DE102017207787A1

DE102017207787A1 - Leistungsverzweigte Getriebeanordnung für Windkraftanlagen

Info

Publication number: DE102017207787A1
Application number: DE102017207787.5A
Authority: DE
Inventors: Ümit Kutluay
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2017-05-09
Filing date: 2017-05-09
Publication date: 2018-11-15
Anticipated expiration: 2037-05-10
Also published as: DE102017207787B4

Abstract

Es wird eine leistungsverzweigte Getriebeanordnung für Windkraftanlagen mit einer rotorseitigen Antriebswelle (AN) und mit einer generatorseitigen Abtriebswelle (AB) sowie mit zumindest einer ersten Planetenradsatzstufe (I) und einer zweiten Planetenradsatzstufe (II) vorgeschlagen, wobei die Planetenräder (PR1, PR2) oder die Stufenplaneten (ST1, ST2) zumindest der leistungsmäßig höher belasteten Planetenradsatzstufe (I, II) über eine Gleitlagerung gelagert sind. Ferner wird ein Antriebsstrang einer Windkraftanlage mit der Getriebeanordnung beansprucht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine leistungsverzweigte Getriebeanordnung für Windkraftanlagen gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher beschriebenen Art.
Windkraftanlagen dienen der Wandlung von Windenergie in elektrische Energie, welche dann zur Nutzung in ein Stromnetz eingespeist wird. Ein Antriebsstrang einer Windkraftanlage umfasst zu diesem Zweck einen Rotor, welcher die Energie des Windes in eine Drehbewegung umsetzt und üblicherweise mit einer ins Schnelle übersetzenden Getriebeanordnung verbunden ist, die abtriebsseitig wiederum mit einem Generator in Verbindung steht. Zumeist ist der komplette Antriebsstrang dabei in einer Gondel der Windkraftanlage angeordnet, welches eine kompakte Ausführung der Getriebeanordnung erfordert. Ein Getriebe für Windkraftanlagen ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 199 17 605 A1 bekannt.
Über Windkraftanlagen werden immer größere Leistungen dargestellt, welches leistungsfähigere Getriebeanordnungen voraussetzt, so dass auch die Komponenten der jeweiligen Getriebeanordnung robuster ausgeführt werden müssen. Um hier dennoch möglichst kompakt bauen zu können, werden Getriebeanordnungen mit Planetenradsatzstufen leistungsverzweigt ausgeführt, indem ein Kraftfluss innerhalb der Getriebeanordnung über mehrere parallele Lastpfade geführt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Getriebeanordnung und einen Antriebsstrang mit einer Getriebeanordnung vorzuschlagen, welche eine möglichst hohe Lebensdauer bei möglichst geringem Bauraumbedarf realisieren.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. 7 gelöst, wobei sich aus den entsprechenden Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen weitere vorteilhafte beanspruchbare Ausgestaltungen ergeben.
Somit wird eine leistungsverzweigte Getriebeanordnung für Windkraftanlagen mit einer rotorseitigen Antriebswelle und einer generatorseitigen Abtriebswelle sowie mit zumindest zwei Planetenradsatzstufen vorgeschlagen. Um bei geringem Bauraumbedarf eine möglichst hohe Lebensdauer zu realisieren, sind die Planetenräder oder die Stufenplaneten zumindest der leistungsmäßig höherbelasteten Planetenradsatzstufe über eine Gleitlagerung gelagert.
Die vorgesehene Gleitlagerung hat gegenüber Wälzlagern oder dergleichen den Vorteil, dass die Gleitlagerung einen geringeren Bauraumbedarf aufweist und zugleich hohe Lebensdauern gewährleistet. Dadurch ist es möglich, eine besonders kompakt aufgebaute und gleichzeitig hohe Belastungen aufnehmende Getriebeanordnung zu realisieren.
Der Einsatz der Gleitlagerung ist besonders vorteilhaft bei der leistungsmäßig höherbelasteten Planetenradsatzstufe. Hierzu können beispielsweise die Bolzen der vorgesehenen Planetenräder bzw. Stufenplaneten der Planetenradsatzstufe über zugeordnete Gleitlagerungen an dem zugeordneten Planetenradträger der Planetenradsatzstufe gelagert werden. Es ist möglich, dass beispielsweise aus Bauraumgründen auch die niedriger belastete Planetenradsatzstufe mit einer Gleitlagerung ausgerüstet wird.
Um den Übersetzungsbereich der vorgeschlagenen Anordnung zu erweitern, kann vorgesehen sein, dass bei zumindest einer der Planetenradsatzstufen anstelle von einzelnen Planetenrädern Stufenplaneten beispielsweise mit zwei Stufenrädern oder dergleichen vorgesehen werden. Die Verwendung von Stufenplaneten erweitert den Übersetzungsbereich ohne den radialen Bauraumbedarf zu erhöhen.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Getriebeanordnung kann beispielsweise eine Gesamtübersetzung von etwa 1/30 bis 1/60 realisieren und somit die vorzugsweise für einen medium speed bzw. midspeed Generator erforderlichen Drehzahlen durch eine Übersetzungen ins Schnelle ermöglichen.
Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Anbindung der beiden Planetenradsatzstufen an die Antriebswelle und die Abtriebswelle derart gestaltet wird, dass zumindest die höher belastete Planetenradsatzstufe mit einem gehäusefest angeordneten Planetenradträger ausgeführt ist. Dies hat den besonderen Vorteil, dass bei der verwendeten Gleitlagerung eine vorteilhaft einfache Schmiermittelversorgung durch den gehäusefesten Steg bzw. Planetenradträger erfolgen kann, sodass die Ölversorgung nicht über rotierende Bauteile erfolgen muss.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch einen Antriebsstrang einer Windkraftanlage mit der vorgeschlagenen Getriebeanordnung gelöst. Demzufolge wird neben der separat beanspruchten Getriebeanordnung auch ein Antriebsstrang einer Windkraftanlage mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Getriebeanordnung beansprucht. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz der Getriebeanordnung bei einem Antriebsstrang einer Windkraftanlage mit sogenanntem midspeed-Generator, welcher üblicherweise mit Drehzahlen von etwa 400 bis 600 Umdrehungen/min betrieben werden.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert, welche unter anderem weitere mögliche beanspruchbare Merkmalskombinationen darstellen. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Getriebeanordnung für einen Antriebsstrang einer Windkraftanlage; und
2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung.

In den 1 und 2 sind verschiedene mögliche Ausführungsvarianten einer erfindungsgemäßen Getriebeanordnung lediglich als Prinzipskizze dargestellt. Um die Getriebeanordnung in einem Antriebsstrang einer Windkraftanlage einzusetzen, kann eine Antriebswelle AN der Getriebeanordnung mit einem nicht weiter dargestellten Rotor der Windkraftanlage gekoppelt werden und eine Abtriebswelle AB der Getriebeanordnung kann mit einem ebenfalls nicht weiter dargestellten Generator gekoppelt werden. Hierbei ist es möglich, dass die Antriebswelle AN und die Abtriebswelle AB der Getriebeanordnung koaxial angeordnet werden. Es ist jedoch auch möglich, dass eine achsversetzte Anordnung von Antriebswelle AN bzw. Rotorwelle und Abtriebswelle AB bzw. Generatorwelle realisiert wird, indem beispielsweise eine zusätzliche Stirnradstufe oder dergleichen zwischen der Abtriebswelle AB und der Generatorwelle vorgesehen ist.
Die leistungsverzweigten Getriebeanordnung umfasst neben der rotorseitigen Antriebswelle AN und der generatorseitigen Abtriebswelle AB eine erste Planetenradsatzstufe I und eine zweite Planetenradsatzstufe II. Bei den hier dargestellten Ausführungsvarianten sind die Dreh- oder Lagerbolzen der Planetenräder PR1 bzw. der Stufenräder der Stufenplaneten ST1 der leistungsmäßig höherbelasteten Planetenradsatzstufe I über eine Gleitlagerung gelagert, um dadurch zum einen Bauraum einzusparen und zum anderen die Lebensdauer der Getriebeanordnung zu erhöhen. Als leistungsmäßig höherbelastete Planetenradsatzstufe ist bei den Ausführungsvarianten beispielhaft die erste Planetenradsatzstufe I vorgesehen, während die zweite Planetenradsatzstufe II der leistungsverzweigten Getriebeanordnung weniger belastet ist und damit weniger als die Hälfte der zwischen Antriebswelle AN und Abtriebswelle AB übertragenen Leistung überträgt.
Bei der in 1 dargestellten ersten Ausführungsvariante der Getriebeanordnung ist vorgesehen, dass die erste Planetenradsatzstufe I einen Stufenplanet ST1 mit zwei Stufenrädern umfasst, wobei als Gleitlagerung ein erstes Gleitlager 1 und ein zweites Gleitlager 2 für die beiden Stufenräder des Stufenplaneten ST1 zum Lagern an dem Planetenradträger PT1 vorgesehen sind. Der Planetenradträger PT1 ist mit einem Gehäuse 3 der Getriebeanordnung drehfest verbunden. Bei der weniger belasteten zweiten Planetenradsatzstufe II sind anstelle von Stufenrädern Planetenräder PR2 vorgesehen, die sowohl mit einem Hohlrad HR2 als auch mit einem Sonnenrad SR2 der zweiten Planetenradsatzstufe II in Eingriff stehen.
Bei der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsvariante der Getriebeanordnung ist vorgesehen, dass die leistungsmäßig höher belastete erste Planetenradsatzstufe I Planetenräder PR 1 umfasst, die über das erste Gleitlager 1A und das zweite Gleitlager 2A an dem gehäusefesten Planetenradträger PT1 gelagert sind. Bei der zweiten Ausführungsvariante gemäß 2 ist vorgesehen, dass bei der leistungsmäßig weniger belasteten zweiten Planetenradsatzstufe II anstelle von Planetenrädern PR2 Stufenräder eines Stufenplanet ST2 vorgesehen sind. Hierbei kämmt das erste Stufenrad mit dem Hohlrad HR2 und das zweite Stufenrad des Stufenplaneten ST2 kämmt mit dem Sonnenrad SR2.
Unabhängig von der jeweiligen Ausführungsvariante der Getriebeanordnung ist vorgesehen, dass die Antriebswelle AN mit einem Hohlrad HR1 der ersten leistungsmäßig höherbelasteten Planetenradsatzstufe I und mit einem Planetenradträger PT2 der zweiten leistungsmäßig geringer belasteten Planetenradsatzstufe II verbunden ist. Das Hohlrad HR1 und das Sonnenrad SR1 der ersten Planetenradsatzstufe I kämmt je nach Ausführungsvariante entweder mit den Stufenrädern der Stufenplaneten ST1 oder mit den Planetenrädern PT1. Dadurch, dass die Antriebswelle AN sowohl mit einem Element der ersten Planetenradsatzstufe I als auch mit einem Element der zweiten Planetenradsatzstufe II verbunden ist, ergibt sich eine Leistungsverzweigung, indem zwei parallele Leistungspfade bei der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung realisiert werden. Ferner ist der Planetenradträger PT1 der ersten Planetenradsatzstufe I mit dem Gehäuse 3 fest verbunden. Das Sonnenrad SR1 der ersten Planetenradsatzstufe I ist über eine Welle 4 mit einem Hohlrad HR2 der zweiten Planetenradsatzstufe II verbunden. Schließlich ist ein Sonnenrad SR2 der zweiten Planetenradsatzstufe II mit der Abtriebswelle AB bzw. der Generatorwelle verbunden.
Bezugszeichenliste

1,1A: erstes Gleitlager
2,2A: zweites Gleitlager
3: Gehäuse
4: Welle
AN: Antriebswelle
AB: Abtriebswelle
I: erste Planetenradsatzstufe
II: zweite Planetenradsatzstufe
SR1: Sonnenrad der ersten Planetenradsatzstufe
HR1: Hohlrad der ersten Planetenradsatzstufe
PT1: Planetenradträger bzw. Steg der ersten Planetenradsatzstufe
PR1: Planetenräder der ersten Planetenradsatzstufe
ST1: Stufenplanet der ersten Planetenradsatzstufe
SR2: Sonnenrad der zweiten Planetenradsatzstufe
HR2: Hohlrad der zweiten Planetenradsatzstufe
PT2: Planetenradträger bzw. Steg der zweiten Planetenradsatzstufe
PR2: Planetenräder der zweiten Planetenradsatzstufe
ST2: Stufenplanet der zweiten Planetenradsatzstufe

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 19917605 A1 [0002]

Claims

Leistungsverzweigte Getriebeanordnung für Windkraftanlagen mit einer rotorseitigen Antriebswelle (AN) und mit einer generatorseitigen Abtriebswelle (AB) sowie mit zumindest einer ersten Planetenradsatzstufe (I) und einer zweiten Planetenradsatzstufe (II), dadurch gekennzeichnet, dass jedes Planetenrad (PR1, PR2) oder jeder Stufenplanet (ST1, ST2) zumindest der leistungsmäßig höher belasteten Planetenradsatzstufe (I, II) über eine Gleitlagerung gelagert sind.
Getriebeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Planetenrad (PR1, PR2) oder jeder Stufenplanet (ST1, ST2) über ein zugeordnetes Gleitlager (1, 1A, 2, 2A) an dem zugeordneten Planetenradträger (PT1, PT2) der Planetenradsatzstufe (I, II) gelagert ist.
Getriebeanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Planetenradsatzstufen (I, II) einen Stufenplaneten (ST1, ST2) mit mehreren Stufenrädern aufweist.
Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (AN) mit einem Hohlrad (HR1) der ersten leistungsmäßig höher belasteten Planetenradsatzstufe (I) und mit einem Planetenradträger (PT2) der zweiten leistungsmäßig geringer belasteten Planetenradsatzstufe (II) verbunden ist, dass der Planetenradträger (PT1) der ersten Planetenradsatzstufe (I) gehäusefest angeordnet ist, dass ein Sonnenrad (SR1) der ersten Planetenradsatzstufe (I) über eine Welle (4) mit einem Hohlrad (HR2) der zweiten Planetenradsatzstufe (II) verbunden ist, und dass ein Sonnenrad (SR2) der zweiten Planetenradsatzstufe (11) mit der Abtriebswelle (AB) verbunden ist.
Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gesamtübersetzung (i) von etwa 1/30 bis 1/60 vorgesehen ist.
Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Abtriebswelle (AB) Drehzahlen von etwa 400 bis 600 Umdrehungen pro Minute vorgesehen sind.
Antriebsstrang einer Windkraftanlage mit einer Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Antriebsstrang nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeanordnung abtriebsseitig mit einem midpeed-Generator direkt oder indirekt verbunden ist.