EP2901012A1 - Getriebeeinheit mit zahnradträger - Google Patents

Getriebeeinheit mit zahnradträger

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EP2901012A1
EP2901012A1 EP13745654.7A EP13745654A EP2901012A1 EP 2901012 A1 EP2901012 A1 EP 2901012A1 EP 13745654 A EP13745654 A EP 13745654A EP 2901012 A1 EP2901012 A1 EP 2901012A1
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EP
European Patent Office
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gear
planetary stage
planetary
carrier
stage
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13745654.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jochen Witzig
Alfred Kienzle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Publication of EP2901012A1 publication Critical patent/EP2901012A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F03D7/043—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller characterised by the type of control logic
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a transmission unit according to the closer defined in the preamble of claim 1. Art.
  • gearbox for the conversion of torque and speed between transmission input and output shaft application.
  • an applied at the transmission input shaft high torque is converted at low speed in a voltage applied to the transmission output shaft reduced torque at a higher speed.
  • these transmissions can be divided into types of transmissions which have either planetary stages connected in series or planetary stages connected in parallel.
  • differential gear which usually consists of three planetary stages.
  • Such a transmission for wind turbines consists of a drive-side symmetrically constructed planetary stage, which is followed by at least one gear stage, wherein the planetary stage consists of at least two equal-sized parallel-connected power-splitter planetary gears.
  • the power-splitting planetary gears are followed by a load-compensating differential gear stage.
  • the differential gear stage is designed as a passive differential in the form of a compensating planetary gear. It performs a uniform power split on the two connected sun shafts of the planetary gears existing planetary stages.
  • the differential gear stage is designed as an active differential in the form of an axially soft mounted and opposite helical Ausretesstirnradcruung. This leads on the one hand a uniform power split at the two connected sun waves the planetary gears existing planetary stages and on the other hand involved as a gear on the overall ratio of the transmission.
  • the one sun shaft is in this case with the one Ausretesstirnrad the Ausmaschinesstirnradcruung and the other sun shaft with the other Ausretesstirnrad in operative connection.
  • a transmission for a wind turbine which has a rotor shaft, which comprises in a inner cavity a first planetary stage and a second planetary stage of a planetary gear.
  • the first planetary stage and the second planetary stage of the planetary gear are arranged with respect to a longitudinal axis serially to each other.
  • the rotor shaft is rotatably coupled to the planet carrier of the first planetary stage and the ring gear of the second planetary stage.
  • the planet gears of the second planetary stage are fixed to the housing.
  • a ring gear of the first planetary stage and a sun gear of the second planetary stage form a jointly rotatable unit.
  • a third planetary stage is integrated into a recess located radially around the longitudinal axis.
  • Third planetary gears are mounted on a radially outward Shen facing connecting ring of an inner coupling shaft to there third planet carrier pin.
  • a central shaft serves as a third sun.
  • the third planetary stage transmits the entire power at a very high speed.
  • a transmission unit in particular for a wind power plant, which has a first planetary stage on the drive side, a second planetary stage and a third planetary stage on the output side.
  • the second planetary stage is preferably arranged in the longitudinal direction of the gear unit between the drive-side first planetary stage and the output-side third planetary stage.
  • the three planetary stages are coupled to one another in such a way that a drive-side torque can be split to the first and second planetary stage and can be brought together in the third planetary stage.
  • a high gear ratio or a balanced torque distribution between the first and the second planetary stage can thus be realized either a high gear ratio or a balanced torque distribution between the first and the second planetary stage.
  • the first and second planetary stage can be made more compact, since they have to withstand a lower torque, so that the dimensions of the gear unit can be reduced.
  • the three planetary stages have a common gear carrier. This is rotatably mounted about a rotational axis of the gear unit. Thus, a transmission unit can be created, which allows both the distribution of an input torque to several planetary stages with high translation and limited space.
  • a gear carrier may also be a shaft which rotatably with at least two elements.
  • the gear carrier forms or comprises a sun gear, a ring gear or a planet carrier of the respective planetary stage.
  • a coupling of the three planetary stages can be realized in the smallest space.
  • the gear carrier for forming at least one of the ring gears has an internal toothing and / or to form the sun gear on an external toothing.
  • the gear carrier can be made very inexpensive.
  • a substantially uniform distribution of the drive-side torque to the first and second planetary gear with high translation can be ensured if the second planetary gear is coupled by means of the gear carrier with the first and third planetary stage such that a einleitbares in the second planetary partial torque on the first and third planetary level is divisible. Furthermore, a transmission unit can thereby be created, which has a very low volume.
  • the gear carrier rotatably coupled to the sun gear of the second planetary stage, the ring gear of the first planetary stage and the ring gear of the third planetary stage with each other.
  • the introduced into the second planetary stage partial torque is transmitted at an increased speed to the central sun gear of the second planetary stage, which in turn due to the rotationally fixed coupling means of the Gear carrier, preferably in equal parts, is divided on the two ring gears of each first and third planetary stage.
  • the transmission unit can be designed to save space.
  • the production costs of sun gear, ring gear and / or planet carrier of the three planetary stages are connected.
  • a device Under a planetary stage, a device is understood, which comprises at least one sun gear, a ring gear and a planet carrier, wherein on the planet carrier at least one rotatable planetary gear is arranged, which meshes with the sun gear and the ring gear.
  • the sun gear, the ring gear and the planet carrier have, when they are rotatably mounted, the same axis of rotation. Reduced transmission unit, since the design complexity is greatly reduced compared to known solutions.
  • the manufacturing costs of the gear unit can be reduced in particular when the gear carrier is formed in one piece.
  • the gear carrier in this case is a casting.
  • the gear carrier can also be designed in several parts, in particular two or three parts, whereby the assembly and disassembly of the planetary stages is facilitated.
  • the individual parts of the gear carrier are preferably connected to each other in a material, positive and / or non-positive manner. In order to ensure a releasable coupling of the individual parts of the gear carrier, it is advantageous if they are connected to each other by means of fastening means, in particular screws, bolts and / or grooves.
  • the gear carrier has only two bearings.
  • the axial space of the transmission unit can be reduced.
  • the manufacturing costs of the gear unit are reduced because expensive bearings are saved.
  • the first of the two bearings in the region of one of the first planetary stage associated end and the second bearing in the region of the third planetary gear associated end of the gear carrier is arranged. This eliminates expensive bearings in the connection area between two individual parts of the gear carrier.
  • the gear unit thus becomes more compact in the axial direction. Furthermore, it can be made cheaper and made more robust, since additional error-prone and expensive storage can be saved.
  • the gear carrier is designed as a hollow shaft.
  • the trained as a solid shaft sun gear of the first Planet stage at least partially extend into the hollow shaft, whereby the overall volume of the gear unit is reduced.
  • the gear carrier in the region of its two ends in each case an internal toothing, whereby the ring gear of the first and third planetary stage is formed.
  • the transmission unit can be implemented structurally simple. Furthermore, the overall volume of the transmission unit is reduced.
  • the transmission unit can be made very compact, since the first and second planetary stage each has to withstand a lower torque.
  • the sun gear of the first planetary stage is coupled to the planet carrier of the third planetary stage.
  • the rotational speed of the sun gear of the third planetary stage which is designed in particular as an output shaft, can be greatly increased, as a result of which the efficiency of the wind power plant provided therefor can be increased.
  • the third planetary stage in particular by means of its sun gear, is coupled to a spur gear stage.
  • the spur gear can be designed such that the gear unit can be used in high-speed applications in wind turbines.
  • the designated generator is operated at a rated speed of about 1550 1 / min.
  • the spur gear stage can also be designed as a medium-speed application, in which a larger generator with a significantly lower generator speed of about 450 1 / min is used.
  • the advantages of the compact design, the robustness at the same time high translation options come fully to fruition.
  • Fig. 1 is a schematic half-view of a transmission unit with three planetary stages, which are coupled by means of a common rotatably mounted gear carrier.
  • FIG. 1 shows a transmission unit 1, which comprises three planetary stages 2, 3, 4.
  • the first planetary stage 2 is arranged on the drive side and the third planetary stages 4 on the output side in the transmission unit 1.
  • the second planetary stage 3 is formed in a region between these two planetary stages 2, 4.
  • the planetary stages 2, 3, 4 each have a central sun gear 5, 6, 7, a ring gear 8, 9, 10 spaced therefrom in the radial direction and in the region between these two rotatably mounted planet gears 11, 12, 13.
  • the planet gears 1 1, 12, 13 are held in each of the planetary stages 2, 3, 4 in each case a planet carrier 14, 15, 1 6 in the radial direction and / or out in the circumferential direction of the transmission unit 1.
  • the first, second and third planetary stage 2, 3, 4 are coupled to each other such that a drive-side torque to the first and second planetary stage 2, 3 divisible and in the third planetary stage 4 is merge.
  • the gear unit 1 on the drive side a drive shaft 17.
  • This is rotatably coupled to the first planet carrier 14 of the first planetary stage 2 and the second ring gear 9 of the second planetary stage 3.
  • the drive-side torque is thus distributed to the first planetary carrier 14 and to the second ring gear 9 in such a way that a reduced partial torque is applied to each of these two compared to the drive-side torque.
  • the first and second planetary stages 2, 3 can be made more compact, since both have to withstand lower torque.
  • the second planet carrier 12 of the second planetary stage 3 is stationary. For this purpose, this is connected to a housing of the transmission unit 1, not shown here, or formed integrally therewith.
  • the second sun gear 6 of the second planetary stage 3 has a first coupling 18 with the first planetary stage 2 and a second coupling 19 with the third planetary stage 4.
  • the divisional torque which can be introduced into the second planetary stage 3 is hereby additionally split between the first and third planetary stages 2, 4.
  • the first and second coupling 18, 19 is in the present case implemented in the form of a gear carrier 20.
  • the gear carrier 20 in each case comprises a sun gear, a planet carrier and / or a ring gear of the three planetary stages 2, 3, 4.
  • the gear carrier 20 forms the second sun gear 6 of the second planetary stage 3, the first ring gear 8 of the first planetary stage 2 and the third ring gear 10 of the third planetary stage 4.
  • the first ring gear 8, the second sun gear 6 and the third ring gear 10 are formed as a rotationally fixed to each other coupled unit.
  • the gear carrier 20 is rotatably supported, so that the first ring gear 8, the second sun gear 6 and the third ring gear 10 are able to rotate together about a longitudinal axis of the gear unit 1.
  • the gear carrier 20 may be formed in one or more parts. In a one-piece embodiment of the gear carrier 20, this is preferably a casting. If the gear carrier 20 alternatively comprises a plurality of parts, the first ring gear 8 and the first coupling 18 preferably form a first part of the gear carrier 20 and the third ring gear 10 with the second coupling 19 form a second part of the gear carrier 20.
  • the second sun gear 6 may be formed as a third part of the gear carrier 20 or alternatively be mitst encompassed by one of the two aforementioned parts. But it is also conceivable any other grouping, which is particularly suitable for facilitating the assembly and disassembly of the transmission unit 1.
  • the gear carrier 20 is formed as a hollow shaft 21.
  • the gear carrier 20 In the region of its first planetary gear 2 associated with the first end 22 and in the region of its third planetary gear 4 associated second end 23, the gear carrier 20 each have an internal toothing, by means of which the first ring gear 8 and the third ring gear 10 is formed.
  • the gear carrier 20 In the area between the first and second end 22, 23, the gear carrier 20 has an outer toothing, by means of which the second sun gear 6 of the second planetary stage 3 is formed.
  • the gear carrier 20 preferably has only two bearings.
  • the two bearings, not shown in Figure 1 are each arranged in the region of one of the two ends 22, 23 of the gear carrier 20.
  • expensive and error-prone bearings of the second sun gear 6 can be saved.
  • the transmission unit 1 becomes cheaper to manufacture and also has a lower susceptibility to failure.
  • the first sun gear 5 of the first planetary stage 2 is rotatably coupled to the third planet carrier 1 6 of the third planetary stage 4.
  • the third sun gear 7 of the third planetary stage 4 is coupled on the output side with an output shaft 25 or alternatively designed as such.
  • the drive-side torque is introduced via the drive shaft 17 in the transmission unit 1 and divided due to the rotationally fixed coupling of the drive shaft 17 with the first planet carrier 14 and the second ring gear 9 to the first and second planetary stage 2, 3.
  • the thereby set in rotation second ring gear 9 of the second planetary stage 3 drives the fixed in the circumferential direction of the gear unit 1 second planetary gear 12 at. This in turn meshes with the second sun gear 6, so that this is offset in a direction opposite to the drive shaft 17 rotation.
  • the first ring gear 8 of the first planetary stage 2 Due to the first and second coupling 18, 19, the first ring gear 8 of the first planetary stage 2, the second sun gear 6 of the second planetary stage 3 and the third ring gear 10 of the third planetary gear 4 rotatably coupled to each other in a direction opposite to the drive shaft 17 rotational direction. A portion of the introduced into the second planetary stage 3 partial torque is thus returned by means of the first coupling 18 and the common gear carrier 20 in the first planetary stage 2. Since the first planetary carrier 14 and the first ring gear 8 rotate in opposite directions, the rotational speed of the first planetary gear 1 1 or of the first sun gear 5 meshing therewith is increased. The first sun gear 5 thus rotates at an increased speed in the same direction as the drive shaft 17th
  • the gear carrier 20 and the first sun gear 5 thus rotate in opposite directions to each other.
  • the solid shaft 24 passes due to the coupling with the third planetary carrier 1 6 a rotational direction corresponding to the direction of rotation of the drive shaft 17 with increased speed and reduced torque in the third Plane level 4.
  • the second planetary stage 3 by means of the second coupling 19, initiates a rotational movement with increased rotational speed and reduced torque, opposite to the drive shaft 17, into the third planetary stage 4 in the region of the third ring gear 10. Due to the mutually opposite rotation of the third planet carrier 16 and the third ring gear 10, the rotational speed of the third planetary gear 13 and the third sun gear 7 meshing therewith is additionally increased. The thus converted torque is removed via the wear shaft 25 from the transmission unit 1.
  • the third planetary stage 4 thus acts as a differential gear stage, which again brings together the two divided on the first and second planetary stage 2, 3 partial torques.
  • the gear unit 1 thus enables the distribution of the very high drive-side torque on several planetary stages with high translation in the smallest space.
  • the gear unit 1 may have a spur gear, not shown here, which is coupled to the output shaft 25.
  • the transmission unit 1 can be used in so-called high-speed applications in wind turbines. Here, a connected generator is operated at a rated speed of about 1550 1 / min. Alternatively, the transmission unit 1 can also be used in medium speed applications where a larger generator is used at a significantly lower generator speed of about 450 rpm. In both variants, the advantages mentioned come fully into play.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Getriebeeinheit (1), insbesondere für eine Windkraftanlage, mit einer antriebsseitigen ersten Planetenstufe (2), einer zweiten Planetenstufe (3) und einer abtriebsseitigen dritten Planetenstufe (4), die derart miteinander gekoppelt sind, dass ein antriebsseitiges Drehmoment auf die erste und zweite Planetenstufe (2; 3) aufteilbar und in der dritten Planetenstufe (4) zusammenführbar ist. Erfindungsgemäß weisen die Planetenstufen (2; 3; 4) einen gemeinsamen Zahnradträger (20) auf, der um eine Drehachse der Getriebeeinheit (1) drehbar gelagert ist.

Description

Getriebeeinheit mit Zahnradträqer
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Getriebeeinheit gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Insbesondere bei Windkraftanlagen finden Getriebe zur Wandlung des Drehmoments und der Drehzahl zwischen Getriebeeingangs- und Getriebeausgangswelle Anwendung. Hierbei wird ein an der Getriebeeingangswelle anliegendes hohes Drehmoment mit geringer Drehzahl in ein an der Getriebeausgangswelle anliegendes reduziertes Drehmoment mit höherer Drehzahl gewandelt. Grundsätzlich lassen sich diese Getriebe in Getriebearten einteilen, die entweder seriell hintereinander geschaltete Planetenstufen oder parallel geschaltete Planetenstufen aufweisen. In die letztgenannte Kategorie fällt das sogenannte Differenzialgetriebe, das in der Regel aus drei Planetenstufen besteht. Durch geeignete Kopplung der ersten beiden Stufen lässt sich eine günstige Drehmomentenaufteilung auf diese beiden Planetenstufen realisieren. Die Summati- on in der dritten Planetenstufe erlaubt eine Leistungszusammenführung und einhergehend damit eine entsprechende Darstellung eines hohen Übersetzungsbereichs.
Aus der EP 1 240 443 B1 ist ein derartiges Getriebe für Windkraftanlagen bekannt. Es besteht aus einer antriebsseitigen symmetrisch aufgebauten Planetenstufe, der mindestens eine Getriebestufe nachgeschalten ist, wobei die Planetenstufe aus mindestens zwei gleichdimensionierten parallelgeschalteten leistungsverzweigenden Planetengetrieben besteht. Den leistungsverzweigenden Planetengetrieben ist eine lastausgleichende Differenzialgetriebestufe nachgeschaltet. Die Differenzialgetriebestufe ist als passives Differenzial in Form eines Ausgleichsplanetengetriebes ausgebildet. Sie führt eine gleichmäßige Leistungsverzweigung an den beiden angeschlossenen Sonnenwellen der aus den Planetengetrieben bestehenden Planetenstufen aus. Hierbei steht die eine Sonnenwelle mit dem Sonnenrad und die andere Sonnenwelle mit dem Hohlrad der Differenzialgetriebestufe in Wirkverbindung, wobei der Planetenträger der Differenzialgetriebestufe den Abtrieb ausbildet. Alternativ ist die Differenzialgetriebestufe als aktives Differenzial in Form einer axialweich gelagerten und entgegengesetzt schrägverzahnten Ausgleichsstirnradpaarung ausgebildet. Diese führt einerseits eine gleichmäßige Leistungsverzweigung an den beiden angeschlossenen Sonnenwellen der aus den Planetengetrieben bestehenden Planetenstufen aus und ist andererseits als Getriebestufe an der Gesamtübersetzung des Getriebes beteiligt. Die eine Sonnenwelle steht hierbei mit dem einen Ausgleichsstirnrad der Ausgleichsstirnradpaarung und die andere Sonnenwelle mit deren anderem Ausgleichsstirnrad in Wirkverbindung.
Ferner ist aus der WO 2008/104258 A1 ein Getriebe für eine Windkraftanlage bekannt, die eine Rotorwelle aufweist, welche in einem inneren Hohlraum eine erste Planetenstufe und eine zweite Planetenstufe eines Planetengetriebes umfasst. Die erste Planetenstufe und die zweite Planetenstufe des Planetengetriebes liegen hinsichtlich einer Längsachse seriell zueinander angeordnet. Die Rotorwelle ist mit dem Planetenträger der ersten Planetenstufe und dem Hohlrad der zweiten Planetenstufe drehfest gekoppelt. Die Planetenräder der zweiten Planetenstufe sind mit dem Gehäuse feststehend ausgebildet. Ein Hohlrad der ersten Planetenstufe und ein Sonnenrad der zweiten Planetenstufe bilden eine gemeinsam drehbare Einheit. Radial innerhalb einer Drehmomentstütze ist eine dritte Planetenstufe in eine radial um die Längsachse herum liegende Aussparung integriert. Dritte Planetenräder sind an einem radial nach au ßen weisenden Anschlussring einer inneren Koppelwelle an dortigen dritten Planetenträgerbolzen gelagert. Eine Zentralwelle dient als dritte Sonne. Die dritte Planetenstufe überträgt die gesamte Leistung mit einer sehr hohen Drehzahl.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine vielseitig einsetzbares Getriebe bereitzustellen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Zeichnung.
Es wird eine Getriebeeinheit, insbesondere für eine Windkraftanlage, vorgeschlagen die eine antriebsseitig erste Planetenstufe, eine zweite Planetenstufe und eine abtriebsseitig dritte Planetenstufe aufweist. Die zweite Planetenstufe ist vorzugsweise in Längsrichtung der Getriebeeinheit zwischen der antriebsseitigen ersten Planetenstufe und der abtriebsseitigen dritten Planetenstufe angeordnet. Die drei Planetenstufen sind derart miteinander gekoppelt, dass ein antriebsseitiges Drehmoment auf die erste und zweite Planetenstufe aufteilbar und in der dritten Planetenstufe zusammenführbar ist. Abhängig von den gewählten Zähnezahlverhältnissen kann somit entweder eine hohe Übersetzung oder eine ausgeglichene Drehmomentenaufteilung zwischen der ersten und der zweiten Planetenstufe realisiert werden. Aufgrund der Aufteilung des antriebs- seitigen Drehmoments können die erste und zweite Planetenstufe kompakter ausgebildet sein, da sie einem geringeren Drehmoment standhalten müssen, so dass die Abmaße der Getriebeeinheit reduziert werden. Die drei Planetenstufen weisen einen gemeinsamen Zahnradträger auf. Dieser ist um eine Drehachse der Getriebeeinheit drehbar gelagert ausgebildet. Somit kann eine Getriebeeinheit geschaffen werden, die sowohl die Aufteilung eines Eingangsdrehmomentes auf mehrere Planetenstufen bei gleichzeitig hoher Übersetzung und beschränktem Bauraum ermöglicht. Ein solcher Zahnradträger kann auch eine Welle sein, welche drehfest mit zumindest zwei Elementen.
Vorteilhaft ist es, wenn der Zahnradträger ein Sonnenrad, ein Hohlrad oder einen Planetenträger der jeweiligen Planetenstufe ausbildet oder umfasst. Somit kann mit konstruktiv einfachen Mitteln eine Kopplung der drei Planetenstufen auf kleinstem Bauraum realisiert werden. Vorzugsweise weist der Zahnradträger zur Ausbildung zumindest eines der Hohlräder eine Innenverzahnung und/oder zur Ausbildung des Sonnenrades eine Außenverzahnung auf. Somit kann der Zahnradträger sehr kostengünstig hergestellt werden.
Eine im Wesentlichen gleichmäßige Aufteilung des antriebsseitigen Drehmoments auf die erste und zweite Planetenstufe bei gleichzeitig hoher Übersetzung kann sichergestellt werden, wenn die zweite Planetenstufe mittels des Zahnradträgers derart mit der ersten und dritten Planetenstufe gekoppelt ist, dass ein in die zweite Planetenstufe einleitbares Teildrehmoment auf die erste und dritte Planetenstufe aufteilbar ist. Ferner kann hierdurch eine Getriebeeinheit geschaffen werden, die ein sehr geringes Bauvolumen aufweist.
Vorteilhaft ist es, wenn der Zahnradträger das Sonnenrad der zweiten Planetenstufe, das Hohlrad der ersten Planetenstufe und das Hohlrad der dritten Planetenstufe drehfest miteinander koppelt. Somit wird das in die zweite Planetenstufe eingeleitete Teildrehmoment mit erhöhter Drehzahl auf das zentrale Sonnenrad der zweiten Planetenstufe übertragen, das dann wiederum aufgrund der drehfesten Kopplung mittels des Zahnradträgers, vorzugsweise zu gleichen Teilen, auf die beiden Hohlräder der jeweils ersten und dritten Planetenstufe aufgeteilt wird. Hierdurch kann die Getriebeeinheit sehr bauraumsparend ausgebildet werden. Des Weiteren werden die Herstellungskosten der wie Sonnenrad, Hohlrad und/oder Planetenträger der drei Planetenstufen verbunden ist. Unter einer Planetenstufe wird eine Vorrichtung verstanden, welche zumindest ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Planetenträger umfasst, wobei an dem Planetenträger zumindest ein drehbares Planetenrad angeordnet ist, welches mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad kämmt. Das Sonnenrad, das Hohlrad und der Planetenträger weisen, wenn sie drehbar gelagert sind, dieselbe Drehachse auf. Getriebeeinheit reduziert, da der konstruktive Aufwand im Vergleich zu bekannten Lösungen stark reduziert ist.
Die Herstellungskosten der Getriebeeinheit können insbesondere dann reduziert werden, wenn der Zahnradträger einteilig ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der Zahnradträger in diesem Fall ein Gussteil. Alternativ kann der Zahnradträger aber auch mehrteilig ausgebildet sein, insbesondere zwei- oder dreiteilig, wodurch die Montage sowie Demontage der Planetenstufen erleichtert wird. Die Einzelteile des Zahnradträgers sind vorzugsweise Stoff-, form- und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden. Um eine lösbare Kopplung der Einzelteile des Zahnradträgers sicherzustellen, ist es vorteilhaft, wenn diese mittels Befestigungsmitteln, insbesondere Schrauben, Bolzen und/oder Nuten, miteinander verbunden sind.
Auch ist es vorteilhaft, wenn der Zahnradträger nur zwei Lagerungen aufweist. Somit kann der axiale Bauraum der Getriebeeinheit reduziert werden. Ferner werden die Herstellungskosten der Getriebeeinheit verringert, da teuere Lagerungen eingespart werden. Vorzugsweise ist die erste der beiden Lagerungen im Bereich eines der ersten Planetenstufe zugeordneten Endes und die zweite Lagerung im Bereich eines der dritten Planetenstufe zugeordneten Endes des Zahnradträgers angeordnet. Somit entfallen teuere Lagerungen im Verbindungsbereich zwischen zweier Einzelteile des Zahnradträgers. Die Getriebeeinheit wird somit in Axialrichtung kompakter. Ferner kann sie günstiger hergestellt sowie robuster ausgebildet werden, da zusätzliche fehleranfällige und teuere Lagerungen eingespart werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Zahnradträger als Hohlwelle ausgebildet. Somit kann sich das als Vollwelle ausgebildete Sonnenrad der ersten Planetenstufe zumindest teilweise in die Hohlwelle erstrecken, wodurch das Bauvolumen der Getriebeeinheit reduziert wird. Vorzugsweise weist der Zahnradträger im Bereich seiner beiden Enden jeweils eine Innenverzahnung auf, wodurch das Hohlrad der ersten und dritten Planetenstufe ausgebildet ist. Hierdurch kann die Getriebeeinheit konstruktiv einfach umgesetzt werden. Ferner wird das Bauvolumen der Getriebeeinheit reduziert.
Vorteilhaft ist es, wenn das antriebsseitige Drehmoment auf den Planetenträger der ersten Planetenstufe und das Hohlrad der zweiten Planetenstufe aufteilbar ist. Somit kann die Getriebeeinheit sehr kompakt ausgebildet werden, da die erste und zweite Planetenstufe jeweils einem geringeren Drehmoment standhalten muss.
Um eine möglichst hohe Drehzahl bereitstellten zu können, ist es vorteilhaft, wenn das Sonnenrad der ersten Planetenstufe mit dem Planetenträger der dritten Planetenstufe gekoppelt ist. Hierdurch kann die Drehzahl des, insbesondere als Abtriebswelle ausgebildeten Sonnenrades der dritten Planetenstufe stark erhöht werden, wodurch wiederum der Wirkungsgrad der dafür vorgesehenen Windkraftanlage erhöht werden kann.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die dritte Planetenstufe, insbesondere mittels ihres Sonnenrades, mit einer Stirnradstufe gekoppelt ist. Hierdurch kann eine zusätzliche Erhöhung der Nenndrehzahl erfolgen. Die Stirnradstufe kann derart ausgebildet sein, dass die Getriebeeinheit bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen in Windenergieanlagen einsetzbar ist. Hierbei wird der dafür vorgesehene Generator mit einer Nenndrehzahl von etwa 1550 1 /min betrieben. Alternativ kann die Stirnradsstufe aber auch als Mittelgeschwindigkeitsanwendung ausgebildet sein, bei der ein größerer Generator mit einer deutlich geringeren Generatordrehzahl von etwa 450 1 /min eingesetzt wird. Bei beiden Ausführungsformen kommen die Vorteile der kompakten Bauform, der Robustheit bei zugleich hohen Übersetzungsmöglichkeiten voll zum Tragen.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Halbdarstellung einer Getriebeeinheit mit drei Planetenstufen, die mittels eines gemeinsamen drehbar gelagerten Zahnradträgers gekoppelt sind.
Figur 1 zeigt eine Getriebeeinheit 1 , die drei Planetenstufen 2, 3, 4 umfasst. Die erste Planetenstufe 2 ist antriebsseitig und die dritte Planetenstufen 4 abtriebsseitig in der Getriebeeinheit 1 angeordnet. Die zweite Planetenstufe 3 ist in einem Bereich zwischen diesen beiden Planetenstufen 2, 4 ausgebildet. Die Planetenstufen 2, 3, 4 weisen jeweils ein zentrales Sonnenrad 5, 6, 7, ein dieses umgebendes in Radialrichtung be- abstandetes Hohlrad 8, 9, 10 sowie im Bereich zwischen diesen beiden drehbar gelagerte Planetenräder 1 1 , 12, 13 auf. Die Planetenräder 1 1 , 12, 13 sind in jeder der Planetenstufen 2, 3, 4 in jeweils einem Planetenträger 14, 15, 1 6 in Radialrichtung gehalten und/oder in Umfangsrichtung der Getriebeeinheit 1 geführt. Die erste, zweite und dritte Planetenstufe 2, 3, 4 sind derart miteinander gekoppelt, dass ein antriebsseitiges Drehmoment auf die erste und zweite Planetenstufe 2, 3 aufteilbar und in der dritten Planetenstufe 4 zusammenführbar ist. Hierfür weist die Getriebeeinheit 1 antriebsseitig eine Antriebswelle 17 auf. Diese ist mit dem ersten Planetenträger 14 der ersten Planetenstufe 2 und dem zweiten Hohlrad 9 der zweiten Planetenstufe 3 drehfest gekoppelt. Das antriebsseitige Drehmoment wird somit auf den ersten Planetenträger 14 und auf das zweite Hohlrad 9 derart aufgeteilt, dass an diesen beiden jeweils ein im Vergleich zum antriebsseitigen Drehmoment reduziertes Teildrehmoment anliegt. Infolgedessen kann die erste und zweite Planetenstufe 2, 3 kompakter ausgebildet werden, da beide einem geringeren Drehmoment standhalten müssen.
Der zweite Planetenträger 12 der zweiten Planetenstufe 3 ist feststehend ausgebildet. Hierfür ist dieser mit einem hier nicht dargestellten Gehäuse der Getriebeeinheit 1 verbunden oder mit diesem einteilig ausgebildet. Das zweite Sonnenrad 6 der zweiten Planetenstufe 3 weist eine erste Kopplung 18 mit der ersten Planetenstufe 2 und eine zweite Kopplung 19 mit der dritten Planetenstufen 4 auf. Das in die zweite Planetenstufe 3 einleitbare Teildrehmoment wird hierdurch zusätzlich auf die erste und dritte Planetenstufe 2, 4 aufgeteilt. Die erste und zweite Kopplung 18, 19 ist vorliegend in Form eines Zahnradträgers 20 umgesetzt. Der Zahnradträger 20 umfasst jeweils ein Sonnenrad, einen Planetenträger und/oder ein Hohlrad der drei Planetenstufen 2, 3, 4. Im vor- liegenden Ausführungsbeispiel bildet der Zahnradträger 20 das zweite Sonnenrad 6 der zweiten Planetenstufe 3, das erste Hohlrad 8 der ersten Planetenstufe 2 und das dritte Hohlrad 10 der dritten Planetenstufe 4 aus. Hierdurch ist das erste Hohlrad 8, das zweite Sonnenrad 6 und das dritte Hohlrad 10 als drehfest miteinander gekoppelte Einheit ausgebildet. Der Zahnradträger 20 ist drehbar gelagert, so dass sich das erste Hohlrad 8, das zweite Sonnenrad 6 und das dritte Hohlrad 10 gemeinsam um eine Längsachse der Getriebeeinheit 1 zu drehen vermögen.
Der Zahnradträger 20 kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Bei einer einteiligen Ausführung des Zahnradträges 20 ist dieser vorzugsweise ein Gussteil. Weist der Zahnradträger 20 alternativ mehrere Teile auf, so bildet vorzugsweise das erste Hohlrad 8 und die erste Kopplung 18 einen ersten Teil des Zahnradträgers 20 und das dritte Hohlrad 10 mit der zweiten Kopplung 19 einen zweiten Teil des Zahnradträ- gers 20. Das zweite Sonnenrad 6 kann als drittes Teil des Zahnradträgers 20 ausgebildet sein oder alternativ von einem der beiden zuvor genannten Teile mitumfasst sein. Es ist aber auch jegliche andere Gruppierung vorstellbar, die insbesondere dafür geeignet ist, die Montage bzw. Demontage der Getriebeeinheit 1 zu erleichtern.
Gemäß Figur 1 ist der Zahnradträger 20 als Hohlwelle 21 ausgebildet. Im Bereich seines der ersten Planetenstufe 2 zugeordneten ersten Endes 22 und im Bereich seines der dritten Planetenstufe 4 zugeordneten zweiten Endes 23 weist der Zahnradträger 20 jeweils eine Innenverzahnung auf, mittels derer das erste Hohlrad 8 bzw. das dritte Hohlrad 10 ausgebildet ist. Im Bereich zwischen dem ersten und zweiten Ende 22, 23 weist der Zahnradträger 20 eine Außenverzahnung auf, mittels derer das zweite Sonnenrad 6 der zweiten Planetenstufe 3 ausgebildet ist. Der Zahnradträger 20 weist vorzugsweise nur zwei Lagerungen auf. Die beiden in Figur 1 nicht dargestellten Lagerungen sind jeweils im Bereich eines der beiden Enden 22, 23 des Zahnradträgers 20 angeordnet. Hierdurch können insbesondere im Bereich der dritten Planetenstufe 4 teuere und fehleranfällige Lagerungen des zweiten Sonnenrades 6 eingespart werden. Infolgedessen wird die Getriebeeinheit 1 günstiger in der Herstellung und weist überdies hinaus eine geringere Fehleranfälligkeit auf.
Das erste Sonnenrad 5 der ersten Planetenstufe 2 ist mit dem dritten Planetenträger 1 6 der dritten Planetenstufe 4 drehfest gekoppelt. Hierfür ist das erste Sonnenrad 5 als Vollwelle 24 ausgebildet die sich durch den als Hohlwelle 21 ausgebildeten Zahnradträger 20 hindurch erstreckt. Hierdurch kann eine besonders bauraumsparende und konstruktiv einfache Umsetzung der Getriebeeinheit 1 realisiert werden. Das dritte Sonnenrad 7 der dritten Planetenstufe 4 ist abtriebsseitig mit einer Abtriebswelle 25 gekoppelt oder alternativ als solche ausgebildet.
Mit der in Figur 1 dargestellten Getriebeeinheit 1 ist es möglich den Leistungsund Übersetzungsanforderungen moderner Windkraftanlagen gerecht zu werden. Demnach ist mittels des vorliegenden Kopplungskonzeptes eine im Wesentlichen ausgeglichene Aufteilung des antriebsseitigen Drehmomentes auf die erste und zweite Planetenstufe 2, 3 möglich.
Beim Betrieb der Getriebeeinheit wird das antriebsseitige Drehmoment über die Antriebswelle 17 in die Getriebeeinheit 1 eingeleitet und aufgrund der drehfesten Kopplung der Antriebswelle 17 mit dem ersten Planetenträger 14 und dem zweiten Hohlrad 9 auf die erste und zweite Planetenstufe 2, 3 aufgeteilt. Das hierdurch in Rotation versetzte zweite Hohlrad 9 der zweiten Planetenstufe 3 treibt das in Umfangsrichtung der Getriebeeinheit 1 feststehende zweite Planetenrad 12 an. Diese kämmt wiederum mit dem zweiten Sonnenrad 6 ein, so dass dieses in eine zur Antriebswelle 17 entgegengesetzte Rotation versetzt wird. Aufgrund der ersten und zweiten Kopplung 18, 19 drehen sich das erste Hohlrad 8 der ersten Planetenstufe 2, das zweite Sonnenrad 6 der zweiten Planetenstufe 3 und das dritte Hohlrad 10 der dritten Planetenstufe 4 drehfest miteinander gekoppelt in eine zur Antriebswelle 17 entgegengesetzte Rotationsrichtung. Ein Teil des in die zweite Planetenstufe 3 eingeleiteten Teildrehmoments wird somit mittels der ersten Kopplung 18 bzw. des gemeinsamen Zahnradträgers 20 in die erste Planetenstufe 2 zurückgeführt. Da der erste Planetenträger 14 und das erste Hohlrad 8 in entgegengesetzte Richtungen drehen, wird die Drehzahl des ersten Planetenrades 1 1 bzw. des damit einkämmenden ersten Sonnenrades 5 erhöht. Das erste Sonnenrad 5 dreht sich somit mit erhöhter Drehzahl in die gleich Drehrichtung wie die Antriebswelle 17.
Der Zahnradträger 20 und das erste Sonnenrad 5 drehen sich somit zueinander in entgegengesetzte Richtungen. Die Vollwelle 24 leitet aufgrund der Kopplung mit dem dritten Planetenträger 1 6 eine der Drehrichtung der Antriebswelle 17 entsprechende Drehbewegung mit erhöhter Drehzahl und reduziertem Drehmoment in die dritte Plane- tenstufe 4 ein. Zusätzlich leitet die zweite Planetenstufe 3 mittels der zweiten Kopplung 19 eine zur Antriebswelle 17 entgegengesetzte Drehbewegung mit erhöhter Drehzahl und reduzierten Drehmoment in die dritte Planetenstufe 4 im Bereich des dritten Hohlrades 10 ein. Aufgrund der zueinander entgegengesetzten Rotation des dritten Planetenträgers 16 und des dritten Hohlrades 10 wird die Drehzahl des dritten Planetenrades 13 bzw. des damit einkämmenden dritten Sonnenrades 7 zusätzlich erhöht. Das somit gewandelte Drehmoment wird über die Abriebswelle 25 aus der Getriebeeinheit 1 abgeführt. Die dritte Planetenstufe 4 wirkt somit als Differenzialgetriebestufe, die wieder die beiden auf die erste und zweite Planetenstufe 2, 3 aufgeteilten Teildrehmomente zusammenführt. Die Getriebeeinheit 1 ermöglicht somit die Aufteilung des sehr hohen an- triebsseitigen Drehmomentes auf mehrere Planetenstufen bei gleichzeitig hoher Übersetzung auf kleinstem Bauraum.
Zusätzlich kann die Getriebeeinheit 1 eine hier nicht dargestellte Stirnradstufe aufweisen, die mit der Abtriebswelle 25 gekoppelt ist. Somit kann die Getriebeeinheit 1 in sogenannten Hochgeschwindigkeitsanwendungen in Windenergieanlagen eingesetzt werden. Hierbei wird ein angeschlossener Generator mit einer Nenndrehzahl von etwa 1550 1/min betrieben. Alternativ kann die Getriebeeinheit 1 auch in Mittelgeschwindigkeitsanwendungen Verwendung finden, bei denen ein größerer Generator mit einer deutlich geringeren Generatordrehzahl von etwa 450 1 /min verwendet wird. Bei beiden Varianten kommen die genannten Vorteile voll zum Tragen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn diese in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind. Bezuqszeichen
Getriebeeinheit
erste Planetenstufe
zweite Planetenstufe
dritte Planetenstufe
erstes Sonnenrad
zweites Sonnenrad
drittes Sonnenrad
erstes Hohlrad
zweites Hohlrad
drittes Hohlrad
erstes Planetenrad
zweites Planetenrad
drittes Planetenrad
erster Planetenträger
zweiter Planetenträger
dritter Planetenträger
Antriebswelle
erste Kopplung
zweite Kopplung
Zahnradträger
Hohlwelle
erstes Ende
zweites Ende
Vollwelle
Abtriebswelle

Claims

Patentansprüche
1 . Getriebeeinheit (1 ), insbesondere für eine Windkraftanlage, mit einer antriebs- seitigen ersten Planetenstufe (2), einer zweiten Planetenstufe (3) und einer abtriebssei- tigen dritten Planetenstufe (4), die derart miteinander gekoppelt sind, dass ein antriebs- seitiges Drehmoment auf die erste und zweite Planetenstufe (2; 3) aufteilbar und in der dritten Planetenstufe (4) zusammenführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenstufen (2; 3; 4) einen gemeinsamen Zahnradträger (20) aufweisen, der um eine Drehachse der Getriebeeinheit (1 ) drehbar gelagert ist.
2. Getriebeeinheit nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnradträger (20) ein Sonnenrad (5; 6; 7), ein Hohlrad (8; 9; 10) oder einen Planetenträger (14; 15; 1 6) der jeweiligen Planetenstufe (2; 3; 4) ausbildet.
3. Getriebeeinheit nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Planetenstufe (3) mittels des Zahnradträgers (20) derart mit der ersten und dritten Planetenstufe (2; 4) gekoppelt ist, dass ein in die zweite Planetenstufe (3) einleitbares Teildrehmoment auf die erste und dritte Planetenstufe (2; 4) aufteilbar ist.
4. Getriebeeinheit nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnradträger (20) das Sonnenrad (5) der zweiten Planetenstufe (3), das Hohlrad (8) der ersten Planetenstufe (2) und das Hohlrad (10) der dritten Planetenstufe (4) miteinander drehfest koppelt.
5. Getriebeeinheit nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnradträger (20) einteilig ausgebildet ist.
6. Getriebeeinheit nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnradträger (20) nur zwei Lagerungen aufweist und/oder die erste Lagerung im Bereich eines der ersten Planetenstufe (2) zugeordneten Endes (22) und die zweite Lagerung im Bereich eines der dritten Planetenstufe (4) zugeordneten Endes (23) des Zahnradträgers (20) angeordnet ist.
7. Getriebeeinheit nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnradträger (20) als Hohlwelle (21 ) ausgebildet ist, in die sich das als Vollwelle (24) ausgebildete Sonnenrad (5) der ersten Planetenstufe (2) zumindest teilweise erstreckt.
8. Getriebeeinheit nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das antriebsseitige Drehmoment auf den Planetenträger (14) der ersten Planetenstufe (2) und das Hohlrad (9) der zweiten Planetenstufe (3) aufteilbar ist.
9. Getriebeeinheit nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (5) der ersten Planetenstufe (2) mit dem Planetenträger (1 6) der dritten Planetenstufe (4) gekoppelt ist.
10. Getriebeeinheit nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (15) der zweiten Planetenstufe (3) feststehend ausgebildet ist.
1 1 . Getriebeeinheit nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Planetenstufe (4), insbesondere mittels ihres Sonnenrades (7), mit einer Stirnradstufe gekoppelt ist.
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