DE60222542T2 - Windturbine mit einem planetengetriebe - Google Patents

Windturbine mit einem planetengetriebe Download PDF

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Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Windturbine mit einem Rotor, einer Gondel und einem Turm und wobei die Gondel ein Planetengetriebe mit einem Planetenhalter umfasst, mit dem die Name des Rotors starr verbunden ist, wobei das Planetengetriebe an die Welle eines elektrischen Generators angeschlossen ist oder anschließbar ist und wobei das Planetengetriebe einen Zahnkranz umfasst, der fest auf einem Motorrahmen in der Gondel oder an einem starr mit dem Rahmen verbundenen Element befestigt ist und wobei die Planetenräder des Planetengetriebes um einen zentral angeordneten Planetenträger laufen können, wobei die Planetenräder in den optional mit einem Stirnrad verbundenen Planetenträger eingreifen.
  • Stand der Technik
  • Eine derartige Windturbine ist aus der WO 96/11338 und aus der EP 0.811.764 bekannt.
  • Eine derartige Windturbine mit einem Rotor, einer Gondel und einem Turm ist bekannt, wobei die Nabe des Rotors starr am Planetenhalter eines Planetengetriebes und nicht wie bei der konventionellen Befestigung an einer Hauptwelle befestigt ist. Ein Zahnkranz für das Planetengetriebe ist fest in einem röhrenförmigen Element der bekannten Windturbine befestigt, wobei das röhrenförmige Element starr mit dem Motorrahmen verbunden ist. Die Planetenräder des Planetenhalters arbeiten über ihre Zähne mit dem inneren Getriebeteil des Zahnkranzes zusammen, wobei der Planetenhalter mittels eines radial-axialen Rollenlagers und eines Kugellagers, die auf den jeweiligen Seiten des Zahnkranzes angeordnet sind, in dem röhrenförmigen Element drehbar angeordnet sind. Da die Planetenräder von einfacher und breiter Struktur sind und die Lager ziemlich starr sind, besteht ein hohes Risiko, dass der Rotor bricht, wenn plötzlich sehr starke Kräfte auf den Planetenhalter einwirken. Eine derartige Struktur ist für Windturbinen, die eine sehr hohe Leistung erzeugen, nicht unbedingt zufrieden stellend.
  • Kurze Beschreibung der Erfindung
  • Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Windturbine des oben genannten Typs bereitzustellen, für Windturbinen, die eine sehr hohe Leistung erzeugen, geeignet ist und die sehr kompakt ist, die jedoch gewährleistet, dass das Lager des Planetenhalters eine vorgegebene Widerstandskraft besitzt.
  • Die Windturbine gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenhalter mit mindestens zwei Sätzen Zwillingsrädern drehbar auf dem Zahnkranz montiert ist, wobei jeder Zwillingsradsatz drehbar auf eine Drehgestellwelle auf dem Planetenhalter montiert ist und dass der Planetenhalter mittels eines äußeren Radial-Axial-Lagers und durch einen axial nach hinten gerichteten Kragen, der radial über den Zahnkranz hervorspringt, drehbar auf der gekrümmten Außenseite des Zahnkranzes angeordnet ist. Infolgedessen erhält man eine sehr kompakte Struktur, und der Planetenhalter kann an jedem Planetenrad jedes Planetenradsatzes leicht nachgeben, wenn er starken Kräften auf dem auf dem Planetenhalter montierten Rotor ausgesetzt wird.
  • Gemäß der Erfindung kann jedes Planetenrad jedes Zwillingsplanetenradsatzes mittels eines Doppelkugel-Rollenlagers, vorzugsweise eines Radial-Axial-Lagers, dessen Rollen auf einer gemeinsamen Doppelkugelspur in einem äußeren Laufring des Kugellagers laufen können, auf der Drehgestellwelle montiert werden. Infolgedessen werden besonders gute Möglichkeiten bereitgestellt, dass beide Planetenräder jedes Planetenradsatzes in der Lage sind, sehr geringe seitliche Neigungen vornehmen, so dass sichergestellt ist, dass die durch die Zähne der Planetenräder übertragenen Kräfte stets gleichmäßig über die gesamte Zahnbreite verteilt werden.
  • Außerdem kann gemäß der Erfindung das äußere Radial-Axial-Rollenlager des Planetenhalters im Wesentlichen Radial gegenüber den Drehgestellen des Planetenhalters angeordnet werden, was sich als besonders vorteilhafte Struktur erwiesen hat.
  • Gemäß der Erfindung kann die Drehgestellwelle der Planetenräder jedes Zwillingsplanetenradsatzes durch eine starke Trägerplatte gestützt werden, die auf dem Planetenhalter montiert ist und die Planetenräder jedes Planetenradsatzes trennt. So erzielt man eine effiziente Stützung der einzelnen Planetenräder, auf wenn sehr starke Kräfte und Kraftmomente auf den Planetenhalter einwirken.
  • Außerdem kann gemäß der Erfindung ein Hilfsplanetengetriebe hinter dem Planetengetriebe bereitgestellt und darin eingebaut werden, um das Verhältnis der Anzahl der Umdrehungen des elektrischen Generators zur Anzahl der Umdrehungen der Rotorname zu erhöhen. Wie erwähnt ist es also möglich, dieses Verhältnis zu erhöhen.
  • Gemäß der Erfindung kann die Rotornabe am Planetenhalter befestigt werden, indem sie am Kragen des Planetenhalters verschraubt wird, wobei die Schrauben sich auch in eine äußeren Laufring im äußeren Radial-Axial-Rollenlager erstrecken, so dass eine besonders zuverlässige Befestigung des Rotors bewerkstelligt wird.
  • Gemäß der Erfindung kann der äußere Laufring im äußeren Radial-Axial-Lager des Planetenhalters versehen werden mit einem radial nach innen gerichteten Umfangsvorsprung mit zwei frustokonischen Oberflächen, die teilweise voneinander weg gerichtet sind und die äußeren Spuren für die Rollen des Lagers bilden, während ein innerer Laufring in dem Lager versehen werden kann mit einer entsprechenden Umfangsvertiefung mit zwei frustokonischen Oberflächen, die teilweise zueinander gerichtet sind und die ebenfalls Spuren für die Lagerrollen bilden. So funktioniert das Radial-Axial-Lager in einer besonders zuverlässigen Weise.
  • Außerdem kann gemäß der Erfindung der Planetenhalter im Wesentlichen topfförmig sein und mit mindestens zwei inneren, axial gerichteten Vorsprüngen versehen werden, wobei die Trägerplatte an den Vorsprüngen befestigt werden kann, zum Beispiel indem sie mittels einer am Vorsprung verschraubten Endplatte in eine Spur in dem Vorsprung gedrückt wird. So wird die Trägerplatte auf besonders effiziente und einfache Weise befestigt.
  • Gemäß der Erfindung kann das äußere Radial-Axial-Rollenlager genau hinter einem äußeren Endkragen auf dem Zahnkranz montiert werden, was bewirkt, dass das Lager des Planetenhalters an der Außenseite des Zahnkranzes verstärkt wird.
  • Schließlich kann gemäß der Erfindung jedes Planetenrad eine vorteilhafte Breite von 0,35 bis 0,45 Mal der Breite des Drehgestells aufweisen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Die Erfindung wird im Folgenden detailliert beschrieben, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen
  • 1 eine Windturbine gemäß der Erfindung zeigt,
  • 2 eine Diagrammansicht eines Teils der Gondel zeigt und darstellt, wie die Rotornabe der Windturbine mit dem Planetengetriebe der Windturbine verbunden ist, wobei ein Längsschnitt durch die Gondelt das Planetengetriebe und die angrenzenden Bereiche zeigt, und
  • 3 den zentralen Bereich von 2 in größerem Maßstab zeigt.
  • Beste Ausführungsweise der Erfindung
  • Die in 1 gezeigte Windturbine umfasst einen Rotor 1, eine Gondel 2 und einen Turm 3. Wie in 2 und 3 dargestellt, umfasst die Gondel 2 ein Planetengetriebe 4, und die Name von Rotor 1 ist starr an dem Planetenhalter 5 des Planetengetriebes 4 befestigt. Das Planetengetriebe ist mit der Welle eines nicht gezeigten elektrischen Generators verbunden oder kann damit verbunden werden. Das Planetengetriebe 4 umfasst einen Zahnkranz 7, der mit Zähnen 7a auf der radial nach innen gerichteten Seite versehen ist. Der Zahnkranz 7 ist fest an einem Gehäuseteil 8 befestigt, das wiederum starr mit einem Motorrahmen 9 in der Gondel verbunden ist. Der Zahnkranz 7 kann optional direkt an dem Motorrahmen 9 befestigt werden. Das Planetengetriebe 4 umfasst Planetenräder 17, die in einen zentral angeordneten Planetenträger 14 eingreifen, der eine röhrenförmige Verlängerung 15 aufweist. Ein Parallelgetriebe 30, das schematisch dargestellt ist, kann zwischen der röhrenförmigen Verlängerung und der nicht gezeigten Generatorwelle eingesetzt. Die Ausgangswelle des Parallelgetriebes ist bei 31 angegeben. Die Nabe 6 umfasst drei Öffnungen 16, von denen nur eine gezeigt ist, und die Rotorblätter können in diesen Öffnungen befestigt werden. Der Planetenhalter ist mittels der oben beschriebenen Planetenräder drehbar im Zahnkranz 7 befestigt. Die Planetenräder sind in Form von mindestens zwei Zwillingsplanetenradsätzen bereitgestellt, wobei ein Zwillingsplanetenradsatz 17 die Planetenräder 17a und 17b umfasst. Der zweite Zwillingsplanetenradsatz ist mit dem ersten Zwillingsplanetenradsatz identisch und geht aus der Figur nicht hervor. Jeder Zwillingsplanetenradsatz 17 ist in einem Drehgestell auf einer Drehwelle 19 montiert, die an einer starr mit dem Planetenhalter 5 verbundenen Trägerplatte 21 befestigt werden kann. Der Planetenhalter ist außerdem mittels eines äußeren Radial-Axial-Rollenlagers 27 drehbar auf der gekrümmten Außenseite 7b des Zahnkranzes 7 angeordnet. Dieses Radial-Axial-Lager 27 ist zwischen der oben genannten Außenseite 7b und einem axialen hinteren Kragen 23 auf dem Planetenhalter 5 montiert, wobei der Kragen radial über den Zahnkranz 7 hinausragt.
  • Wie dargestellt kann jedes Planetenrad 17a oder 17b jedes Planetenradsatzes mittels eines doppelten, kugelförmigen Rollenlagers 25 an der Drehgestellwelle 19 montiert werden. Das Rollenlager 25 ist vorzugsweise ein Radial-Axial-Rollenlager, dessen Rollen 25' wie in 3 dargestellt auf einer gemeinsamen kugelförmigen Spur 25'' auf einem äußeren Lagerring 25''' im Lager laufen kann. Die obigen Beschreibungen des Planetenrades 17a gelten auch für das Planetenrad 17b und eventuelle weitere Planetenräder in dem Planetengetriebe.
  • Wie gezeigt kann das Radial-Axial-Rollenlager 27 des Planetenhalterkragens 23 an eine Position auf der Außenoberfläche 7a des Zahnkranzes platziert werden, wobei die Position gegenüber dem Drehgestellt des Planetenhalter 5 liegt und ein Drehgestell durch eine Drehgestellwelle mit einem Zwillingsplanetenradsatz gebildet wird.
  • Die Trägerplatte 21 kann leicht federnd sein und wie gezeigt können die Planetenräder 17a und 17b jedes Drehgestells mithilfe der Platte 21 getrennt werden, wobei die Planetenräder auf ihren jeweiligen Seiten der Platte 21 angeordnet sind.
  • Ein Hilfsplanetengetriebe 34 kann hinter und in Verbindung mit dem Planetengetriebe 4 montiert werden, das Gehäuse des Hilfsplanetengetriebe 34 ist angegeben. Dieses Hilfsplanetengetriebe dient zum Erhöhen des Verhältnisses der Anzahl Umdrehungen der Welle des nicht gezeigten elektrischen Generators zur Anzahl der Umdrehungen der Nabe 6 des Rotors.
  • Die Rotornabe 6 kann am Planetenhalter 5 befestigt werden, indem sie am Kragen 23 des Letzteren mit mehreren Bolzen 33 verschraubt wird, die sich auch in einen äußeren Lagerring 27a im äußeren Radial-Axial-Rollenlager 27 erstrecken. Der äußere Lagerring 27a in diesem Lager kann einen radial nach innen gerichteten Umfangsvorsprung 27a' mit zwei frustokonischen Oberflächen umfassen, die teilweise voneinander weg gerichtet sind und die äußeren Spuren 27a'' für die Rollen 27a''' des Lagers bilden, während ein innerer Lagerring 27b in dem Lager eine entsprechende Umfangsvertiefung mit zwei frustokonischen Oberflächen aufweist, die teilweise zueinander gerichtet sind und ebenfalls Spuren 27b'' für die Lagerrollen 27a'' bilden.
  • Der Planetenhalter 5 kann im Wesentlichen topfförmig sein und mit mindestens zwei inneren axial gerichteten Vorsprüngen 5b versehen sein. Die Trägerplatte 21 kann an diesem axial gerichteten Vorsprung befestigt sein, indem sie beispielsweise mittels einer mit Schrauben 41 daran verschraubten Endplatte 40 in eine Spur 36 im Vorsprung gedrückt wird.
  • Sollte die Windturbine im Betriebszustand besonders hohen Windkräften ausgesetzt sein, können die Trägerplatte 21 und die Zwillingsplanetenräder 17a und 17b leicht nachgeben, wobei die Trägerplatte leicht federnd deformiert werden kann und die Rollen 25' in den Lagern der Planetenräder sich leicht auf den kugelförmigen Spuren 25'' bewegen können, da die Drehgestellwelle 19 leicht gedreht wird. Infolgedessen sind die durch die Planetenräder übertragenen Kräfte Drucklasten, die gleichmäßig über jeden Zahn an den eingreifenden Positionen verteilt werden können.
  • Die Erfindung kann auf viele Weisen modifiziert werden ohne den Bereich der Erfindung zu überschreiten.

Claims (10)

  1. Windturbine mit einem Rotor (1), einer Gondel (2) und einem Turm (3) und wobei die Gondel ein Planetengetriebe (4) mit einem Planetenhalter (5) umfasst, auf dem die Nabe (6) des Rotors starr verbunden ist, wobei das Planetengetriebe mit der Welle eines elektrischen Generators verbunden ist oder mit dieser verbunden werden kann und wobei das Planetengetriebe (4) einen Zahnkranz (7) umfasst, der fest an einem Motorrahmen (9) in der Gondel oder an einem starr mit dem Rahmen verbundenen Bauteil (8) montiert ist, und wobei die Planetenräder (14) des Planetengetriebes um einen zentral angeordneten Planetenträger (14) laufen kann, wobei die Planetenräder in den Planetenträger (14) eingreifen, der optional mit einem Parallelgetriebe (30) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenhalter (5) mithilfe von mindestens zwei Sätzen (17) Zwillingsplanetenrädern (17a, 17b) drehbar im Zahnkranz (7) montiert ist, wobei jeder Zwillingsplanetenradsatz drehbar auf einer Drehgestellwelle (19) montiert ist, die durch eine am Planetenhalter montierten Trägerplatte (21) gestützt wird, und dass der Planetenhalter (5) auf der gekrümmten Außenseite (7b) des Zahnkranzes (7) mithilfe eines äußeren Radial-Axial-Rollenlagers (28) und durch einen axial nach hinten gerichteten Kragen (25), der radial über den Zahnkranz hinausragt, drehbar angeordnet ist, wobei jedes Planetenrad jedes Zwillingsplanetenradsatzes mithilfe eines doppelten, kugelförmigen Rollenlagers (25) an der Drehgestellwelle befestigt ist.
  2. Windturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes doppelte, kugelförmige Rollenlager vorzugsweise ein Radial-Axial-Rollenlager ist, dessen Rollen (25') in einem äußeren Laufring (25''') des Lagers laufen können.
  3. Windturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Radial-Axial-Lager (27) des Planetenhalters (23) im Wesentlichen radial gegenüber den Drehgestellen (19) des Planetenhalters (5) angeordnet sind.
  4. Windturbine nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehgestellwelle (19) für die Planetenräder (17a, 17b) jedes Zwillingsplanetenradsatzes durch eine federnde Trägerplatte (21) gestützt ist, die an dem Planetenhalter (85) befestigt ist und die die Planetenräder (17a, 17b) vom Planetenradsatz trennt.
  5. Windturbine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hilfsplanetengetriebe (34) hinter und in Verbindung mit dem Planetengetriebe (4) bereitgestellt ist, wobei das Hilfsplanetengetriebe (34) das Verhältnis der Anzahl der Umdrehungen des elektrischen Generators zur Anzahl der Umdrehungen der Rotornabe (6) erhöht.
  6. Windturbine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotornabe (6) am Planetenhalter (5) befestigt ist, indem sie mit Schrauben (33) am Kragen (23) des Planetenhalters verschraubt ist, wobei sich die Schrauben auch in einen äußeren Laufring (27a) in dem äußeren Radial-Axial-Rollenlager (27) erstrecken.
  7. Windturbine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Laufring (27a) in dem äußeren Radial-Axial-Rollenlager (27) des Planetenhalters (5) einen radial nach innen gerichteten Umfangsvorsprung (27a') mit zwei frustokonischen Oberflächen (27a'') umfasst, die teilweise zueinander gerichtet sind und die die äußeren Spuren für die Rollen (27a''') des Lagers bilden, während ein innerer Laufring (27b) in dem Lager versehen ist mit einer entsprechenden Umfangsvertiefung mit zwei frustokonischen Oberflächen, die teilweise zueinander gerichtet sind und ebenfalls Spuren (27b'') für die Lagerrollen (27a''') bilden.
  8. Windturbine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenhalter (5) im Wesentlichen topfförmig ist und mit mindestens zwei inneren, axial gerichteten Vorsprüngen (5b) versehen ist, wobei die Trägerplatte (21) an den Vorsprüngen befestigt ist, indem sie beispielsweise mithilfe einer an den Vorsprüngen verschraubten Endplatte (40) in eine Spur (36) in dem Vorsprung (5b) gedrückt wird.
  9. Windturbine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Radial-Axial-Rollenlager (27) genau hinter einem äußeren Endkragen (28) auf dem Zahnkranz (7) montiert ist.
  10. Windturbine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Planetenrad eine Breite von 0,35 bis 0,45 Mal der Breite des Drehgestells hat.
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