufe 101 eine erste vorgeschaltete Planetenstufe 303 und eine zweite vorgeschaltete Planetenstufe 305. Beide Planetenstufen 303, 305 weisen einen drehbaren Planetenträger 309, 319, ein drehbares Sonnenrad und ein feststehendes Hohlrad auf.The planetary stage 101 and the generator 103 can be used as in 3 shown are integrated into the drive train 301 of a wind turbine. In addition to the planetary stage 101, the drive train 301 includes a first upstream planetary stage 303 and a second upstream planetary stage 305. Both planetary stages 303, 305 have a rotatable planet carrier 309, 319, a rotatable sun gear and a stationary ring gear.

Ein von einem Rotor der Windkraftanlage zu dem Generator 103 verlaufender Drehmomentfluss wird der Reihe nach geleitet über eine Rotorwelle 307, einen drehfest mit der Rotorwelle 307 verbundenen Planetenträger 309 der ersten vorgeschalteten Planetenstufe 303, Planetenräder 311 der ersten vorgeschalteten Planetenstufe 303, die mit einem Hohlrad 313 und einem Sonnenrad 315 der ersten vorgeschalteten Planetenstufe 303 kämmen, das Sonnenrad 315 der ersten vorgeschalteten Planetenstufe 303, eine drehfest mit dem Sonnenrad 315 verbundene Sonnenwelle 317 der ersten vorgeschalteten Planetenstufe 303, einen drehfest mit der Sonnenwelle 317 der ersten vorgeschalteten Planetenstufe 303 verbundenen Planetenträger 319 der zweiten vorgeschalteten Planetenstufe 305, Planetenräder 321 der zweiten vorgeschalteten Planetenstufe 305, die mit einem feststehenden Hohlrad 323 und einem drehbaren Sonnenrad 325 der zweiten vorgeschalteten Planetenstufe 305 kämmen, das Sonnenrad 325 der zweiten vorgeschalteten Planetenstufe 305 und eine drehfest mit dem Sonnenrad 325 verbundene Sonnenwelle 327 der zweiten vorgeschalteten Planetenstufe 305 zu der ersten Planetenstufe 101 und damit zu dem Generator 103. Die Sonnenwelle 327 der zweiten vorgeschalteten Planetenstufe 305 dient also als Eingangswelle 105 der Planetenstufe 101.A torque flow running from a rotor of the wind power plant to generator 103 is conducted in sequence via a rotor shaft 307, a planetary carrier 309 of the first upstream planetary stage 303, which is connected in a rotationally fixed manner to rotor shaft 307, planet wheels 311 of the first upstream planetary stage 303, which are connected to a ring gear 313 and a sun gear 315 of the first upstream planetary stage 303, the sun gear 315 of the first upstream planetary stage 303, a sun shaft 317 of the first upstream planetary stage 303, which is non-rotatably connected to the sun gear 315, a planet carrier 319, which is non-rotatably connected to the sun shaft 317 of the first upstream planetary stage 303 second upstream planetary stage 305, planet gears 321 of the second upstream planetary stage 305, which mesh with a stationary ring gear 323 and a rotatable sun gear 325 of the second upstream planetary stage 305, the sun gear 325 of the second upstream Planetary stage 305 and a sun shaft 327 of the second upstream planetary stage 305, which is non-rotatably connected to the sun gear 325, to the first planetary stage 101 and thus to the generator 103. The sun shaft 327 of the second upstream planetary stage 305 therefore serves as the input shaft 105 of the planetary stage 101.

Das Übersetzungsverhältnis der beiden vorgeschalteten Planetenstufen 303, 305, das gewöhnlich zwischen 30:1 und 40:1 liegt, lässt sich, wie oben beschrieben, durch Zwischenschaltung einer weiteren Planetenstufe 101 erhöhen. So erreicht die zwischengeschaltete Planetenstufe 101 ein Übersetzungsverhältnis von 3:1 bis 5:1.Hieraus resultiert ein Übersetzungsverhältnis des gesamten Antriebsstrangs 301 von 90:1 bis 200:1. Dies wiederum ermöglicht es, einen kleiner dimensionierten Generator 103 zu verwenden.The transmission ratio of the two upstream planetary stages 303, 305, which is usually between 30:1 and 40:1, can be increased, as described above, by interposing a further planetary stage 101. The interposed planetary stage 101 thus achieves a transmission ratio of 3:1 to 5:1. This results in a transmission ratio of the entire drive train 301 of 90:1 to 200:1. This in turn makes it possible to use a generator 103 with smaller dimensions.

4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Planetenstufe 101 mit einem drehfesten Hohlrad 107. Hier ist anstelle des Hohlrads 107 der Planetenträger 120 drehfest mit der Hohlwelle 109 verbunden. Der Planetenträger 120 und die Hohlwelle 109 sind insbesondere einstückig miteinander verbunden. Das Hohlrad 107 hingegen ist drehfest mit dem Getriebegehäuse 115 verbunden. 4 shows an exemplary embodiment of the planetary stage 101 with a non-rotatable ring gear 107. Here, instead of the ring gear 107, the planet carrier 120 is non-rotatably connected to the hollow shaft 109. The planet carrier 120 and the hollow shaft 109 are in particular connected to one another in one piece. Ring gear 107, on the other hand, is connected to transmission housing 115 in a torque-proof manner.

Das Hohlrad 107 kann mit der Sicke 125 radial beweglich gegenüber dem Getriebegehäuse 115 aufgehängt sein. Alternativ eignen sich Verschraubungen 401, mit denen das Hohlrad 107 in dem Getriebegehäuse 115 verschraubt ist. Die Verschraubungen 401 sind so beschaffen, dass sie in radialer Richtung Spiel aufweisen und somit eine radiale Beweglichkeit des Hohlrads 107 ermöglichen.Ring gear 107 can be suspended with bead 125 so that it can move radially relative to transmission housing 115 . Screw connections 401, with which ring gear 107 is screwed into transmission housing 115, are suitable as an alternative. The screw connections 401 are designed in such a way that they have play in the radial direction and thus allow the ring gear 107 to move radially.

BezugszeichenlisteReference List

101101: Planetenstufeplanetary level
103103: Generatorgenerator
105105: Eingangswelleinput shaft
107107: Hohlradring gear
109109: Hohlwellehollow shaft
111111: Passverzahnungsplines
113113: Lagerwarehouse
115115: Getriebegehäusegear case
117117: Planetenräderplanet gears
119119: Sonnenradsun gear
120120: Planetenträgerplanet carrier
121121: Sonnenwellesun wave
123123: Rotorrotor
125125: Sickebead
127127: Abdeckungcover
129129: Generatorgehäusegenerator housing
131131: erstes Lagerfirst camp
133133: zweites Lagersecond camp
301301: Antriebsstrangpowertrain
303303: erste vorgeschaltete Planetenstufefirst upstream planetary stage
305305: zweite vorgeschaltete Planetenstufesecond upstream planetary stage
307307: Rotorwellerotor shaft
309309: Planetenträgerplanet carrier
311311: Planetenräderplanet gears
313313: Hohlradring gear
315315: Sonnenradsun gear
317317: Sonnenwellesun wave
319319: Planetenträgerplanet carrier
321321: Planetenräderplanet gears
323323: Planetenräderplanet gears
325325: Sonnenradsun gear
327327: Sonnenwellesun wave
401401: Verschraubungscrew connection

Claims

Arrangement with at least one planetary stage (101), a first shaft (121), a second shaft (109), a generator (103), a first bearing (131) and a second bearing (133); wherein the planetary stage (101) comprises a ring gear (107), one or more planet gears (117), a sun gear (119) and a planet carrier (120); wherein the sun gear (119) is fixed on the first shaft (121); and wherein the first shaft (121) is rotatable by means of the first bearing (131) and the second bearing (133) in the planetary carrier (120), in a gear housing (115), in the ring gear (107) and/or in the planetary carrier ( 120) is stored; characterized in that a rotor (123) of the generator (103) is fixed exclusively on the first shaft (121); wherein the sun gear (119) is disposed axially at least partially between the first bearing (131) and the second bearing (133).

arrangement according to claim 1 ; characterized in that the ring gear (107) is rotatable and the planet carrier (120) is non-rotatable; wherein the ring gear (107) is fixed on the second shaft (109).

arrangement according to claim 1 ; characterized in that the ring gear (107) is non-rotatable and the planet carrier (120) is rotatable; wherein the planet carrier (120) is fixed on the second shaft (109).

Arrangement according to one of the preceding claims; characterized in that the first bearing (131) is located at least partially axially between the sun gear (119) and the rotor (123).

arrangement according to claim 4 ; characterized in that the sun gear (119) is arranged axially at least partially between the first bearing (131) and the second bearing (133).

Arrangement according to one of the preceding claims; characterized in that the second bearing (133) is located at least partially axially between the second shaft (109) and the sun gear (119).

Arrangement according to one of the preceding claims; characterized by a third bearing (113); wherein the second shaft (109) is rotatably supported in the gear housing (115) by means of the third bearing (113).

Arrangement according to one of the preceding claims; characterized in that the ring gear (107) is fixed in a radially movable manner on the second shaft (109) or in the gear housing (115).