JP2019522766A - 風力発電装置の回転連結部用の歯車装置、当該歯車装置を備えた風力発電装置、並びに当該歯車装置用のシール要素 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑特性と、潤滑剤を保持する性能が改善される歯車装置を提供する。歯車装置の中心的な１つの歯の摩耗を軽減する。【解決手段】本発明は、特に風力発電装置（１００）の回転連結部（１１２ａ、１１２ｂ）用の歯車装置（１）に関し、第１歯車（３）と、第１歯車（３）と係合状態にある第２歯車（５）とを有し、この際、係合位置において、第１歯車（３）の第１歯（１１ａ）及び第２歯（１１ｂ）と、第２歯車（５）の１つの歯（９ａ）との間には、隙間空間（１７）が形成されており、更にシール要素（７）を有し、シール要素（７）は、潤滑剤の漏れに対して隙間空間（１７）をシールする。【選択図】図４

Description

本発明は、特に風力発電装置の回転連結部用の歯車装置に関する。更に本発明は、風力発電装置に関する。更に本発明は、特に風力発電装置の歯車装置をシール（密封）するためのシール要素に関する。更に本発明は、風力発電装置の歯車装置を潤滑するための方法に関する。

風力発電装置は、一般的に知られている。また複数の部材が互いに相対回転して動かされなくてはならない全ての箇所に、風力発電装置の回転連結部用の歯車装置を使用することも一般的に知られている。典型的な場合では、例えばアジマス支承部における回転連結部を挙げることができる。この箇所では、ナセルがタワーに対して相対回転される。回転連結部の更なる一例は、ロータブレードのピッチ支承部であろう。

前述の形式の歯車装置は、運転時には、なかでも回転を起こす駆動部による負荷にさらされている。つまり互いに係合状態にある複数の歯は、回転運動の他に、互いに相対的な摩擦運動も常に発生させる。歯車装置において摩擦が加わる歯面の箇所には、摩耗が発生する。従って摩耗を制限するために、歯車装置の歯車は、周知のように潤滑剤を供給することにより潤滑される。当該潤滑は、必然的に発生する摩擦とそれに伴う摩耗を防止すべきである。

特に風力発電装置のために知られている回転連結部では、歯車装置の摩耗が均等に発生することはない。本発明との関連で強調すべき一例は、風力発電装置のピッチ支承機構であろう。風力発電装置が設置された後、風力発電装置は、とりわけ風力発電装置を駆動する風が来る優先方向に配向されている。駆動される歯車と係合状態にある駆動歯車の中心的な１つの歯は「金歯」とも称される。この歯は、駆動する歯車のその他の歯よりも多くの頻度で、対向する歯車と係合状態にあるため、それに対応して摩耗がそこではより大きくなる。それ故、そこには、十分に潤滑剤を提供可能とするという特別な要求がある。このことは、歯車装置全般において同様である。

従来技術では、今まで、潤滑すべき１つの歯又は複数の歯を極めて短い潤滑インターバルで潤滑剤を用いて湿潤することで対処していた。例えば、１つの歯ないし潤滑すべき複数の歯が、歯車装置に固定的に設置された潤滑剤供給部を用い、歯内に位置する流路を通して潤滑剤が供給され、そのようにして潤滑剤が各々の歯車の基部空間内へ充填されるというシステムが知られている。

記載なし

しかし入れられた潤滑剤は、極めて短時間の後には、互いに係合する歯車の間の隙間空間から再び押し出されてしまい、それにより結果的に極めて短い潤滑インターバルと極めて高い潤滑剤消費が必要となる。観察された他の欠点は、歯車装置のそれぞれの該当箇所を新たに潤滑するためには、潤滑剤の補充のために駆動ピニオンをアクセス可能とするために、駆動される回転連結部の歯車装置の駆動ピニオンを通常９０°〜１８０°で旋回させなければならないということにある。このことは、エネルギー生産量の著しい損失をもたらし、それは、例えば、ピッチ支承機構において、１５°〜３０°或いはそれよりも大きい角度で歯車装置を旋回することにより、ロータブレードが風に対する好ましい配向から外れてしまい、風からは、極めて僅かな出力だけが得られるか或いは全く出力が得られなくなるためである。

潤滑剤が複数の歯を通して注入されるという上述の潤滑の解決策は、その問題点を確かに回避するが、構造的に複雑で費用もかかる。

従って本発明の基礎を成す課題は、冒頭に記載した形式の歯車装置において、上述の欠点をできる限り十分に解消することである。特に本発明の基礎を成す課題は、潤滑特性と、潤滑剤を保持する性能が改善される歯車装置を提供することである。更に本発明の特に基礎を成す課題は、歯車装置の１つの金歯の摩耗を軽減することである。

本発明は、本発明の基礎を成す課題を、第１の視点により、歯車装置が請求項１に従って構成されていることにより、冒頭に記載した形式の歯車装置において解決する。

以下、発明を実施するための形態について説明する。

第１歯車と、第１歯車と係合状態にある第２歯車とを有する歯車装置が提案され、この際、係合位置において、第１歯車の第１歯及び第２歯と、第２歯車の１つの歯（第１歯）との間には、隙間空間が形成されており、更に歯車装置は、シール要素を有し、該シール要素は、第１歯車と第２歯車の間に配設されており、潤滑剤の漏れに対して隙間空間をシール（密封）する。

本発明は、噛合部の形式に依存せず、歯車装置の第１歯車と第２歯車の互いに噛合する歯の間には常に僅かな隙間空間があるという認識を利用する。通常の場合にはこの隙間を通して潤滑剤が漏れ出してしまう。正にここに本発明が存在し、利用可能な隙間空間は、第１歯車と第２歯車の間にシール要素を取り付けることにより、正に好ましくは摩耗が最小化されるべき箇所で外方に向かって閉鎖される。好ましくは圧縮可能な材料から成るシール要素は、隙間空間内で、第１歯車と第２歯車の間の係合により、押しつぶされて隙間空間を閉鎖し、それにより予め入れられた潤滑剤は、もはや隙間空間を通して漏れ出すことはできない。本発明による潤滑剤の使用により、摩耗特性の驚くほど優れた改善が示された。

歯車装置の有利な更なる構成と好ましい実施形態は、下位請求項と以下の説明から明らかになる。

先ず好ましい第１実施形態における歯車装置は、シール要素が、第１シールリップと、実質的に第１シールリップと平行な第２シールリップとを有し、第１歯車上において、第１シールリップが第１歯の１つの歯面に着座し且つ第２シールリップが第１歯の前記歯面の方を向いた、第１歯に隣接する第２歯の１つの歯面に着座するように載置されていることにより、更に構成される。従って第１シールリップと第２シールリップは、第２歯車の１つの歯（第１歯）が第１歯車の第１歯と第２歯の間で係合状態にある場合に、それらの歯の間の潤滑剤の半径方向の漏れ出しに対するシールを構成する。

更に好ましくは、シール要素は、第３シールリップと、実質的に第３シールリップと平行な第４シールリップとを有し、第１歯車上において、第３シールリップと第４シールリップが少なくとも部分的に第１歯車の第１歯の歯面と第２歯の歯面に沿って延在し且つ第１シールリップと第２シールリップを互いに接続するように載置されている。好ましくは、第３シールリップと第４シールリップは（第１シールリップと第２シールリップに対して）９０°＋／−５°の角度で配向されている。従って第３シールリップと第４シールリップは、第１歯車の第１歯と第２歯の間での第２歯車の１つの歯（第１歯）の係合状態において、潤滑剤の軸方向の漏れ出しに対するシールを構成する。特に好ましくは、シール要素は、第１シールリップと、第２シールリップと、第３シールリップと、第４シールリップを有する。

好ましい一実施形態において、第３シールリップと第４シールリップは、それぞれ第１シールリップの終端部分と第２シールリップの終端部分と結合されており、それによりこれらは、互いに一部材のシール要素を構成する。第３シールリップと第４シールリップは、好ましくは、これらが、第２歯車の１つの歯（第１歯）との係合状態において軸方向で第２歯車の当該歯の両側に張り出し、第２歯車の当該歯を端面側で少なくとも部分的に取り囲むようにサイズ決定されている。この実施形態において、当該歯全体は、ある程度、シール要素により構成されたポケット内へ係合する。

特に好ましい一実施形態において、シール要素は、第１歯車の歯元円直径の領域内へ潤滑剤を受容するための切欠部（ないし穴部 Ausnehmung）を有し、切欠部は、特に第１シールリップと、第２シールリップと、第３シールリップと、第４シールリップにより画定されている。第１シールリップと、第２シールリップと、第３シールリップと、第４シールリップがそれらの間で切欠部を規定して画定することにより、切欠部は、潤滑剤を受容するためのポケットとして用いられる。このポケットは、好ましくは、切欠部内へ係合する第２歯車の１つの歯（第１歯）の係合空間に対向する領域を取り囲む。この実施形態は、既に第１歯車と第２歯車の互いの極めて僅かな旋回により切欠部が外方からアクセス可能となるので、特に有利である。この際、歯車の間に十分な隙間空間を作り、潤滑剤を供給する潤滑剤供給装置のカニューレなどの供給手段が、潤滑剤を切欠部内へ注入するために、従って第１歯車の歯元円直径の領域内へ注入するためにそれらの歯車の間へ挿入可能であるためには、既に数度の旋回で十分である。切欠部は、第２歯車の第１歯と、第１歯車の第１歯及び第２歯との間の係合位置への旋回により閉じられ、潤滑剤は、第１歯車と第２歯車の互いに噛合する歯により軸方向及び／又は半径方向で係合空間を越えて押し出されることなく、その潤滑の役割を果たすことができる。

本発明は、特に好ましくは、金歯が配置されている歯車装置の箇所での使用のために設けられている。運転時には、該当歯車の歯のどの歯が金歯であるかを、常に外方から直接的に見ることができるわけではない。それにより好ましい一実施形態は、第１歯車が更に少なくとも第３歯と第４歯を有し、これらは、第１歯と第２歯の両側に隣接して配設されており（並びとしては、第４歯、第２歯、第１歯、第３歯、となる）、第２歯車が更に少なくとも第２歯と第３歯を有し、これらは、第１歯の両側に隣接して配設されている（並びとしては、第３歯、第１歯、第２歯、となる）ことを提案し、この際、第１歯車と第２歯車の対応する歯の間の係合位置には、それぞれ隙間空間が形成され、シール要素がその隙間空間をそれぞれ潤滑剤の漏れに対してシールする。それぞれ第２歯車の第２歯及び第３歯と係合状態となる第１歯車の第３歯及び第４歯のためのシール要素の部分は、第１歯車の第１歯及び第２歯と、第２歯車の第１歯とに関して上述した構成と同様に構成されている。好ましくはそれぞれ更なる第３シールリップと第４シールリップと結合された複数の第１シールリップと第２シールリップは、隣接した歯（第１歯車の隣接した歯）の互いに向かい合って対向する歯面に接触し、第２歯車のそれぞれの第２歯又は第３歯との係合状態においてそれぞれの歯と密な接触状態にもたらされ、そのようにして歯車の間に残った隙間空間を潤滑剤の漏れに対してシールする。

金歯の確認が行われた後に（確認に従って）、シール要素の更なる部分は、好ましくは予備シール要素として用いられる。金歯を潤滑剤損失に対してシールするシール要素の部分が摩耗しているのであれば、シール要素を１つの歯分だけずらせばよく、そのまま運転を継続することができる。

複数の歯をシールするためのシール要素の構成は、更に例えばクレーンなどの回転連結部のような駆動される回転連結部において使用するためのシール要素を予定することになる。

上述の説明から分かるように、更なる好ましい実施形態において、シール要素は、適切な所定数の更なる第１シールリップと、第２シールリップと、第３シールリップと、第４シールリップを有し、この際、第１シールリップと第２シールリップは、実質的に互いに平行であり、第３シールリップと第４シールリップは、実質的に互いに平行である。

第１シールリップと、第２シールリップと、第３シールリップと、第４シールリップは、更なる歯のためにも、第１歯車上において、第１シールリップが第１歯、第２歯、第３歯、第４歯のそれぞれの１つの歯面に着座し、第２シールリップが隣接する歯のそれぞれ向かい合う１つの歯面に着座し、第３シールリップと第４シールリップが少なくとも部分的に第１歯車の第１歯、第２歯、第３歯、第４歯の歯面に沿って延在しており、それぞれの第１シールリップと第２シールリップを互いに接続するように載置される。

この実施形態による歯車装置は、シール要素の更なる部分に関し、好ましくは、上記の実施形態について上述したように構成されている。

本発明の有利な一実施形態において、第３シールリップと第４シールリップは、ブリッジ部（Steg）を用いて互いに連結されており、該ブリッジ部は、端面側で第１歯車に沿って延在し、好ましくは、シール要素を軸方向で第１歯車に位置固定する。

また第３シールリップは、好ましくは、第１ブリッジ部を用いて互いに連結され、それに対して第４シールリップは、好ましくは、第２ブリッジ部を用いて互いに連結されている。第１ブリッジ部と第２ブリッジ部は、シール要素が軸方向において第１歯車から滑り落ちてしまうことを確実に防止する。

好ましい一実施形態において、シール要素は、以下の材料、即ちポリウレタン（ＰＵＲ）、シリコーンゴム、フッ素シリコーンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、パーフロゴム、ポリクロロプレンゴム、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、ポリエステルウレタンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、ＡＰＴＫ（エチレンプロピレンターポリマーゴム）、バイトン（登録商標）、のうちの１つ又はこれらの材料の複数の組み合わせから成る。

好ましくは、シール要素は、２０から９０までの範囲内、好ましくは３０から６５までの範囲内のショアＡ硬さを有する。ショアＡ硬さは、例えば、DIN EN ISO 868:2003-10 又は ISO 7619-1:2012-02 により決定される。

本発明は、第２の視点により、冒頭に記載したように、風力発電装置に関する。本発明は、冒頭に記載した基礎を成す課題を、回転連結部、特にロータブレード角度調節のためのピッチ回転連結部と、回転連結部を駆動するための歯車装置とを有する風力発電装置に関して解決し、この際、好ましくは、第１歯車は、リングギヤであり、第２歯車は、駆動ピニオンであり、またこの際、更に好ましくは、歯車装置が上述の好ましい実施形態の１つにより構成されていることにより、第２歯車の１つの歯（第１歯）と、第１歯車の第１歯及び第２歯とが、歯車装置の係合位置において互いに係合状態にある。それ故、達成される利点と好ましい実施形態に関しては、歯車装置についての上記の実施形態が参照される。風力発電装置がそのような本発明による歯車装置を有することにより、風力発電装置は、それに対応する利点を有している。

本発明の第３の視点は、歯車装置をシールするためのシール要素自体にも関する。

本発明は、本発明の基礎を成す課題を、本発明が歯車装置をシールするためのシール要素の使用を提案することにより解決し、この際、シール要素は、第１歯車と、第１歯車と係合状態にある第２歯車との間に配設可能であり、この際、係合位置において第１歯車の第１歯及び第２歯と、第２歯車の１つの歯（第１歯）との間には、隙間空間が形成されており、更にこの際、シール要素は、潤滑剤の漏れに対して隙間空間をシールするために設けられている。

シール要素は、好ましくは、本発明による歯車装置について上記段落で説明された上述の好ましい実施形態の１つにより更に構成される。シール要素は、歯車装置の歯の間の潤滑剤の改善された保持能力に決定的な寄与をもたらす。

本発明は、冒頭に述べたように、第４の視点において、風力発電装置の歯車装置を潤滑するための方法に関する。そのために風力発電装置は、特に上述の好ましい実施形態の１つに対応して構成されている。本発明による方法は、冒頭に記載した課題を、本方法が次のステップを含むことにより解決する：第１歯車の第１歯及び第２歯と、第２歯車の１つの歯（第１歯）との間の隙間空間がアクセス可能となるように、予め定められた角度値、好ましくは１５°よりも小さい角度値、特に好ましくは２°以下の角度値で歯車装置を旋回するステップと、特に、常時その放出開口部を介して隙間空間内へ通じるように配設されているか又はその放出開口部が隙間空間内へ挿入される潤滑剤供給装置を用い、隙間空間内へ潤滑剤を供給するステップと、シール要素が隙間空間をシールするように、予め定められた前記角度値で歯車装置を逆旋回するステップ。

好ましくは、隙間空間内への放出開口部の挿入は、歯車装置の旋回の予め定められた角度範囲を上回った際に自動的に潤滑剤が（常時配設されているか又は断続的に隙間空間内へ挿入される）潤滑剤供給装置の放出開口部を通して隙間空間内へ注入され、予め定められた量の潤滑剤が隙間空間内へ放出され、放出開口部が隙間空間から取り外され、そして歯車装置の逆旋回が行われるように、歯車装置の旋回と同期される。

更に好ましくは、この過程は、自動化されており、予め定められた時間間隔で反復される。要求される旋回角度が極めて僅かであるため、そのような各過程時において取出出力の損失は、極めて僅かで済む。従って２時間以内、更に好ましくは１時間以内、特に好ましくは３０分以内の時間インターバルで「潤滑走行」とも称される上述の過程を反復することが可能であり且つ好ましい。

以下、本発明を、添付の図面に関連し、好ましい実施例に基づいて詳細に説明する。

本発明による一風力発電装置の模式的な三次元図を示す図である。 図１による風力発電装置のロータハブとロータブレードの間の連結箇所の模式的な横断面図を示す図である。 図１による風力発電装置のタワーとナセルの間の連結箇所の模式的な横断面図を示す図である。 図１、図２ａ、図２ｂによる風力発電装置のための本発明による一歯車装置を示す図である。 図３による歯車装置の詳細図を示す図である。 前記図面に図示した歯車装置のためのシール要素の模式的な三次元図を示す図である。

図１は、本発明による一風力発電装置１００の模式図を示している。風力発電装置１００は、タワー１０２と、タワー１０２上にナセル１０４を有している。ナセル１０４には、３つのロータブレード１０８と１つのスピナ１１０とを備えた空気力学的ロータ１０６が設けられている。空気力学的ロータ１０６は、風力発電装置１００の運転時には風力により回転運動を行い、それにより空気力学的ロータ１０６と直接的に又は間接的に連結されている発電機の（非図示の）ロータ又は回転子も回転させる。電気的な発電機は、ナセル１０４内に配設されており、電気エネルギーを発生させる。発電機は、好ましくは、低速回転する同期発電機として構成されている。

ロータ１０６（図２ａ）は、ロータハブ１０９を有し、ロータハブ１０９には、複数のロータブレード１０８がピッチ回転連結部の形式のそれぞれの第１回転連結部１１２ａを用いて支持されている。図２ａは、そのようなピッチ回転連結部を示している。第１回転連結部１１２ａは、ロータハブ１０９に固定されている第１支承リング１１１と、ロータブレード１０８と結合されている第２支承リング１１３とを有する。第１回転連結部１１２ａは、第１歯車３がロータブレード１０８と相対回転不能に結合されており且つ第２歯車５が駆動ピニオンとしてハブ側に配設されていることにより、歯車装置１と作用連結（即ち連動）されている。駆動ピニオン５は、好ましくは、駆動ユニット１２０を用いて駆動される。

ナセル１０４（図２ｂ）は、第２回転連結部１１２ｂを介してタワー１０２と連結されている。

図２ｂは、風力発電装置１００の第２回転連結部１１２ｂを詳細に示している。第２回転連結部１１２ｂは、ナセル１０４の支持構造体１１８に固定されている第１支承リング１１４を有する。更に第２回転連結部１１２ｂは、タワー１０２のシャフト終端部１０１と結合されている第２支承リング１１６を有する。

第２回転連結部１１２ｂは、リングギヤの形式で構成されている第１歯車３がタワー側で第２回転連結部１１２ｂに固定されており且つ駆動ピニオンとして構成されている第２歯車５がナセル側で第２回転連結部１１２ｂに配設されていることにより、歯車装置１と作用連結（即ち連動）されている。駆動ピニオン５は、好ましくは、駆動ユニット１２０を用いて駆動される。風力発電装置１００は、オプションとして複数のそのような駆動ユニット１２０と、複数の第２歯車５を有することが可能であり、これらの第２歯車５は、タワー１０２に対する相対的なナセル１０４の回転運動を実現するために、第１歯車３と係合状態にある。本発明の本質を明確にするために、これ以降、第１歯車３と第２歯車５を有する歯車装置についてのみ言及するが、この際、当該教示内容は、その意味において、風力発電装置１００における複数の歯車装置１にも転用可能である。

図３から見てとれるように、第２歯車５は、第１歯９ａを有し、第１歯９ａは、本実施例において所謂「金歯」と見なされるべきである。風力発電装置１００（図１）の運転時には、ほとんどの時間、歯車装置１は、図３に示された係合位置にある。

図３に示された位置において、第２歯車５の第１歯９ａは、第１歯車３の第１歯１１ａと第２歯１１ｂの間で係合状態にある。歯車装置１の鏡像的に反転した実施形態では、即ち第１歯車が駆動ピニオンであろう実施形態では、例えば第１歯１１ａ又は第２歯１１ｂが金歯になるだろう。因みに歯車装置１は、追加的にそれぞれ他方の歯車において第２金歯を有し、それにより「金歯対」と称することもできる。通常、ピニオンは、駆動されるリングギヤよりも遥かに硬質であり、それにより摩耗現象は、リングギヤにおいて、より早く現れる。またリングギヤを交換することは困難であり、それによりその保護が優先する。

第２歯車５の第１歯９ａと、第１歯車３の第１歯１１ａ及び第２歯１１ｂとの間には、隙間空間が規定されている（図４）。第１歯車３には、更にシール要素７が配設されており、シール要素７は、第２歯車５により係合状態において圧縮され、隙間空間を、軸方向及び半径方向における潤滑剤の漏れに対してシール（密封）する。これに関する詳細は、後続の図面から見て取れる。

図３ないし図４では、第１歯車３と第２歯車５の間の係合状況、並びにシール要素７の原理的な配設構成が例として図示されている。第２歯車５の第１歯９ａと、第１歯車３の第１歯１１ａ及び第２歯１１ｂの互いに向かい合う２つの歯面１３ａ、１５ａとの間には、隙間空間１７が形成されており、隙間空間１７は、実質的に両方の歯車３、５の間の係合の箇所から、第１歯車３の基部（足部）領域１９へ至るまで延在している。この空間内に運転時には、例えば潤滑グリースのような潤滑剤が存在する。潤滑グリースは、シール要素７のない状態では、半径方向では歯面１３ａ、１５ａに沿って並びに軸方向では側方で隙間空間１７から漏れ出すであろう。この漏れ出しを防止するために、シール要素７は、第２歯車５の第１歯９ａと、第１歯車３の第１歯１１ａの歯面１３ａとの間に第１シールリップ２１が着座し、第２歯車５の第１歯９ａのその反対側で、第２歯車５の第１歯９ａと、第１歯車３の第２歯１１ｂの歯面１５ａとの間に第２シールリップ２３が配設されているように、第１歯車３と第２歯車５の間へ嵌め込まれている。それらのシールリップ２１、２３は、歯車３、５の歯１１ａ、９ａ、１１ｂにより圧縮され、半径方向における潤滑剤の漏れに対して隙間空間１７をシールする。

追加的にシール要素７は、第３シールリップ２５と第４シールリップ２７を有し、これらは、それぞれ第１シールリップ２１と第２シールリップ２３の終端領域と結合されており、第２歯車５の（軸方向の）縁部領域において、第１歯車３の第１歯１１ａの歯面１３ａ、第１歯車３の第２歯１１ｂの１５ａ、第２歯車５の第１歯９ａと密に接触する。それにより軸方向で外方への隙間空間１７からの潤滑剤の漏れが防止される。

また図４から、図４に示された位置から数度の歯車装置１の旋回により、既に隙間空間１７は、もはや閉鎖状態にはなく、潤滑剤をそこに置くために潤滑剤供給装置の放出開口部が隙間空間１７内へ挿入可能であるように開かれることも見てとれるだろう。

図４では、図面の見やすさのために、シール要素７は、第２歯車５の第１歯９ａと第１歯車３の第１歯１１ａ及び第２歯１１ｂとの係合状態でのみ図示されている。しかし同じコンセプトが、図５に示されているように、第２歯車５の隣接する第２歯９ｂと第３歯９ｃ、第１歯車３の第１歯１１ａないし第２歯１１ｂに隣接する第３歯１１ｃないし第４歯１１ｄ、並びに歯車装置１の更なる各歯にも転用可能である。

図５から見てとれるように、所定の切欠部（穴部）２９がシール要素７に設けられており、即ち第１シールリップ２１と、第２シールリップ２３と、第３シールリップ２５と、第４シールリップ２７により画定されている。ここでは全部で３つのそのような切欠部２９が設けられている。これらの切欠部２９は、ポケットないし潤滑剤蓄積部として用いられる。シール要素７の構造的な完全性を更に改善するために、それぞれ第３シールリップ２５と第４シールリップ２７は、複数のブリッジ部３１を用いて連結されており、これらのブリッジ部３１は、オプションとして追加的に第１歯車３の基部領域におけるシールリップとして構成されていることも可能である。

第１歯車３上にシール要素７を軸方向に位置固定するために、第１歯車３の（軸方向の）両側でシール要素７の終端部には、それぞれブリッジ部３３、３５が構成されており、ブリッジ部３３は、第３シールリップ２５を互いに連結（接続）し、ブリッジ部３５は、第４シールリップ２７を互いに連結している。

第３シールリップ２５と第４シールリップ２７は、好ましくは、これらが軸方向において側方で第２歯車５の端面部と重なり合うように（図３の示唆を参照）、互いに離間され、それぞれの幅を有している。従ってこれらのシールリップも第２歯車５を端面側で取り囲み、追加的に軸方向の潤滑剤の漏れに対するシール作用を改善する。

運転時に、本発明による潤滑方法は、好ましくは、以下のように実行される。

シール要素７の機能を実現するためにシール要素７が第１歯車３上へ載置され、切欠部２９に潤滑剤が供給された後、歯車装置１は、運転ポジションへ旋回され、それにより第１歯９ａないし金歯が、第１歯車３の第１歯１１ａと第２歯１１ｂの間の切欠部２９内へ係合する。シール要素７は、第１歯９ａが係合状態にある限り、潤滑剤の漏れに対して隙間空間１７をシールする。（アジマス回転連結部により）風向きが変えられると、或いは（ピッチ回転連結部により）ピッチ角度が変更されると、第１歯９ａは容易に係合状態から外れ、しかしその際には、両方の第２歯９ｂと第３歯９ｃ又は銀歯（金歯の両側の銀歯）のうち１つが、第１歯車３の第３歯１１ｃと第１歯１１ａの間か又は第４歯１１ｄと第２歯１１ｂの間へ係合状態となる。そしてそこにある隙間空間は、同様に上述したようにシールされる。

潤滑剤を切欠部２９に新たに供給するためには、好ましくは、潤滑走行が実行される。所謂潤滑走行では、歯車装置１が、数度、好ましくは１５°よりも小さい角度、特に好ましくは２°よりも小さい角度でその以前の位置から外れるように動かされる。それに続き、側方から、潤滑剤供給装置を用い、例えばそのために独自に挿入されるか又は代替的に常時歯車装置に配設されているカニューレ（放出管）などを用い、潤滑剤が放出開口部を通して、今まで係合状態にあった切欠部のうちの１つへ注入される。この注入が行われた後、潤滑剤は、それぞれの切欠部２９内へ入れられる。常時配設されている装置でなければ、潤滑剤供給装置は、再び取り外され、歯車装置１は、以前の位置へ旋回されて戻される。この同期された過程は、好ましくは、予め固定された潤滑インターバルで反復することができる。

シール要素７が寿命に達した後、シール作用は、第１歯車３から十分な角度値で一度だけ歯車装置１を旋回することにより極めて僅かな作業手間で除かれるが、複数の切欠部２９を有する一実施形態では、１つの歯をまたいでシール要素７を一回ずらすことにより、又は完全に摩耗した場合には、新たなシール要素７を取り付けることにより復旧される。

好ましくは圧縮可能な材料から成るシール要素７は、僅かなコスト消費で且つ大量個数で製造可能であり、必要な場合に迅速に交換可能であるために、僅かなスペース要求で備蓄することができる。

１００ 風力発電装置
１０１ シャフト終端部
１０２ タワー
１０４ ナセル
１０６ 空気力学的ロータ
１０８ ロータブレード
１０９ ロータハブ
１１０ スピナ
１１１ 第１支承リング
１１２ａ 第１回転連結部
１１２ｂ 第２回転連結部
１１３ 第２支承リング
１１４ 第１支承リング
１１６ 第２支承リング
１１８ 支持構造体
１２０ 駆動ユニット

１ 歯車装置
３ 第１歯車（例えばリングギヤ）
５ 第２歯車（例えば駆動ピニオン）
７ シール要素
９ａ 第２歯車５の第１歯（所謂金歯）
９ｂ 第２歯車５の第２歯（所謂銀歯）
９ｃ 第２歯車５の第３歯（所謂銀歯）
１１ａ 第１歯車３の第１歯
１１ｂ 第１歯車３の第２歯
１１ｃ 第１歯車３の第３歯
１１ｄ 第１歯車３の第４歯
１３ａ 第１歯１１ａの歯面
１５ａ 第２歯１１ｂの歯面
１７ 隙間空間
１９ 第１歯車３の基（足）部領域

２１ 第１シールリップ
２３ 第２シールリップ
２５ 第３シールリップ
２７ 第４シールリップ
２９ 切欠（穴）部
３１ ブリッジ部
３３ ブリッジ部
３５ ブリッジ部

EP 0 585 099 A1 FR 1 064 651 A US 2013/192930 A1

本発明は、本発明の基礎を成す課題を、第１の視点により、歯車装置が請求項１に従い構成されていることにより、冒頭に記載した形式の歯車装置において解決する。
即ち本発明の第１の視点により、風力発電装置の回転連結部用の歯車装置であって、第１歯車と、前記第１歯車と係合状態にある第２歯車とを有し、係合位置において、前記第１歯車の第１歯及び第２歯と、前記第２歯車の第１歯との間には、隙間空間が形成されており、更にシール要素を有し、前記シール要素は、前記第１歯車と前記第２歯車の間に、潤滑剤の漏れに対して前記隙間空間をシールするよう配設されていること、を特徴とする歯車装置が提供される。
更に本発明の第２の視点により、回転連結部と、前記回転連結部を駆動するための歯車装置とを有する風力発電装置であって、第１歯車は、リングギヤであり、第２歯車は、駆動ピニオンであり、前記第２歯車の第１歯と、前記第１歯車の第１歯及び第２歯とが、前記歯車装置の係合位置において互いに係合状態にあるという構成を有し、前記歯車装置は、前記第１の視点に従って構成されていることを特徴とする風力発電装置が提供される。
更に本発明の第３の視点により、風力発電装置の歯車装置をシールするためのシール要素であって、前記シール要素は、第１歯車と、前記第１歯車と係合状態にある第２歯車との間に配設可能であり、係合位置において前記第１歯車の第１歯及び第２歯と、前記第２歯車の第１歯との間には、隙間空間が形成されており、前記シール要素は、潤滑剤の漏れに対して前記隙間空間をシールするために設けられていることを特徴とするシール要素が提供される。
更に本発明の第４の視点により、前記第２の視点に記載の風力発電装置の歯車装置を潤滑するための方法であって、以下のステップ、即ち、第１歯車の第１歯及び第２歯と、第２歯車の第１歯のとの間の隙間空間がアクセス可能となるように、予め定められた角度値、又は１５°よりも小さい角度値、又は２°以下の角度値で前記歯車装置を旋回するステップと、常時その放出開口部を介して前記隙間空間内へ通じるように配設されているか又はその放出開口部が前記隙間空間内へ挿入される潤滑剤供給装置を用い、前記隙間空間内へ潤滑剤を供給するステップと、シール要素が前記隙間空間をシールするように、予め定められた前記角度値で前記歯車装置を逆旋回するステップとを含むことを特徴とする方法が提供される。
尚、本願の特許請求の範囲において付記された図面参照符号は、専ら本発明の理解の容易化のためのものであり、図示の形態への限定を意図するものではないことを付言する。

本発明において、以下の形態が可能である。
（形態１）
特に風力発電装置の回転連結部用の歯車装置であって、第１歯車と、前記第１歯車と係合状態にある第２歯車とを有し、係合位置において、前記第１歯車の第１歯及び第２歯と、前記第２歯車の１つの歯との間には、隙間空間が形成されており、更にシール要素を有し、前記シール要素は、前記第１歯車と前記第２歯車の間に、潤滑剤の漏れに対して前記隙間空間をシールするよう配設されていること。
（形態２）
前記シール要素は、第１シールリップと、実質的に前記第１シールリップと平行な第２シールリップとを有し、前記第１歯車上において、前記第１シールリップが第１歯の１つの歯面に着座し且つ前記第２シールリップが第１歯の前記歯面に指向する、第１歯に隣接する第２歯の１つの歯面に着座するように載置されていることが好ましい。
（形態３）
前記シール要素は、第３シールリップと、実質的に前記第３シールリップと平行な第４シールリップとを有し、前記第１歯車上において、前記第３シールリップと前記第４シールリップが少なくとも部分的に前記第１歯車の第１歯の前記歯面と第２歯の前記歯面に沿って延在し且つ前記第１シールリップと前記第２シールリップを互いに接続するように載置されていることが好ましい。
（形態４）
前記第３シールリップと前記第４シールリップは、それぞれ前記第１シールリップの終端部分と前記第２シールリップの終端部分と結合されていることが好ましい。
（形態５）
前記第３シールリップと前記第４シールリップは、これらが、前記第２歯車の前記歯との係合状態において軸方向で両側に張り出し、前記第２歯車の前記歯を端面側で少なくとも部分的に取り囲むようにサイズ決定されていることが好ましい。
（形態６）
前記シール要素は、前記第１歯車の歯元円直径の領域内へ潤滑剤を受容するための切欠部（２９）を、特に第１シールリップと、第２シールリップと、第３シールリップと、第４シールリップにより画定されて、有することが好ましい。
（形態７）
前記第１歯車は、更に少なくとも第３歯と第４歯を有し、これらは、第１歯と第２歯の両側に隣接して配設されており、前記第２歯車は、更に少なくとも第２歯と第３歯を有し、これらは、第１歯の両側に隣接して配設されており、前記第１歯車と前記第２歯車の対応する歯の間の係合位置には、それぞれ隙間空間が形成されており、前記シール要素は、前記隙間空間をそれぞれ潤滑剤の漏れに対してシールすることが好ましい。
（形態８）
前記シール要素は、所定数の更なる第１シールリップと、第２シールリップと、第３シールリップと、第４シールリップを有し、前記第１シールリップと前記第２シールリップは、実質的に互いに平行であり、前記第３シールリップと前記第４シールリップは、実質的に互いに平行であることが好ましい。
（形態９）
第１シールリップと、第２シールリップと、第３シールリップと、第４シールリップは、前記第１歯車上において、前記第１シールリップが第１歯、第２歯、第３歯、第４歯のそれぞれの１つの歯面に着座し、前記第２シールリップが隣接する歯のそれぞれ向かい合う１つの歯面に着座し、前記第３シールリップと前記第４シールリップが少なくとも部分的に前記第１歯車の第１歯、第２歯、第３歯、第４歯の歯面に沿って延在しており、
それぞれの前記第１シールリップと前記第２シールリップを互いに接続するように載置されていることが好ましい。
（形態１０）
前記第３シールリップと前記第４シールリップは、ブリッジ部を用いて互いに接続されており、前記ブリッジ部は、端面側で前記第１歯車に沿って延在し、好ましくは前記シール要素を軸方向で前記第１歯車に位置固定することが好ましい。
（形態１１）
前記シール要素は、以下の材料、即ちポリウレタン（ＰＵＲ）、シリコーンゴム、フッ素シリコーンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、パーフロゴム、ポリクロロプレンゴム、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、ポリエステルウレタンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、ＡＰＴＫ、バイトン（登録商標）、のうちの１つ又はこれらの材料の複数の組み合わせから成ることが好ましい。
（形態１２）
回転連結部、特にナセル角度調節のためのアジマス回転連結部又はロータブレード角度調節のためのピッチ回転連結部と、前記回転連結部を駆動するための歯車装置とを有する風力発電装置であって、好ましくは、第１歯車は、リングギヤであり、第２歯車は、駆動ピニオンであり、更に好ましくは、前記第２歯車の１つの歯と、前記第１歯車の第１歯及び第２歯とが、前記歯車装置の係合位置において互いに係合状態にあるという構成を有し、前記歯車装置は、形態１〜１１のいずれか一に従って構成されていること。
（形態１３）
歯車装置をシールするためのシール要素であって、前記シール要素は、第１歯車と、前記第１歯車と係合状態にある第２歯車との間に配設可能であり、係合位置において前記第１歯車の第１歯及び第２歯と、前記第２歯車の１つの歯との間には、隙間空間が形成されており、前記シール要素は、潤滑剤の漏れに対して前記隙間空間をシールするために設けられていること。
（形態１４）
形態１２に記載の風力発電装置の歯車装置を潤滑するための方法であって、以下のステップ、即ち、第１歯車の第１歯及び第２歯と、第２歯車の１つの歯との間の隙間空間がアクセス可能となるように、予め定められた角度値、好ましくは１５°よりも小さい角度値、特に好ましくは２°以下の角度値で前記歯車装置を旋回するステップと、特に、常時その放出開口部を介して前記隙間空間内へ通じるように配設されているか又はその放出開口部が前記隙間空間内へ挿入される潤滑剤供給装置を用い、前記隙間空間内へ潤滑剤を供給するステップと、シール要素が前記隙間空間をシールするように、予め定められた前記角度値で前記歯車装置を逆旋回するステップとを含むこと。
以下、発明を実施するための形態について説明する。

Claims (14)

1. 特に風力発電装置（１００）の回転連結部（１１２ａ、１１２ｂ）用の歯車装置（１）であって、
   第１歯車（３）と、前記第１歯車（３）と係合状態にある第２歯車（５）とを有し、係合位置において、前記第１歯車（３）の第１歯（１１ａ）及び第２歯（１１ｂ）と、前記第２歯車（５）の１つの歯（９ａ）との間には、隙間空間（１７）が形成されており、
   更にシール要素（７）を有し、前記シール要素（７）は、前記第１歯車（３）と前記第２歯車（５）の間に、潤滑剤の漏れに対して前記隙間空間（１７）をシールするよう配設されていること、
   を特徴とする歯車装置。
2. 前記シール要素（７）は、第１シールリップ（２１）と、実質的に前記第１シールリップ（２１）と平行な第２シールリップ（２３）とを有し、前記第１歯車（３）上において、前記第１シールリップ（２１）が第１歯（１１ａ）の１つの歯面（１３ａ）に着座し且つ前記第２シールリップ（２３）が第１歯（１１ａ）の前記歯面（１３ａ）に指向する、第１歯（１１ａ）に隣接する第２歯（１１ｂ）の１つの歯面（１５ａ）に着座するように載置されていること
   を特徴とする、請求項１に記載の歯車装置。
3. 前記シール要素（７）は、第３シールリップ（２５）と、実質的に前記第３シールリップ（２５）と平行な第４シールリップ（２７）とを有し、前記第１歯車（３）上において、前記第３シールリップ（２５）と前記第４シールリップ（２７）が少なくとも部分的に前記第１歯車（３）の第１歯（１１ａ）の前記歯面（１３ａ）と第２歯（１１ｂ）の前記歯面（１５ａ）に沿って延在し且つ前記第１シールリップ（２１）と前記第２シールリップ（２３）を互いに接続するように載置されていること
   を特徴とする、請求項２に記載の歯車装置。
4. 前記第３シールリップ（２５）と前記第４シールリップ（２７）は、それぞれ前記第１シールリップ（２１）の終端部分と前記第２シールリップ（２３）の終端部分と結合されていること
   を特徴とする、請求項３に記載の歯車装置。
5. 前記第３シールリップ（２５）と前記第４シールリップ（２７）は、これらが、前記第２歯車（５）の前記歯（９ａ）との係合状態において軸方向で両側に張り出し、前記第２歯車（５）の前記歯（９ａ）を端面側で少なくとも部分的に取り囲むようにサイズ決定されていること
   を特徴とする、請求項３又は４に記載の歯車装置。
6. 前記シール要素（７）は、前記第１歯車（３）の歯元円直径の領域（１９）内へ潤滑剤を受容するための切欠部（２９）を、特に第１シールリップ（２１）と、第２シールリップ（２３）と、第３シールリップ（２５）と、第４シールリップ（２７）により画定されて、有すること
   を特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の歯車装置。
7. 前記第１歯車（３）は、更に少なくとも第３歯（１１ｃ）と第４歯（１１ｄ）を有し、これらは、第１歯（１１ａ）と第２歯（１１ｂ）の両側に隣接して配設されており、
   前記第２歯車（５）は、更に少なくとも第２歯（９ｂ）と第３歯（９ｃ）を有し、これらは、第１歯（９ａ）の両側に隣接して配設されており、
   前記第１歯車（３）と前記第２歯車（５）の対応する歯の間の係合位置には、それぞれ隙間空間（１７）が形成されており、
   前記シール要素（７）は、前記隙間空間（１７）をそれぞれ潤滑剤の漏れに対してシールすること
   を特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の歯車装置。
8. 前記シール要素（７）は、所定数の更なる第１シールリップ（２１）と、第２シールリップ（２３）と、第３シールリップ（２５）と、第４シールリップ（２７）を有し、前記第１シールリップ（２１）と前記第２シールリップ（２３）は、実質的に互いに平行であり、前記第３シールリップ（２５）と前記第４シールリップ（２７）は、実質的に互いに平行であること
   を特徴とする、請求項７に記載の歯車装置。
9. 第１シールリップ（２１）と、第２シールリップ（２３）と、第３シールリップ（２５）と、第４シールリップ（２７）は、前記第１歯車（３）上において、
   前記第１シールリップ（２１）が第１歯（１１ａ）、第２歯（１１ｂ）、第３歯（１１ｃ）、第４歯（１１ｄ）のそれぞれの１つの歯面に着座し、
   前記第２シールリップ（２３）が隣接する歯のそれぞれ向かい合う１つの歯面に着座し、
   前記第３シールリップ（２５）と前記第４シールリップ（２７）が少なくとも部分的に前記第１歯車（３）の第１歯（１１ａ）、第２歯（１１ｂ）、第３歯（１１ｃ）、第４歯（１１ｄ）の歯面に沿って延在しており、
   それぞれの前記第１シールリップ（２１）と前記第２シールリップ（２３）を互いに接続するように載置されていること
   を特徴とする、請求項７又は８に記載の歯車装置。
10. 前記第３シールリップ（２５）と前記第４シールリップ（２７）は、ブリッジ部（３３、３５）を用いて互いに接続されており、前記ブリッジ部（３３、３５）は、端面側で前記第１歯車（３）に沿って延在し、好ましくは前記シール要素（７）を軸方向で前記第１歯車（３）に位置固定すること
    を特徴とする、請求項８又は９に記載の歯車装置。
11. 前記シール要素（７）は、以下の材料のうちの１つから成ること：
    を特徴とする、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の歯車装置。
12. 回転連結部（１１２ａ、１１２ｂ）、特にナセル角度調節のためのアジマス回転連結部又はロータブレード角度調節のためのピッチ回転連結部と、前記回転連結部（１１２ａ、１１２ｂ）を駆動するための歯車装置（１）とを有する風力発電装置（１００）であって、好ましくは、第１歯車（３）は、リングギヤであり、第２歯車（５）は、駆動ピニオンであり、更に好ましくは、前記第２歯車（５）の１つの歯（９ａ）と、前記第１歯車（３）の第１歯（１１ａ）及び第２歯（１１ｂ）とが、前記歯車装置（１）の係合位置において互いに係合状態にあるという構成を有し、
    前記歯車装置（１）は、請求項１〜１１のいずれか一項に従って構成されていること
    を特徴とする風力発電装置。
13. 歯車装置をシールするためのシール要素（７）であって、
    前記シール要素（７）は、第１歯車（３）と、前記第１歯車（３）と係合状態にある第２歯車（５）との間に配設可能であり、係合位置において前記第１歯車（３）の第１歯（１１ａ）及び第２歯（１１ｂ）と、前記第２歯車（５）の１つの歯（９ａ）との間には、隙間空間（１７）が形成されており、前記シール要素（７）は、潤滑剤の漏れに対して前記隙間空間（７）をシールするために設けられていること
    を特徴とするシール要素。
14. 請求項１２に記載の風力発電装置の歯車装置を潤滑するための方法であって、
    以下のステップ、即ち、
    第１歯車（３）の第１歯（１１ａ）及び第２歯（１１ｂ）と、第２歯車（５）の１つの歯（９ａ）との間の隙間空間（１７）がアクセス可能となるように、予め定められた角度値、好ましくは１５°よりも小さい角度値、特に好ましくは２°以下の角度値で前記歯車装置（１）を旋回するステップと、
    特に、常時その放出開口部を介して前記隙間空間（１７）内へ通じるように配設されているか又はその放出開口部が前記隙間空間（１７）内へ挿入される潤滑剤供給装置を用い、前記隙間空間（１７）内へ潤滑剤を供給するステップと、
    シール要素（７）が前記隙間空間（１７）をシールするように、予め定められた前記角度値で前記歯車装置（１）を逆旋回するステップと
    を含むこと
    を特徴とする方法。

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