DE102018204303A1

DE102018204303A1 - Windkraftgetriebe mit mittigem Schwerpunkt

Info

Publication number: DE102018204303A1
Application number: DE102018204303.5A
Authority: DE
Inventors: Pieter Siebelink
Original assignee: ZF Wind Power Antwerpen NV; ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Wind Power Antwerpen NV; ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-03-21
Filing date: 2018-03-21
Publication date: 2019-09-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe (105) mit einer Eingangswelle (101), mindestens einer Planetenstufe (301) und einem Getriebegehäuse (207); wobei die Eingangswelle (101) und ein Hohlrad (303) der Planetenstufe (301) drehfest miteinander verbunden sind; wobei jeweils zwei Planetenräder (305a, 305b) der Planetenstufe (301) drehfest miteinander verbunden und drehbar in dem Getriebegehäuse (207) gelagert sind; wobei ein erstes der zwei Planetenräder (305a) mit dem Hohlrad (303) kämmt; und wobei ein zweites der zwei Planetenräder (305b) mit einem Sonnenrad (309) der Planetenstufe (301) kämmt. Das zweite Planetenrad (305b) ist axial zwischen einem rotorseitigen Teil der Eingangswelle (101) und dem ersten Planetenrad (305a) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Getriebe von Windkraftanlagen stützen sich gewöhnlich auf die Eingangswelle ab. Die Eingangswelle ist zweifach in einem Maschinenträger gelagert. Zudem ist die Eingangswelle drehbar in einem Gehäuse des Getriebes gelagert. Über diese Lagerung „hängt“ das Getriebe an der Eingangswelle. Durch das resultierende Biegemoment entstehen Verformungen, die sich im Zahneingriff störend auswirken.
Aus der Druckschrift EP 2 202 409 A1 ist eine Windkraftanlage bekannt, bei der ein Rotor drehfest mit einem Hohlrad einer Planetenstufe verbunden ist. Die Planetenräder der Planetenstufe sind paarweise drehfest miteinander verbunden und in einem Getriebegehäuse gelagert. Ein erstes Planetenrad jeweils eines Paars kämmt mit dem Hohlrad, ein zweites Planetenrad mit einem Sonnenrad der Planetenstufe. Bei dieser Anordnung ist allerdings der Rotor in dem Getriebegehäuse gelagert. Insbesondere stützt sich das Getriebegehäuse nicht an dem Rotor ab. Es kommt daher nicht zu den eingangs beschriebenen Verformungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe verfügbar zu machen, das die den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen innewohnenden Nachteile nicht aufweist. Insbesondere sollen Fehler im Zahneingriff vermieden werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Getriebe nach Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
Das Getriebe weist eine Eingangswelle, mindestens eine Planetenstufe und ein Getriebegehäuse auf. Die Eingangswelle ist drehfest mit einem Antrieb, etwa einem Rotor einer Windkraftanlage, verbindbar. Weiterhin ist sie drehfest mit einem Hohlrad der Planetenstufe verbunden. Dies impliziert, dass das Hohlrad drehbar gelagert ist.
Jeweils zwei Planetenräder der Planetenstufe sind drehfest miteinander verbunden und drehbar in dem Getriebegehäuse gelagert. Insbesondere können die zwei Planetenräder starr miteinander verbunden sein. Eine starre Verbindung wirkt jeglicher Relativbewegung der Verbindungspartner entgegen. Eine solche Verbindung kommt etwa zustande, wenn die zwei Planetenräder auf einer gemeinsamen Welle fixiert sind.
Ein erstes der zwei Planetenräder kämmt mit dem Hohlrad, ein zweites mit einem Sonnenrad der Planetenstufe.
Erfindungsgemäß ist das zweite Planetenrad axial zwischen einem rotorseitigen Teil der Eingangswelle und dem ersten Planetenrad angeordnet. Der rotorseitige Teil der Eingangswelle zeichnet sich dadurch aus, dass er ein rotor- bzw. antriebsseitiges Ende der Eingangswelle umfasst. Das zweite Planetenrad und der rotorseitige Teil der Eingangswelle befinden sich auf unterschiedlichen Seiten einer ersten radial, d.h. orthogonal zu einer Drehachse der Eingangswelle verlaufenden Ebene. Das zweite Planetenrad und das erste Planetenrad befinden sich entsprechend auf unterschiedlichen Seiten einer zweiten radial verlaufenden Ebene. Das zweite Planetenrad ist zwischen der ersten Ebene und der zweiten Ebene angeordnet. Vorzugsweise ist das zweite Planetenrad axial zwischen der kompletten Eingangswelle und dem ersten Planetenrad angeordnet. Die genannten Komponenten sind axial bevorzugt in folgender Reihenfolge angeordnet: Rotor, Eingangswelle, zweites Planetenrad und erstes Planetenrad. Die axiale Position des Sonnenrads ist durch die axiale Position des zweiten Planetenrads bestimmt. Ebenso ist die axiale Position des Hohlrads durch die axiale Position des ersten Planetenrads bestimmt.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung des zweiten Planetenrads verlagert sich der Schwerpunkt des Getriebes in Richtung des Rotors. Dadurch reduziert sich das eingangs beschriebene Biegemoment.
In einer bevorzugten Weiterbildung weist das Getriebe ein oder mehrere Lager auf, mit denen das Hohlrad drehbar in dem Getriebegehäuse gelagert ist. Das zweite Planetenrad ist bezüglich dieser Lager rotor- bzw. antriebsseitig angeordnet. Eine derartige Anordnung ermöglicht eine axiale Überdeckung der Lagerbasis und des Schwerpunkts. Befindet sich der Schwerpunkt zwischen den Lagern, wird das Biegemoment vollständig eliminiert.
Das Getriebe ist bevorzugt Teil einer Windkraftanlage mit einem Maschinenträger. In dem Maschinenträger ist die Eingangswelle mittels mindestens zwei Lagern drehbar gelagert. Über die oben genannten Lager, mit denen das Hohlrad drehbar in dem Getriebegehäuse gelagert ist, stützt sich das Getriebe auf die Eingangswelle ab.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 3 dargestellt. Die 1 und 2 repräsentieren Stand der Technik. Übereinstimmende Bezugsziffern kennzeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale. Im Einzelnen zeigt:

1 einen Antriebsstrang einer Windkraftanlage;
2 das Verformungsverhalten des Getriebes; und
3 ein verformungsoptimiertes Getriebe.

Eine Eingangswelle 101 überträgt, wie in 1 dargestellt, ein Antriebsdrehmoment von einem Rotor 103 zu einem Getriebe 105. Die Eingangswelle 101 ist mittels eines ersten Lagers 107a und eines zweiten Lagers 107b drehbar in einem Maschinenträger einer Windkraftanlage gelagert. Über eine Drehmomentstütze 107 ist das Getriebe 105 drehfest in dem Maschinenträger verankert.
2 stellt den Aufbau einer eingangsseitigen Planetenstufe 201 des Getriebes 105 dar. Die Planetenstufe 201 weist einen Planetenträger 203 auf. Zwischen dem Planetenträger 203 und der Eingangswelle 101 besteht eine starre Verbindung. Die Planetenstufe 201 weist Planetenträgerlager 205 auf, mit denen der Planetenträger 203 drehbar in einem Getriebegehäuse 207 gelagert ist.
Über die Planetenträgerlager 205 stützt sich das Getriebegehäuse 207 zusammen mit seinen Innereien auf die Planetenträgerlager 205 ab. Dadurch kommt es zu einer Schiefstellung des Getriebegehäuses 207.
Ein alternativer Aufbau einer eingangsseitigen Planetenstufe 301 ist in 3 dargestellt. Die Planetenstufe 301 weist ein drehbar gelagertes Hohlrad 303 auf, das starr mit der Eingangswelle 101 verbunden ist. Die Planetenräder der Planetenstufe 301 sind paarweise angeordnet. Jedes Paar 305 besteht aus einem ersten Planetenrad 305a und einem zweiten Planetenrad 305b. Das erste Planetenrad 305a und das zweite Planetenrad 305b sind auf einer gemeinsamen Planetenwelle 307 angeordnet. Die Planetenwelle 307 ist drehbar in dem Getriebegehäuse 207 gelagert.
Das erste Planetenrad 305 kämmt mit dem Sonnenrad 303; das zweite Planetenrad 305b kämmt mit einem drehbaren Sonnenrad 309. Das zweite Planetenrad 305b ist bezüglich des ersten Planetenrads 305a axial in Richtung der Eingangswelle 101 und des Rotors 103 versetzt angeordnet. Dies bedingt einen axialen Versatz des Sonnenrads 309 bezüglich des Hohlrads 303 in Richtung der Eingangswelle 101 und des Rotors 103.
Die Planetenstufe 301 weist Hohlradlager 311 auf, mit denen das Hohlrad 303 drehbar in dem Getriebegehäuse 207 gelagert ist. Über die Hohlradlager 311 stützt sich das Getriebegehäuse 207 auf die Eingangswelle 101 ab. Zu der in 2 dargestellten Verformung kommt es hier allerdings nicht, da ein Schwerpunkt 313 des Getriebes 105 aufgrund der rotorseitig versetzten Anordnung des zweiten Planetenrads 305b und des Sonnenrads 309 rotorseitig verschoben ist und axial zwischen den Rotorlagern 311 liegt.
Bezugszeichenliste

101: Eingangswelle
103: Rotor
105: Getriebe
107a: erstes Lager
107b: zweites Lager
107: Drehmomentstütze
201: Planetenstufe
203: Planetenträger
205: Planetenträgerlager
207: Getriebegehäuse
301: Planetenstufe
303: Hohlrad
305: Planetenräderpaar
305a: erstes Planetenrad
305b: zweites Planetenrad
307: Planetenwelle
309: Sonnenrad
311: Hohlradlager
313: Schwerpunkt

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 2202409 A1 [0003]

Claims

Getriebe (105) mit einer Eingangswelle (101), mindestens einer Planetenstufe (301) und einem Getriebegehäuse (207); wobei die Eingangswelle (101) und ein Hohlrad (303) der Planetenstufe (301) drehfest miteinander verbunden sind; wobei jeweils zwei Planetenräder (305a, 305b) der Planetenstufe (301) drehfest miteinander verbunden und drehbar in dem Getriebegehäuse (207) gelagert sind; wobei ein erstes der zwei Planetenräder (305a) mit dem Hohlrad (303) kämmt; und wobei ein zweites der zwei Planetenräder (305b) mit einem Sonnenrad (309) der Planetenstufe (301) kämmt; dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Planetenrad (305b) axial zwischen einem rotorseitigen Teil der Eingangswelle (101) und dem ersten Planetenrad (305a) angeordnet ist.
Getriebe (105) nach dem vorhergehenden Anspruch; gekennzeichnet durch ein oder mehrere Lager (311), mit denen das Hohlrad (303) drehbar in dem Getriebegehäuse (207) gelagert ist; wobei das zweite Planetenrad (305b) bezüglich der Lager (311) rotorseitig angeordnet ist.