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Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Größere Windkraftanlagen weisen einen sogenannten Rotor-Stellantrieb auf. Dieser dient dazu, den Antriebsstrang der Windkraftanlage zur Durchführung von Montage- und Wartungsarbeiten in eine definierte Position zu verfahren. Der Rotor-Stellantrieb wirkt auf das Getriebe der Windkraftanlage und treibt ein Zahnrad an, das mit einem Zahnrad des Getriebes in Eingriff gebracht wird. Wenn die Zahnräder in Eingriff gebracht werden sollen, muss der Antriebsstrang still stehen. Gelegentlich kommt es jedoch zu Bedienfehlern. So wird etwa der Rotor-Stellantrieb bei laufender Windkraftanlage zugeschaltet. Aufgrund der abweichenden Umfangsgeschwindigkeiten der Zahnräder kann dies zu Beschädigungen führen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die den aus dem Stand der Technik bekannten innewohnenden Nachteile zu vermeiden. Insbesondere sollen mit unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten rotierende Zahnräder ohne Beschädigung der Verzahnungen in Eingriff gebracht werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung nach Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
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Die Anordnung umfasst ein Getriebe, einen Stellantrieb und mindestens eine erste Welle. Bei dem Getriebe handelt es sich vorzugsweise um ein Getriebe, etwa ein Getriebe zur Übertragung einer Leistung von bis zu 2MW, 3MW, 5MW oder 8MW, einer Windkraftanlage, wobei die Windkraftanlagen einen Rotor-Stellantrieb aufweist, der als der obengenannte Stellantrieb fungiert.
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Der Stellantrieb umfasst einen Rotor, der relativ zu einem Stator drehbar ist und angetrieben wird. Mit dem Rotor ist die erste Welle zwangsläufig gekoppelt. Eine zwangsläufige Kopplung bezeichnet eine Kopplung mit einem Getriebefreiheitsgrad von 1. Eine allgemeine Definition des Begriffs Getriebefreiheitsgrad, auch Getriebelaufgrad genannt, findet sich in „Dubbel“ (Karl-Heinrich Grote, Jörg Feldhusen: „Dubbel". 2. Auflage, 2007). Der Getriebefreiheitsgrad stimmt mit der Anzahl relativer Bewegungen überein, die vorgegeben werden müssen, damit die Bewegungen aller Glieder des Getriebes vollständig festgelegt sind. Dies entspricht der Anzahl relativer Bewegungen, die zu verhindern sind, um alle Glieder des Getriebes bewegungsunfähig zu machen.
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Sind – wie im Falle der vorliegenden Erfindung eine Welle und ein Getriebeglied zwangsläufig gekoppelt, so besteht ein eineindeutiger Zusammenhang zwischen einer Drehzahl der Welle und einer Drehzahl des Getriebeglieds. Entweder kann die Drehzahl der Welle oder eine Drehzahl des Getriebeglieds beliebig festgelegt werden. Die jeweils andere Drehzahl ergibt sich daraus in eindeutiger Weise. Es besteht also genau ein Drehfreiheitsgrad, d.h. Rotor und die erste Welle sind mit einem Drehfreiheitsgrad von 1 gekoppelt.
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Vorzugsweise besteht zwischen der ersten Welle und dem Rotor des Stellantriebs eine drehfeste Verbindung. Dies bedeutet, dass die erste Welle und der Rotor stets mit gleicher Drehzahl rotieren.
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Aufgrund der beschriebenen Kopplung der ersten Welle mit dem Rotor des Stellantriebs ist die erste Welle mittels des Rotors bzw. des Stellantriebs antreibbar.
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Die zweite Welle ist zwangsläufig mit mindestens einem Getriebeglied des Getriebes gekoppelt. Somit besteht zwischen einer Drehzahl der zweiten Welle und einer Drehzahl des Getriebeglieds ein eineindeutiger Zusammenhang, d.h. die Kopplung erfolgt mit einem Drehfreiheitsgrad von 1.
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Bei dem Getriebeglied handelt es sich um eine Welle, eine Achse oder ein Zahnrad.
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Der Getriebefreiheitsgrad des Getriebes beträgt vorzugsweise 1. Dies bedeutet, dass insbesondere eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle des Getriebes mit einem Getriebefreiheitsgrad bzw. Drehfreiheitsgrad von 1 gekoppelt sind und entsprechend ein eineindeutiger Zusammenhang zwischen einer Drehzahl der Eingangswelle und einer Drehzahl der Ausgangswelle besteht.
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Erfindungsgemäß ist eine Synchronisiervorrichtung vorgesehen, um die erste Welle und die zweite Welle drehfest und lösbar zu verbinden. Derartige Synchronisiervorrichtungen sind aus synchronisierten Schaltgetrieben von Kraftfahrzeugen bekannt.
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Die Synchronisiervorrichtung stellt eine erste Reibfläche und eine zweite Reibfläche bereit. Die erste Welle ist drehfest mit der ersten Reibfläche, die zweite Welle drehfest mit der zweiten Reibfläche verbunden. Durch Verschiebung der beiden Reibflächen relativ zueinander lassen sich die Reibflächen in Anlage bringen, so dass durch Reibung ein Drehmoment zwischen den Reibflächen übertragen wird. Dieses Drehmoment bewirkt, dass die Drehzahlen der Reibflächen und damit die Drehzahlen der ersten Welle und der zweiten Welle einander angeglichen werden.
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Stimmen die Drehzahlen schließlich überein, stellt die Synchronisiervorrichtung eine drehfeste, formschlüssige Verbindung zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle her. Diese Verbindung ist lösbar. Nach Lösen der Verbindung können die erste Welle und die zweite Welle unabhängig voneinander rotieren. Vorzugsweise dient eine Passverzahnung dazu, die formschlüssige Verbindung herzustellen.
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Die Synchronisiervorrichtung kann etwa eine Schaltmuffe mit Schaltklauen, eine Haltefeder mit Druckstücken, einen Synchronkörper, einen Synchronring mit einer Sperrverzahnung und einer ersten Reibfläche und eine Schaltverzahnung mit einer zweiten Reibfläche aufweisen. Die Funktion der einzelnen Komponenten ist aus dem Automobilbau bekannt.
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Durch die Synchronisiervorrichtung lässt sich der Stellantrieb auch dann zuschalten, wenn die erste Welle und die zweite Welle mit unterschiedlichen Drehzahlen rotieren. Das Risiko von Schäden aufgrund von Fehlbedienungen sinkt somit.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist ein erstes Zahnrad vorgesehen, dass auf der zweiten Welle angebracht ist. Das erste Zahnrad ist kraftschlüssig, formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit der zweiten Welle verfügt. Insbesondere besteht eine drehfeste Verbindung zwischen dem ersten Zahnrad und der zweiten Welle.
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Das erste Zahnrad und ein zweites Zahnrad kämmen miteinander.
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Das zweite Zahnrad ist Teil des Getriebes. Entsprechend ist das zweite Zahnrad ausgebildet, einen von der Eingangswelle zu der Ausgangswelle des Getriebes verlaufenden Drehmomentfluss zu übertragen. Dies bedeutet, dass das zweite Zahnrad ein zu dem Drehmomentfluss gehöriges Drehmoment zwischen zwei weiteren Zahnrädern des Getriebes, mit denen es kämmt, überträgt, oder dass das Zahnrad auf einer Welle angebracht, d.h. kraftschlüssig, formschlüssig und/oder stoffschlüssig, insbesondere drehfest mit der Welle verfügt ist und ein zu dem Drehmomentfluss gehöriges Drehmoment zwischen der Welle und einem weiteren Zahnrad des Getriebes, mit dem es kämmt, überträgt.
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In einer solchen Weiterbildung ist es nicht erforderlich, das erste Zahnrad relativ zu dem zweiten Zahnrad zu verschieben, um das Getriebe mit dem Stellantrieb zu verfahren. Stattdessen lässt sich eine Verbindung zwischen dem Stellantrieb und dem Getriebe über die Synchronisiervorrichtung herstellen.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 1 dargestellt. Übereinstimmende Bezugsziffern kennzeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale. Im Einzelnen zeigt:
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1 ein Windkraftgetriebe mit Stellantrieb.
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Das in 1 dargestellte Windkraftgetriebe 101 weist eine erste Planetenstufe 103, eine zweite Planetenstufe 105 und eine Stirnradstufe 107 auf. Über eine Eingangswelle 109, wird die erste Planetenstufe 103 angetrieben. Die erste Planetenstufe 103 wiederum treibt die zweite Planetenstufe 105 an. Eine Sonnenwelle 111 der zweiten Planetenstufe 105 schließlich ist mit einem ersten Zahnrad 113 der Stirnradstufe 107 drehfest verbunden. Auf diese Weise wird das erste Zahnrad 113 angetrieben. Das erste Zahnrad 113 kämmt mit einem zweiten Zahnrad 115 der Stirnradstufe 107.
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Über eine Ausgangswelle 117, die drehfest mit dem zweiten Zahnrad 115 verbunden ist, wird ein Generator angetrieben.
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Die Eingangswelle 109, die erste Planetenstufe 103, die zweite Planetenstufe 105, die Sonnenwelle 111, das erste Zahnrad 113, das zweite Zahnrad 115 und die Ausgangswelle 117 übertragen einen von der Eingangswelle 109 zu der Ausgangswelle 117 verlaufenden Drehmomentfluss 119. Nicht in dem Drehmomentfluss 119 liegt ein drittes Zahnrad 121, dass mit dem ersten Zahnrad 113 kämmt. Das dritte Zahnrad 121 dient dazu, einen Stellantrieb mit dem Windkraftgetriebe 101 zu koppeln.
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Ein Rotor des Stellantriebs treibt eine Hilfswelle 123 an. Mittels einer Synchronisiereinrichtung 125 lässt sich eine drehfeste Verbindung zwischen der Hilfswelle 123 und einem Wellenstummel 127, den das dritte Zahnrad 121 ausbildet, herstellen. Auf diese Weise ist es möglich, mit dem Hilfsantrieb das erste Zahnrad 113 und damit auch die übrigen Getriebeglieder des Windkraftgetriebes 101 zu rotieren.
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Befindet sich das Windkraftgetriebe 101 nicht im Stillstand, dreht sich insbesondere das erste Zahnrad 113. Da das dritte Zahnrad 121 dauerhaft mit dem ersten Zahnrad 113 kämmt, drehen sich auch das dritte Zahnrad 121 und der Wellenstummel 127. Bevor eine drehfeste formschlüssige Verbindung zwischen dem Wellenstummel 127 und der Hilfswelle 123 zustande kommt, gleicht die Synchronisiereinrichtung 125 die Drehzahlen des Wellenstummels 127 und der Hilfswelle 123 aneinander an.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- Windkraftgetriebe
- 103
- erste Planetenstufe
- 105
- zweite Planetenstufe
- 107
- Stirnradstufe
- 109
- Eingangswelle
- 111
- Sonnenwelle
- 113
- erstes Zahnrad
- 115
- zweites Zahnrad
- 117
- Ausgangswelle
- 121
- drittes Zahnrad
- 123
- Hilfswelle
- 125
- Synchronisiereinrichtung
- 127
- Wellenstummel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Karl-Heinrich Grote, Jörg Feldhusen: „Dubbel“. 2. Auflage, 2007 [0006]
