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Die Erfindung betrifft ein Getriebe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 12.
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Windkraftgetriebe weisen in der Regel eine abtriebsseitige Stirnradstufe auf, die einer Planetenstufe nachgeschaltet ist. Im Folgenden steht die Gehäusekopplung zwischen beiden Getriebestufen im Fokus. Durch die Gehäusekopplung wird ein Gehäuse der Stirnradstufe an einem Gehäuse der Planetenstufe fixiert. Die Gehäusekopplung muss jeweils an die geometrischen Gegebenheiten der Stirnradstufe und der Planetenstufe angepasst werden. Dies erschwert eine getriebeübergreifende Wiederverwendung von Bauteilen. So erfordert etwa eine geänderte Achslage einer Ausgangswelle jeweils eine speziell angepasste Gehäusekopplung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe verfügbar zu machen, welches die den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen innewohnenden Nachteile nicht aufweist. Insbesondere soll der Grad der getriebeübergreifenden Wiederverwendbarkeit von Bauteilen erhöht werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Getriebe nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 12. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
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Das Getriebe umfasst mindestens eine Planetenstufe und mindestens eine Stirnradstufe. Eine Planetenstufe ist eine Getriebestufe, d.h. ein Bereich eines Getriebes, der wiederum ein Getriebe bildet, mit einem Hohlrad, einem Planetenträger, einem oder mehreren Planetenrädern und einem Sonnenrad. Die Planetenräder sind drehbar in dem Planetenträger gelagert und kämmen jeweils mit dem Hohlrad und/oder dem Sonnenrad. Zwei der drei Komponenten Hohlrad, Planetenträger und Sonnenrad sind drehbar gelagert, die dritte Komponente ist drehfest angeordnet. So kann etwa das Hohlrad drehfest in ein Getriebegehäuse integriert sein, während der Planetenträger und das Sonnenrad drehbar gelagert sind. Eine der beiden drehbar gelagerten Komponenten ist drehfest mit einem Eingang, etwa einer Eingangswelle der Planetenstufe verbunden, die andere drehbar gelagerte Komponente mit einem Ausgang, etwa einer Ausgangswelle. Der Eingang und der Ausgang der Planetenstufe sind koaxial zueinander angeordnet, weisen also eine gemeinsame Drehachse auf.
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Eine Stirnradstufe ist eine Getriebestufe mit Zahnrädern, die ausnahmslos als Stirnräder ausgeführt und drehbar gelagert sind. Insbesondere können sämtliche Zahnräder der Stirnradstufe außenverzahnt sein. Die Drehachsen der Zahnräder sind jeweils ortsfest gehalten und verlaufen parallel zueinander. Eine Ausgangswelle der Stirnradstufe ist gewöhnlich achsversetzt zu einer Eingangswelle angeordnet.
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Eine Welle der Planetenstufe und eine erste Welle der Stirnradstufe sind vorliegend drehfest miteinander verbunden. Bei der Welle der Planetenstufe handelt es sich vorzugsweise um eine Ausgangswelle der Planetenstufe. Entsprechend handelt es sich bei der ersten Welle der Stirnradstufe vorzugsweise um eine Eingangswelle der Stirnradstufe. Eine drehfeste Verbindung bezeichnet eine Verbindung, die keinerlei Verdrehungen der Verbindungspartner relativ zueinander zulässt. Insbesondere können die Welle der Planetenstufe und die erste Welle der Stirnradstufe einstückig miteinander verbunden sein.
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Ein Gehäuse der Stirnradstufe bildet einen ersten Lagersitz für eine zweite Welle der Stirnradstufe. Die zweite Welle ist von der ersten Welle verschieden. Insbesondere weisen beide Wellen einen Achsversatz relativ zueinander auf.
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Ein Lagersitz ist ein Mittel zur Aufnahme und Fixierung eines Lagers. Vorliegend wird ein Lager aufgenommen und fixiert, mit dem die zweite Welle drehbar in dem Gehäuse gelagert ist. Der erste Lagersitz ist bevorzugt als Durchgangsbohrung ausgeführt, das heißt als kreiszylindrische, durchgehende Aussparung mit zwei Mündungen. Ein solcher Lagersitz dient dazu, einen Außenring des Lagers, mit dem die zweite Welle in dem Gehäuse gelagert ist, aufzunehmen und zu fixieren.
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Als Gehäusekopplung zwischen der Planetenstufe und der Stirnradstufe weist das Getriebe erfindungsgemäß eine Gehäuseglocke auf. Mit der Gehäuseglocke sind ein Gehäuse der Planetenstufe und das Gehäuse der Stirnradstufe aneinander fixiert. Bei der Gehäuseglocke handelt es sich also um ein Verbindungsstück zwischen dem Gehäuse der Planetenstufe und dem Gehäuse der Stirnradstufe. Insbesondere kann die Gehäuseglocke die Grundform eines Hohlkörpers mit einer ersten Mündung und einer zweiten Mündung haben. Auf der ersten Mündung ist das Gehäuse der Planetenstufe fixiert. Entsprechend ist das Gehäuse der Stirnradstufe auf der zweiten Mündung fixiert.
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Die Gehäuseglocke hat bevorzugt die Grundform eines hohlen Rotationskörpers. Die Grundform eines Körpers bezeichnet die Form eines ursprünglichen Körpers, aus dem der erstgenannte Körper durch Eliminieren einzelner Bereiche, etwa durch Einfügen von Aussparungen, und/oder durch Hinzufügen einzelner Bereiche entsteht.
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Der erste Lagersitz wird von der Gehäuseglocke fluiddicht gekapselt. Die Gehäuseglocke deckt also den ersten Lagersitz so ab, dass kein Fluid, insbesondere kein in dem Getriebe enthaltendes Öl, in die Umgebung entweichen kann. Dies impliziert, dass der erste Lagersitz in die Gehäuseglocke mündet.
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Durch die Erfindung wird eine separate Abdeckung des ersten Lagersitzes obsolet. Eine derartige Abdeckung würde eine Anpassung der Gehäuseglocke erfordern, die der angestrebten Wiederverwendbarkeit abträglich ist.
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In einer bevorzugten Weiterbildung besteht eine fluiddichte Verbindung zwischen der Gehäuseglocke und dem Gehäuse der Stirnradstufe einerseits und zwischen der Gehäuseglocke und dem Gehäuse der Planetenstufe andererseits. Vorzugsweise bilden das Gehäuse der Planetenstufe, die Gehäuseglocke und das Gehäuse der Stirnradstufe einen gemeinsamen Hohlraum, in dem sich Getriebeöl befindet, und der zur Umgebung hin durch das Gehäuse der Planetenstufe, die Gehäuseglocke und das Gehäuse der Stirnradstufe fluiddicht gekapselt ist.
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Bei der zweiten Welle der Stirnradstufe handelt es sich in einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung um eine Ein- oder Ausgangswelle. Dies impliziert, dass ein zweites, dem ersten Wellenende gegenüberliegendes Wellenende aus dem Gehäuse der Stirnradstufe herausragt. Das zweite Wellenende befindet sich auf einer dem ersten Lagersitz gegenüberliegenden Seite des Gehäuses. Umgekehrt ist die Gehäuseglocke auf einer dem zweiten Wellenende gegenüberliegenden Seite des Gehäuses angeordnet.
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Das Gehäuse der Stirnradstufe ist in einer besonders bevorzugten Weiterbildung zweistückig ausgeführt. Dabei verläuft eine erste bevorzugt fluiddicht ausgestaltete Trennfuge zwischen einem ersten Gehäuseteil des Gehäuses der Stirnradstufe und einem zweiten Gehäuseteil des Gehäuses der Stirnradstufe. Die erste Welle ist drehbar in dem ersten Gehäuseteil gelagert. Zur Lagerung der ersten Welle dient also ausschließlich der erste Gehäuseteil. Dies bedeutet, dass die Lager, mit denen die erste Welle drehbar gelagert ist, ausschließlich in dem ersten Gehäuseteil fixiert sind. Der erste Lagersitz hingegen wird von dem ersten Gehäuseteil und dem zweiten Gehäuseteil gemeinsam gebildet. So bildet der erste Gehäuseteil einen ersten Teil des ersten Lagersitzes und der zweite Gehäuseteil einen zweiten Teil des ersten Lagersitzes. Die erste Trennfuge verläuft dabei durch den Lagersitz.
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Obige Ausführungen betreffend den ersten Lagersitz und die zweistückige Ausführung des Gehäuses der Stirnradstufe gelten bevorzugt analog für einen zweiten Lagersitz der zweiten Welle der Stirnradstufe. So dient der zweite Lagersitz der Aufnahme und Fixierung eines weiteren Lagers, mit dem die zweite Welle drehbar in dem Gehäuse der Stirnradstufe gelagert ist. Der erste Gehäuseteil des Gehäuses der zweiten Stirnradstufe bildet einen ersten Teil des zweiten Lagersitzes. Ein zweiter Teil des zweiten Lagersitzes wird von dem zweiten Gehäuseteil des Gehäuses der Stirnradstufe gebildet. Die erste Trennfuge verläuft auch durch den zweiten Lagersitz.
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Der erste Gehäuseteil des Gehäuses der Stirnradstufe bildet einen Grundkörper, der zweite Gehäuseteil einen abnehmbaren Deckel. Da der Grundkörper und der Deckel zusammen die Lagersitze der zweiten Welle ausbilden, kann die zweite Welle zu Wartungszwecken entnommen werden, wenn der Deckel entfernt wurde. Dies ermöglicht die Wartung oder den Austausch der zweiten Welle, während das Getriebe im Turm einer Windkraftanlage eingebaut ist.
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Bevorzugt ist das Getriebe so weitergebildet, dass die Trennfuge und eine Drehachse der zweiten Welle in einer gemeinsamen Ebene liegen. Diese Ebene beinhaltet die Trennfuge und die Drehachse.
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In einer bevorzugten Weiterbildung verläuft eine zweite Trennfuge zwischen dem Gehäuse der Stirnradstufe und der Gehäuseglocke. Die zweite Trennfuge erstreckt sich dabei sowohl über den ersten Gehäuseteil des Gehäuses der Stirnradstufe als auch über den zweiten Gehäuseteil des Gehäuses der Stirnradstufe. Dies bedeutet, dass ein erster Teil der zweiten Trennfuge zwischen dem ersten Gehäuseteil und der Gehäuseglocke verläuft; ein zweiter Teil der zweiten Trennfuge verläuft zwischen dem zweiten Gehäuseteil und der Gehäuseglocke. Der erste Gehäuseteil und die Gehäuseglocke bilden den ersten Teil der Trennfuge, der zweite Gehäuseteil und die Gehäuseglocke den zweiten Teil der Trennfuge. Vorzugsweise ist auch die zweite Trennfuge fluiddicht ausgeführt.
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Die zweite Trennfuge ist bevorzugt eben weitergebildet, verläuft also in einer Ebene bzw. ist in der Ebene enthalten.
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Ein Teil der Oberfläche der Gehäuseglocke ist in einer bevorzugten Weiterbildung kreisringförmig und bildet eine Ausstülpung radial nach außen hin aus. Dieser Teil der Oberfläche der Gehäuseglocke bildet mit dem Gehäuse der Stirnradstufe die zweite Trennfuge. Die Ausstülpung deckt dabei mindestens einen Teil des Lagersitzes ab.
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Bevorzugt ist die Ausstülpung D-förmig weitergebildet. Dies bedeutet, dass die Ausstülpung die Form eines Kreissegments hat. Insbesondere kann die Ausstülpung halbkreisförmig ausgestaltet sein.
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Da die Ausstülpung den Lagersitz mindestens teilweise abdeckt, ändert sich mit der Position des Lagersitzes auch die Position der Ausstülpung. Um den Grad der Wiederverwendbarkeit einzelner Teile getriebeübergreifend zu erhöhen, wenn die Position der zweiten Welle in Abhängigkeit des jeweiligen Anwendungsfalls variabel ist, ist die Gehäuseglocke in einer bevorzugten Weiterbildung mindestens zweistückig ausgeführt. Ein erstes Stück der Gehäuseglocke weist dabei den kreisförmigen Teil der Fläche und ein zweites Stück die Ausstülpung auf. Mittels einer derartigen Weiterbildung lässt sich die im Folgenden beschriebene Getriebebaureihe erstellen.
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Eine Getriebebaureihe ist definiert als eine Mehrzahl einzelner Getriebe. Diese Getriebe bilden die Baureihe, das heißt die Baureihe ist identisch mit deren Gesamtheit.
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Die Getriebebaureihe umfasst vorliegend ein erstes Getriebe und ein zweites Getriebe, jeweils mit einer zweistückig ausgeführten Gehäuseglocke. Das zweite Stück der Gehäuseglocke des ersten Getriebes und das zweite Stück der Gehäuseglocke des zweiten Getriebes sind baugleich. Dadurch ist es möglich, das zweite Stück innerhalb der Getriebebaureihe getriebeübergreifend zu verwenden.
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Die ersten Stücke der Gehäuseglocken des ersten Getriebes und des zweiten Getriebes weisen jeweils eine Aufnahme zur Fixierung des zweiten Stücks auf. Die Positionierung der Aufnahme zur Fixierung des zweiten Stücks der Gehäuseglocke des ersten Getriebes und der Aufnahme zur Fixierung des zweiten Stücks der Gehäuseglocke des zweiten Getriebes unterscheiden sich. Ansonsten sind das erste Stück der Gehäuseglocke des ersten Getriebes und das erste Stück der Gehäuseglocke des zweiten Getriebes bevorzugt baugleich.
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Über die unterschiedliche Position der Aufnahme zur Fixierung des zweiten Stücks der Gehäuseglocke lässt sich eine Anpassung an unterschiedliche Positionen der zweiten Welle realisieren. Bedingt durch die unterschiedliche Position der Aufnahme ist eine getriebeübergreifende Verwendung des ersten Stücks der Gehäuseglocke nicht möglich. Ein erfindungsgemäßes Verfahren ermöglicht aber eine getriebeübergreifende Verwendung eines Rohteils, aus dem das erste Stück der Gehäuseglocke gefertigt wird. Dieses Verfahren sieht vor, dass das erste Stück der Gehäuseglocke des ersten Getriebes aus einem ersten Rohteil und das erste Stück der Gehäuseglocke des zweiten Getriebes aus einem zweiten Rohteil gefertigt wird. Das erste Rohteil und das zweite Rohteil sind baugleich. Im Rahmen der Fertigung des ersten Stücks der jeweiligen Gehäuseglocke aus dem Rohteil wird die Aufnahme zur Fixierung des zweiten Stücks gefertigt. Die Position der Aufnahme lässt sich dabei getriebespezifisch anpassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. Übereinstimmende Bezugsziffern kennzeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale. Im Einzelnen zeigt:
- 1 ein Getriebe;
- 2 ein Gehäuse der Stirnradstufe des Getriebes;
- 3 einen einstückigen Flansch einer Gehäuseglocke;
- 4 einen zweistückigen Flansch; und
- 5A und B aus einem Rohteil gefertigte Varianten.
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In 1 ist ein Getriebe 101 im Längsschnitt dargestellt. Das Getriebe 101 weist eine Planetenstufe 103 und eine Stirnradstufe 105 auf. Der Planetenstufe 103 können, wie in 1 dargestellt, eine oder mehrere weitere Planetenstufen vorgeschaltet sein.
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Ein Sonnenrad 107 der Planetenstufe 103 ist drehfest mit einer Sonnenwelle 109 verbunden, die als Ausgangswelle der Planetenstufe 103 fungiert und über eine Passverzahnung drehfest mit einer Hohlwelle 111 der Stirnradstufe 105 verbunden ist. Auf der Hohlwelle 111 angeordnet und drehfest mit dieser verbunden ist ein erstes Stirnrad 113. Dieses kämmt mit einem zweiten Stirnrad 115. Das zweite Stirnrad 115 ist auf einer Ausgangswelle 117 des Getriebes angeordnet und mit dieser drehfest verbunden.
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Um die Planetenstufe 103 und die Stirnradstufe 105 gehäusefest miteinander zu koppeln, ist eine Gehäuseglocke 119 vorgesehen. Diese ist einstückig in einem rotorseitigen Teil eines Gehäuses der Planetenstufe 103 bzw. des Getriebes 101 integriert. Die Gehäuseglocke 119 bildet einen Flansch aus, mit dem ein Gehäuse 121a, 121b der Stirnradstufe 105 verschraubt ist. Dieses wird von einem Grundkörper 121a und einem Deckel 121b gebildet. Der Deckel 121b ist auf den Grundkörper 121a aufgeschraubt.
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Eine Ansicht des Gehäuses 121a, 121b aus Richtung eines Rotors in Richtung eines Generators, das heißt in der Bildebene von 1 von links nach rechts betrachtet ist in 2 dargestellt. Hier ist zu erkennen, dass der Grundkörper 121a und der Deckel 121b gemeinsam einen Lagersitz für ein rotorseitiges Lager der Ausgangswelle 117 bilden. Der Grundkörper 121a und der Deckel 121b sind entlang einer ebenen Trennfläche miteinander verfügt.
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Der Flansch der Gehäuseglocke ist in 3 mit der Bezugsziffer 301 gekennzeichnet. Dargestellt ist hier eine Aufsicht auf den Flansch 301 in axialer Richtung vom Generator aus in Richtung des Rotors, das heißt in der Bildebene von 1 von rechts nach links betrachtet. Der Flansch 301 weist einen kreisringförmigen Teil 303 und einen halbmond- bzw. D-förmigen Teil 305 auf.
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Der kreisringförmige Teil 303 ist koaxial zu einer Drehachse der Sonnenwelle 109 ausgerichtet. Eine Symmetrieachse des kreisringförmigen Teils 303 ist also mit der Drehachse identisch.
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Der D-förmige Teil 305 ist als Ausstülpung radial nach außen ausgeführt und deckt einen rotorseitigen, das heißt den in der Bildebene von 1 links angeordneten Lagersitz der Ausgangswelle 117 fluiddicht ab. Zu diesem Zweck besteht eine fluiddichte Verbindung zwischen dem D-förmigen Teil 305 und dem Deckel 121b des Gehäuses 121a, 121b der Stirnradstufe 105. Weiterhin besteht eine fluiddichte Verbindung zwischen dem kreisringförmigen Teil 303 des Flansches 301 und dem Grundkörper 121a des Gehäuses 121a, 121b der Getriebestufe 105. Eine fluiddichte Verbindungsfläche zwischen dem Flansch 301 und dem Gehäuse 121a, 121b verläuft vollständig um die Drehachse der Sonnenwelle 109 herum und ist in sich geschlossen.
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4 stellt einen Flansch 301 einer zweistückig ausgeführten Gehäuseglocke 119 dar. Ein erstes Stück der Gehäuseglocke 119 bildet den kreisringförmigen Teil 303 aus, ein zweites Stück den D-förmigen Teil 305. Zwischen den beiden Stücken verläuft eine ebene Trennfläche, die parallel zu der Drehachse der Sonnenwelle 109 ausgerichtet ist.
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Die Winkellage des ersten Teils des Gehäuseflansches 109 ist durch die Schnittstelle zu der Planetenstufe 103 vorgegeben und daher nicht variabel. Eine Lösung, das erste Stück 103 trotzdem getriebeübergreifend wiederzuverwenden, ist in den 5a und 5b angedeutet. 5a stellt ein erstes Stück des Gehäuseflansches 119 mit kreisringförmigem Teil 101 des Flansches 301 dar, bei dem die Trennebene zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil horizontal verläuft. Dies entspricht dem in 4 dargestellten Flansch 301. Um ein derartiges Teil zu fertigen, wird der Verlauf der Trennfläche aus einem rotationssymmetrischen Rohteil herausgearbeitet. Der Verlauf der Trennfläche ist daher variabel. So ist es möglich, die Winkellage der Trennfläche, wie in 5b dargestellt, zu variieren. Dadurch lässt sich auch die Position des zweiten Stücks der Gehäuseglocke 119 und damit die Position des D-förmigen Teils 305 des Flansches 301 variieren und einer geänderten Position der Ausgangswelle 117 anpassen.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- Getriebe
- 103
- Planetenstufe
- 105
- Stirnradstufe
- 107
- Sonnenrad
- 109
- Sonnenwelle
- 111
- Hohlwelle
- 113
- erstes Stirnrad
- 115
- zweites Stirnrad
- 117
- Ausgangswelle
- 119
- Gehäuseglocke
- 121a
- Grundkörper
- 121b
- Deckel
- 301
- Flansch
- 303
- kreisringförmiger Teil
- 305
- D-förmiger Teil
