KR20130091633A - 풍력 터빈용 기어 트레인 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 베어링 요소에 의해 샤프트(8)에 각각 지지되는 복수의 기어, 특히 유성 기어(4)를 포함하는 풍력 터빈용 기어 트레인(1), 특히 유성 기어 트레인에 관한 것이며, 베어링 요소는 다층 플레인 베어링(7)이다.

Description

풍력 터빈용 기어 트레인{GEAR TRAIN FOR A WIND TURBINE}
본 발명은 베어링 요소에 의해 샤프트에 개별적으로 장착되는 복수의 기어 트레인 휠, 특히 유성 기어를 구비한 풍력 터빈뿐만 아니라 로터와 발전기를 포함한 풍력 터빈용 기어 트레인 특히, 유성 기어에 관한 것이며, 이 기어 트레인 특히 유성 기어는 로터와 발전기 사이에 배열되어 로터 및 발전기와 가동 연결되어 있다.
예를 들어 독일 특허공개공보 제102 60 132 A1호에 공지된 풍력 터빈용 유성 기어 트레인은 풍력 터빈의 로터의 상대적으로 낮은 속도를 발전기 로터의 높은 속도로 변환하기 위하여 사용된다. 또한 독일 특허공개공보 제102 60 132 A1호에 개시된 바와 같은, 일반적으로 이러한 유성 기어에는 유성 기어를 위한 베어링 요소로서 구름 베어링들이 사용된다.
유럽 특허공개공보 제1 544 504 A2호에는 풍력 터빈용 유성 기어 트레인의 분야에 플레인 베어링의 적용을 이미 개시하고 있다. 유성 기어의 회전부는 로터에 연결되고 링 기어의 외주에 배열된 커다란 베어링에 유성 기어와 함께 장착된다. 이 커다란 베어링은 플레인 베어링으로 구성되며, 플레인 베어링의 지지면(bearing surface)은 링 기어의 방사 방향 외주 표면에 의해 형성된다. 이 방식에서 유성 기어를 더욱 간단하고 낮은 비용으로 설계할 수 있다. 지지면과 대항 지지면 사이에는 윤활 간극이 존재하며, 유체 정역학적 윤활 포켓들이 링 기어의 외주면 상의 지지면 및 링 기어의 단부 측의 맞은편인 하우징의 대항 지지면에서 작동된다. 게다가, 유럽 특허공개공보 제1 544 504 A2호에는 풍력 터빈의 로터에 연결된 치수가 큰 유성 기어를 개시하고 있으며, 지지면과 대항 지지면의 분리를 달성하기 위하여 플레인 베어링에 상대적으로 낮은 오일 정압이 제공할 필요성에 따른 결과로서 작용하는 오일 펌프 회로의 힘과 모멘트를 개시하고 있다.
비록 종래 기술에 풍력 터빈용 플레인 베어링의 사용 원리가 개시되었지만, 이 분야에 플레인 베어링을 적용하는 것에 대한 의구심이 여전히 존재한다. 따라서, 종래 기술에서는 낮은 마찰방지 속도와 관련하여 특정한 높은 부하는 전적으로 유체 동역학적 시스템을 허용하지 않기 때문에 필요한 양 및 오일 압력 모두를 고려하여, 지지면에 오일을 공급하기 위하여 적어도 런 인(run-in) 상태에서 유체 정역학적 시스템이 필요하다는 견해를 피력하고 있다. 특히, 국부적인 혼합 마찰 구역에서 온도의 상승이 일어나고 마모가 증가하므로, 전적으로 유체 동역학적 플레인 베어링은 풍력 터빈용 유성 기어에서 거의 실현될 수 없는 것으로 생각되고 있다.
본 발명의 목적은 향상된 작동 특성을 갖는 유성 기어를 창출하는 것이다.
본 발명의 목적은 베어링 요소가 다층 플레인 베어링(multi-layered plain bearing)인 전술한 종류의 기어 트레인에 의해서, 상기 기어 트레인을 포함하는 풍력 터빈에 의해서, 그리고 풍력 터빈의 기어 트레인 특히 유성 기어에 다층 플레인 베어링을 사용함으로써 달성된다.
플레인 베어링을 다층으로 설계하는 장점은 플레인 베어링이 심지어 기동 상태 동안에도 전적으로 유체 동력학적 조건으로 조정될 수 있다는 것이다. 이 방식에서 기어 트레인, 특히 유성 기어의 구조는 단순화될 수 있으며, 이에 의해 시스템은 더 이상 상기 베어링을 위한 최소한의 오일 압력을 유지할 필요가 없기 때문에 풍력 터빈의 구조도 또한 단순화될 수 있다. 플레인 베어링 자체는 상응하는 고장 안정 특성을 갖는 다층의 구조로 제공될 수 있다. 베어링 자체는 어떠한 유지 관리도 거의 필요치 않으며 또한 고장도 일으키지 않는다.
바람직하게, 다층 플레인 베어링은 베어링 부시로 형성되며, 그에 의해 유성 샤프트 또는 기어 휠에 대한 배열도 플레인 베어링 하프 쉘에 비해 단순화될 수 있고, 특히 플레인 베어링의 정렬을 위한 조정 작업이 전혀 필요하지 않다. 특히, 이것은 플레인 베어링을 교체할 필요가 있는 경우에 유지 관리 작업에 대한 장점인데, 왜냐하면 이 방식에서 풍력 터빈의 정지 시간이 감소할 수 있고 따라서 이러한 풍력 터빈의 경제적 효율이 현저히 향상될 수 있기 때문이다. 풍력 터빈에서 베어링의 고장, 특히 만약 베어링이 구름 베어링으로 형성된 경우에 베어링의 고장은 풍력 터빈의 작동 이상에 대한 다른 원인과 비교하여 풍력 터빈의 정지 시간이 길기 때문에 특히 중요한 비용 인자이다. 따라서 본 발명의 구조에 의해, 특히 수명의 증가로 인해 운영 비용이 현저하게 감소될 수 있다.
다층 플레인 베어링은 적어도 하나의 지지층 및 적어도 하나의 마찰 방지층으로 이루어지거나 또는 포함할 수 있고, 마찰 방지층의 비커스 경도는 적어도 활주면의 표면 구역에서 적어도 75 HV(0.001), 특히 적어도 110 HV(0.001)이다. 게다가, 다른 변경 실시예에 따르면 샤프트 및/또는 샤프트의 외면에 장착된 기어 트레인의 보어의 내면에 마찰 방지층이 코팅되고, 적어도 하나의 중간층이 배열될 수 있으며, 상기 마찰 방지층의 비커스 경도는 적어도 활주면의 표면 구역에서 적어도 75 HV(0.001), 특히 적어도 110 HV(0.001)이다. 마찰 방지층, 적어도 표면 구역에 특정한 최소한의 경도를 부여하는 것에 의해서 플레인 베어링의 수명을 제한하는 플레인 베어링의 인자로서 마모를 감소시킬 수 있다. 풍력 터빈의 작동 중에 혼합 마찰 및 탄성 변형을 극복하기 위하여 상응하게 심한 치수 및 유체 동력학적 손실을 일으키는 연질 베어링 재료가 사용되어야만 하는 종래 기술의 플레인 베어링 시스템과 달리, 본 발명에 따른 다층 플레인 베어링에 대해서는 적합하게 경질의 표면 재료가 사용되면 유리하다는 것이 밝혀졌다. 다른 장점은 플레인 베어링이 높은 상대 압력에 노출될 수 있도록 지지면이 감소될 수 있고 전체 기어 트레인에 작은 회전 질량이 가해지게 되고, 이에 의해 손실을 더욱 감소시킬 수 있다. 더욱이, 이 방식에서는 또한 작은 크기의 기어 트레인이 가능하다. 보어의 표면 또는 샤프트를 마찰 방지 재료로 직접 코팅함으로써, 또한 플레인 베어링의 단순한 구조가 달성되고, 이에 의해 또한 비용 절감이 이루어질 수 있고 회전 질량 및 기어 트레인 크기의 감소가 달성될 수 있다.
바람직하게, 마찰 방지층은 알루미늄계 합금, 비스무트계 합금(bismuth-based alloys), 은계(silver-based) 합금 및 마찰 방지 도료를 포함하는 그룹에서 선택된 재료로 구성된다. 특히, 내마모 및 특히 마찰 공학적으로 효과적인 재료는 예를 들어 소위 "가요성 핀 솔루션(flexible pin solution)"이라 칭하는 부하-균등화 기술을 사용하지 않고 높은 출력 밀도를 갖는 콤팩트 유성 기어에 특히 유리한 것으로 밝혀졌다. 놀랍게도, 비록 마찰 방지층의 비커스 경도는 약 25 HV(0.001) 내지 60 HV(0.001)이며 앞서 설명한 마찰 방지층보다 현저하게 연질이지만 마찰 방지 도료가 또한 마찰 방지층으로서 사용될 수 있고, 여기에서 경도의 증가는 적합한 경질 입자를 첨가함으로써 달성될 수 있다.
플레인 베어링의 런 인 동안에 대항 활주면에 대한 플레인 베어링 활주면의 양호한 적응성을 달성하기 위하여 풀리머 계열 런 인 층이 마찰 방지층 위에 배열되는 것이 또한 가능하고, 여기에서 상기 런 인 층은 또한 플레인 베어링 자체의 마찰 공학적 특성을 향상시키는 것이 유리하고, 부가적으로 상기 런 인 층이 마모를 유발하는 작은 입자들로 인해 마모되면 상기 작은 입자들이 플레인 베어링 표면 또는 윤활 오일에 불리한 영향을 미치지 않는 것이 유리하며 특히 상기 폴리머 계열의 런 인 층이 마찰 방지층보다 낮은 경도를 갖는 것이 유리하다.
적어도 하나의 채널 및/또는 적어도 하나의 보어가 베어링 요소를 위한 윤활제의 공급 및 제거를 위해 기어 트레인 휠에 의해서 안내되는 샤프트에 배열될 수 있다. 주 부하 영역의 구역에서 윤활 간극 내로 직접 새로운 오일을 안내하는 특정한 오일 안내 및 오일 제거에 의해 기어 트레인의 작동시에 온도 증가가 적으며, 높은 부하와 혼합 마찰에도 불구하고 온도 증가는 더욱 효과적으로 회피된다. 유체 정역학적 지원 없이 유체 동력학적으로 작동되는 플레인 베어링에서, 전체 윤활 오일을 최소로 최적화하는 것에 의해 공급 압력, 윤활 오일의 양 및 출력 손실은 일반적으로 출력 손실과 관련한 플레인 베어링 솔로션보다 유리한 구름 베어링 솔루션에 가까워질 수 있다.
한편으로는 기어 트레인의 베어링이 더욱 정밀해질 수 있고 다른 한편으로는 임의의 가능한 요동 운동이 더욱 효과적으로 차단되기 때문에, 베어링 요소는 축선 방향으로 이격되어 배열된 적어도 두 개의 다층 플레인 베어링을 포함하는 것이 또한 유리하다.
본 발명을 잘 이해할 수 있도록 본 발명은 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명된다.
도 1은 유성 기어 형태의 기어 트레인을 측면 단면도로 도시한 도면이다.
도 2는 유성 휠의 구역에서 유성 기어의 단면을 도시한 도면이다.
우선, 다양하게 설명되는 예시적인 실시예에서 동일한 부분은 동일한 도면 부호 및 동일한 부품 명칭이 부여되었으며, 이에 의해 명세서 전체에 포함되어 있는 설명은 동일한 도면 부호 및 동일한 부품 명칭을 갖는 동일한 부분에 적용될 수 있다는 것을 유의해야 한다. 또한 명세서에 사용된 위치와 관련한 세부 사항, 예를 들어 상부, 저부, 측면 등은 도면에 도시되고 현재 설명하는 것과 관련한 것이며 위치에 변경이 있는 경우에는 새로운 위치로 조정되어야 한다. 게다가, 도시되고 설명된 다양한 예시적인 실시예의 개별적인 특징들 또는 특징들의 조합은 그 자체가 독립적인 솔루션 또는 발명의 솔루션을 나타낼 수 있다.
도 1은 풍력 터빈을 위한 간단한 유성 기어의 형태의 기어 트레인(1)을 측면 단면도로 도시한다.
일반적으로 공지된 바와 같이 풍력 터빈은 로터 블레이드를 구비한 로터가 장착되는 상단부에 배열된 곤돌라와 더불어 타워를 포함한다. 상기 로터는 곤돌라에 또한 배치된 발전기와 기어 트레인을 통하여 가동 연결되며, 기어 트레인에 의해 느린 속도의 로터는 빠른 속도의 발전기 로터로 전환된다. 이러한 풍력 터빈의 예들은 종래 기술에 있으며, 이러한 점에서 관련 문헌을 참조한다.
기어 트레인(1)은 발전기 로터에 이어지는 샤프트(3)에 비회전식으로 연결된 태양 기어(2)를 포함한다. 태양 기어(2)는 예를 들면, 2 개 바람직하게는 3 개 또는 4 개의 복수의 유성 기어(3)들에 의해 둘러싸인다. 태양 기어(2)와 유성 기어(4)들은 서로 맞물리는 스퍼 치형(5, 6)들을 포함하는데, 상기 스퍼 치형(5, 6)들은 도 1에 교차 표시로 도시되어 있다. 유성 기어(4)들은 소위 유성 샤프트를 지지하는 유성 볼트로 형성된 샤프트(8)에 다층 플레인 베어링(7)에 의해 장착된다. 상기 샤프트(8)는 적어도 유성 캐리어(9)의 한 부분과 원피스로 형성되거나 또는 유성 캐리어(9)의 보어에 개별적인 부품으로서 사용될 수 있다. 유성 기어(4)의 위에는 내면에 적어도 부분적으로 치형(11)을 포함하는 링 기어(10)가 배열되고, 링 거어의 치형은 유성 기어(4)의 스퍼 치형(6)과 맞물린다. 링 기어(10)는 풍력 터빈의 로터의 로터 샤프트(12)와 비회전식으로 연결된다. 스퍼 치형(5, 6) 또는 치형(11)은 스퍼 치형 또는 경사 치형으로 설계될 수 있다.
이러한 유성 기어 트레인은 종래 기술 예를 들면 앞서 인용한 종래 기술의 문헌으로부터 이미 공지되어 있으므로, 이러한 점에서 추가적인 설명은 불필요하다. 그러나, 유성 기어의 단일 스테이지 실시예들은 본 발명의 범위내에서 가능할 뿐만 아니라, 적어도 하나의 유성에 추가적인 스퍼 기어 스테이지들이 통합될 수 있는 예를 들어 2 스테이지 또는 3 스테이지의 복수 스테이지의 실시예들도 또한 가능하다.
게다가, 바람직하게는 본 발명이 풍력 터빈의 유성 기어들에 사용하기 위해 적용가능할 뿐만 아니라 일반적으로 풍력 터빈용, 특히 풍력 터빈의 로터의 저속을 고속으로 변환하기 위해 사용될 수도 있다는 것을 유의해야 한다.
다층 플레인 베어링(7)은 원칙적으로 플레인 베어링 하프 쉘의 형태로 형성될 수 있다. 바람직하게, 플레인 베어링 하프 쉘은 베어링 부시(13), 즉 유성 베어링 부시의 형태이다. 유성 기어(4)의 베어링 부시(13)는 예를 들어 프레스 끼워 맞춤 또는 다른 적합한 방법으로 유성 기어에 비회전식으로 연결된다.
본 발명에 따른 다층 플레인 베어링(7)은 적어도 하나의 지지층(14)과 상기 지지층 위에 코팅되는 적어도 하나의 마찰 방지층(15)으로 구성된다. 마찰 방지층(15)은 샤프트(8), 즉 유성 볼트를 위한 활주면(16)을 형성한다.
다층 플레인 베어링(7)의 다층 구조는, 유성 볼트가 유성 기어(4)의 베어링의 구역 및/또는 유성 기어(4) 자체가 유성 볼트를 장착하는 보어의 구역에서 마찰 방지층을 위한 재료로 코팅된 것에서 또한 달성될 수 있다. 이 경우에, 다층 플레인 베어링(7)의 지지층은 유성 기어(7)의 재료, 예를 들어 강 및/또는 유성 볼트의 재료 즉 샤프트(8)의 재료, 예를 들어 강으로 형성된다.
다층 플레인 베어링(7)의 이러한 이중 층의 실시예 이외에, 본 발명의 범위 내에서 중간층이 마찰 방지층(15)과 지지층(14), 예를 들어 베어링 금속층 및/또는 적어도 하나의 접합층 및/또는 확산 배리어층 사이에 배열되게 하는 것이 또한 가능하다.
베어링 금속층의 예들:
알루미늄 계열의 베어링 금속들, 특히 AlSn6CuNi, AlSn20Cu, AlSi4Cd, AlCd3CuNi, AlSi11Cu, AlSn6Cu, AlSn40, AlSn25CuMn, AlSi11CuMgNi;
구리 계열 베어링 금속들, 특히 CuSnlO, CuAl10Fe5Ni5, CuZn31Si1, CuPb24Sn2, CuSn8Bi10;
주석 계열 베어링 금속들, 특히 SnSb8Cu4, SnSb12Cu6Pb.
니켈, 은, 철 또는 크롬 계열의 합금들에 기초한 다른 베어링 금속들이 또한 사용될 수 있다.
접합층 또는 확산 배리어층은 예를 들어 알루미늄 층, 주석 층, 구리 층, 니켈 층, 은 층, 또는 그 합금 특히 이성분계 합금으로 형성될 수 있다.
바람직하게 지지층(14) 자체는 경질이며 균질한 기본적인 베어링 재료, 바람직하게는 예를 들어 CuZn31Si, CuSnZn의 CuZn 합금들을 포함하는 그룹에서 선택된 재료, AlZn 합금 또는 CuAl 합금, 강으로 만들어지며, 상기 합금들은 Si, Mg, Mn, Ni, Zr, Ti, Fe, Cr, Mo의 원소들을 총량으로 최대 10 중량%를 추가로 포함할 수 있다.
바람직하게는 마찰 방지층(15)은 마찰 방지 도료, Al, AlZn, AlSi, AlSnSi, CuAl, CuSn, CuZn, CuSnZn, CuZnSn, CuBi, Bi, Ag, AlBi를 토대로 하는 합금을 포함하는 그룹에서 선택된 재료로 구성된다.
마찰 방지층을 위한 바람직한 합금들의 예로는 AlSn20Cu, AlZn4Si3, AlZnSi4.5를 들 수 있다.
예를 들어 마찰 방지 도료로서 폴리테트라플루오로에틸렌, 퍼플루오로알콕시(perfluoroalkoxy) 공중합체, 폴리플루오로알콕시 폴리테트라 플루오로에틸린 공중합체, 에틸렌 테트라플루오로에틸렌, 폴리클로로 트리플루오로에틸렌, 불화 에틸렌 프로필렌 공중합체, 폴리비닐 플루오리드, 폴리비닐리덴 플루오라이드와 같은 불소 함유 수지, 교대 공중합체, 퍼플루오로에틸렌 프로필렌, 폴리에스테르이미드, 비스말레이미드(bismaleimide), 폴리이미드 수지와 같은 정적 공중합체(static copolymer), 카르보란이미드(carboranimide), 방향족 폴리이미드 수지, 수소 프리 폴리이미드 수지, 폴리-트리아조(triazo)-피로멜릿쓰이미드(pyromellithimide), 특히 방향족 폴리아미드 이미드, 폴리아릴 에테르 이미드, 이소시아네이트로 개질된 폴리아릴 에테르 이미드, 폴리에테르 이미드, 이소시아네이트로 개질된 폴리에테르 이미드와 같은 폴리이미드 수지, 에폭시 수지, 에폭시 수지 에스테르, 페놀 수지, 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리옥시메틸렌, 실리콘(silicones), 폴리아릴(polyaryl) 에테르, 폴리아릴 케톤, 폴리아릴 에테르 케톤, 폴리아릴 에테르 에테르 케톤, 폴리 에테르 에테르 케톤, 폴리에테르케톤, 폴리비닐리덴 디플루오리드(polyvinylidene difluoride), 폴리에틸렌 술피드, 알릴렌 술피드(allylene sulfide), 폴리 트리아조 피로멜릿쓰이미드, 폴리에스테르 이미드, 폴리아릴 술피드, 폴리비닐 술피드, 폴리페닐 술피드, 폴리술폰(polysulfone), 폴리에테르 술폰, 폴리아릴 술폰, 폴리아릴 옥사이드, 폴리아릴 술피드 및 이들의 중합체를 사용할 수 있다.
마찰 방지 도료는 건조 상태에서 40 중량% 내지 45 중량%의 MoS2, 20 중량% 내지 25 중량%의 흑연 및 30 중량% 내지 40 중량%의 폴리아미드 이미드로 구성되는 것이 바람직한데, 필요하다면 고체 윤활제의 비율을 대체하여 산화물, 질화물 또는 탄화물과 같은 경질 입자가 최대 20 중량%의 비율로 마찰 방지 도료에 포함될 수 있다.
바람직하게는, 마찰 방지층(15)은 적어도 활주면(16)의 구역에서 비커스 경도가 적어도 75 HV(0.001), 또는 마찰 방지층(15)이 마찰 방지 도료로 형성되면 25 HV(0.001) 내지 60 HV(0.001)이다. 마찰 방지층(15)에서 활주면(16)의 방향으로 경도 기울기(gradient)를 형성하는 것도 가능한데, 특히 활주면(16)의 방향으로 지지층(14)의 경도를 증가하게 할 수 있다.
또한 예를 들어 건조 상태에서 40 중량% 내지 45 중량%의 MoS2, 20 중량% 내지 25 중량%의 흑연 및 30 중량% 내지 40 중량%의 폴리아미드 이미드로 구성된 마찰 방지 도료와 같은 폴리머 계열의 런 인 층을 마찰 방지층 위에 형성하는 것도 가능하다. 게다가, 예를 들어 SiC 또는 C의 소위 DLC 층이라 하는 부가적인 경질층이 마찰 방지층 위에 코팅될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는 지지층(14)으로서 무연(lead-free) 구리 합금, 특히 CuZn31Si를 사용하고 마찰 방지층(15)으로서 AlSn20Cu를 사용한다.
더욱이, 바람직한 실시예에서 마찰 방지층(15)은 물리적 기상 증착 방법, 특히 스퍼터링 방법에 따라 지지층(14) 또는 중간층 위에 증착된다.
특히 런 인 상태에서 활주면(16)에 대항 지지면을 대한 더욱 작은 지지면을 제공하기 위하여, 활주면(16)은 소정의 표면 거칠기를 갖도록 코팅될 수 있다. 특히, 상기 활주면(16)은 0.5 ㎛의 하한과 1.5 ㎛의 상한을 갖는 범위에서 선택되는 DIN EN ISO 4287 규격에 따른 산술적인 평균 거칠기(Ra)를 가질 수 있다. 이러한 마찰 방지층(15)의 형상으로 인하여 윤활 간극의 형성이 또한 향상된다.
도 2는 본 발명의 변경 실시예를 도시하는데, 단면으로 도시된 측면도에 유성 기어(4)의 구역이 도시되어 있다. 이 변경 실시예에서, 바람직하게는 베어링 부시로서 서로 축선 방향으로 이격되어 배열된 두 개의 다층 플레인 베어링(7)이 유성 볼트인 샤프트(8)와 유성 기어(4) 사이에 배치된다. 축선 방향으로 다층 플레인 베어링(7)의 다음에는 런 인 디스크(17)가 다층 플레인 베어링(7)과 유성 캐리어(9) 사이에 구비된다. 다층 플레인 베어링(7)의 마찰 방지층(15)은 런 인 디스크(17)에 대한 단부면에도 형성되어 있으므로 다층 플레인 베어링(15)은 축선 방향의 지지 기능 이외에 방사 방향의 지지 기능도 실행한다. 전술한 변경 실시예의 다층 플레인 베어링(7)의 상응하는 형상으로 인하여, 런 인 디스크가 구비되지 않더라도 축선 방향의 안내가 또한 가능하다.
또한, 유성 기어(4)는 축선 방향에서 보았을 때 단부 측면들에 둘레방향의 환형상 홈(18)을 포함하며, 이 홈에 다층 플레인 베어링(7)이 배열된다.
도 2는 또한 다층 플레인 베어링(7)의 활주면(16)에 대한 오일 공급을 도시하고 있다. 또한, 도시 생략된 오일 저장소에 연결된 오일 유입구(20)를 형성하는 유성 캐리어(9)의 보어(19) 또는 채널 형상의 오목부를 사용하여, 오일은 두 개의 다층 플레인 베어링(7)들 간의 사이 공간(23)에서 화살표(22)를 따라 샤프트(8)의 채널(21)에 공급되는데, 상기 공간은 또한 유성 기어(4)와 샤프트(8)에 의해 한정된다. 유성 볼트인 샤프트(8)는 다층 플레인 베어링(7)의 활주면(16) 내에 오일의 분배를 지원하기 위하여 오일의 공급 구역, 즉 표면 구역의 단차부에 오목부(24)를 또한 구비할 수 있다. 그러나, 오직 샤프트(8)를 통해서 오일이 공급되도록 하는 것, 즉 유성 캐리어(9)가 오일 공급을 위한 보어(19) 또는 채널 형상의 오목부를 구비하지 않는 것도 가능하다.
대안으로 채널(21)은 다층 플레인 베어링(7)의 활주면(16) 바로 아래에 오일 배출구를 구비하는 방식으로 오일 공급이 실행되는 것이 가능하므로, 도시된 변경 실시예에서 채널은 두 개의 다층 플레인 베어링(7)들의 활주면(16)의 구역에 두 개의 오일 배출구에서 종결될 수 있다.
배출구 반대편의 측면, 즉 유성 볼트인 샤프트(8)에서의 다층 플레인 베어링(7)의 상부에서 윤활유를 제거하기 위해, 보어(25) 또는 채널 형상의 오목부들이 다층 플레인 베어링(7) 아래에 각각 구비되는데, 이 오목부들은 유성 볼트, 즉 샤프트(8)의 거의 중앙에 배열된 오목부(26) 특히 중심 보어에서 시작하는 활주면(16)의 구역에서 종결되며, 상기 중심 보어 또는 오목부(26)에 의해 오일은 오일 저장소로 다시 복귀된다. 또한 다층 플레인 베어링(7)의 상부에서의 오일 제거는 다층 플레인 베어링(7) 아래의 구역에서 유성 볼트의 표면의 오목부(27)가 환형상 오목부로서 형성된다는 점에서 오일 공급과 상이하며, 이 구역에서 다층 플레인 베어링(7)은 샤프트(8)의 두 개의 측면 웨브(27, 28)를 통하여 휴지 위치에 위치한다.
본 발명에 따른 기어 트레인(1)의 실시예에는 윤활유를 공급 및 유체 정역학적 압력을 유지하기 위한 오일 펌프 또는 오일 펌프와 유사한 장치가 없다. 오일은 부하가 가해지지 않는 베어링 측면에 대한 유체 동역학적 솔루션으로 공급되며 유성 기어(4)의 회전 운동에 의해서 베어링 자체, 즉 다층 플레인 베어링(7) 내로 들어간다. 기어 트레인(1)의 런 인 상태에서 우선 혼합 마찰이 생성되지만, 손상을 주는 상기 혼합 마찰은 다층 플레인 베어링(7)의 다층 구조에 의해서 흡수된다. 이러한 방식으로 유성 기어들을 위한 저렴한 기어 트레인(1), 특히 베어링 요소가 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 기어 트레인(1)의 실시예에서 기어 트레인은 부하 균등화를 하지 않고 작동하기 때문에, 에지 캐리어가 또한 형성될 수 있도록 다층 플레인 베어링(7)의 방사 방향의 변위가 가능하다. 방사 방향의 변위는 경질의 마찰 방지층(15) 및 런 인 층에 의해 평형화 또는 균등화된다. 기어 트레인(1)를 시험하는 동안 날카로운 형태의 마모는 더 이상 발생하지 않고 마모는 다층 플레인 베어링(7)의 전체 둘레에 걸쳐서 분포되므로, 이러한 마모가 다층 플레인 베어링(7)의 현저한 손상 또는 기능적인 손상에 이르지 않는 것을 확인하였다.
상기 예시적인 실시예들은 기어 트레인(1) 또는 다층 플레인 베어링에 대한 가능한 실시예들을 나타내고 있는데, 이러한 점에서 본 발명은 도시된 실시예로 제한되지 않으며 개별적인 변경 실시예의 다양하고 상이한 조합이 가능하고, 이러한 가변성은 기술적인 절차에 대한 교시에 의한 당업자의 능력 범위 내에 속하는 것이라는 것을 유의해야 한다.
마지막으로, 형식적인 절차의 관점에서 기어 트레인(1) 또는 다층 플레인 베어링(7)의 구조를 잘 이해할 수 있도록, 다층 플레인 베어링 및 그 부품들은 부분적으로 실제의 축척 비율로 표시되지 않았거나/않았으며 크기가 확대 및/또는 축소되었다는 것을 유의해야 한다.
1 : 기어 트레인 2 : 태양 기어
3 : 샤프트 4 : 유성 기어
5 : 스퍼 치형 6 : 스퍼 치형
7 : 다층 플레인 베어링 8 : 샤프트
9 : 유성 캐리어 10 : 링 기어
11 : 치형 12 : 로터 샤프트
13 : 베어링 부시 14 : 지지층
15 : 마찰 방지층 16 : 활주면
17 : 런-인 디스크 18 : 환형상 홈
19 : 보어 20 : 오일 유입구
21 : 채널 22 : 화살표
23 : 사이 공간 24 : 오목부
25 : 보어 26 : 오목부
27 : 웨브 28 : 웨브

Claims (10)

  1. 베어링 요소에 의해 샤프트(8)에 각각 지지되는 복수의 기어, 특히 유성 기어(4)를 포함하는 풍력 터빈용 기어 트레인(1) 특히 유성 기어 트레인으로서, 상기 베어링 요소는 다층 플레인 베어링(7)인 것을 특징으로 하는 기어 트레인.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다층 플레인 베어링(7)은 베어링 부시(13)로서 형성되는 것을 특징으로 하는 기어 트레인.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 다층 플레인 베어링(7)은 적어도 하나의 지지층(14) 및 적어도 하나의 마찰 방지층(15)을 포함하며, 마찰 방지층(15)은 적어도 활주면(16)의 표면 구역에서 비커스 경도가 적어도 75 HV(0.001)이거나 또는 마찰 방지층이 마찰 방지 도료인 경우에는 비커스 경도가 25 HV(0.001) 내지 60 HV(0.001)인 것을 특징으로 하는 기어 트레인.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    샤프트(8)를 장착하는 기어 휠의 보어의 내면 및/또는 샤프트(8)의 외면에 마찰 방지층(15)이 코팅되고, 적어도 하나의 중간층이 구비될 수도 있으며, 상기 마찰 방지층(15)은 적어도 활주면(16)의 표면 구역에서 비커스 경도가 적어도 75 HV(0.001)이거나 또는 마찰 방지층이 마찰 방지 도료인 경우에는 비커스 경도가 25 HV(0.001) 내지 60 HV(0.001)인 것을 특징으로 하는 기어 트레인.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 마찰 방지층(15)은 알루미늄계 합금, 비스무트계 합금, 은계 합금 및 마찰 방지 도료를 포함하는 그룹에서 선택된 재료로 만들어지거나 그 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 기어 트레인.
  6. 제3항 또는 제5항에 있어서,
    폴리머 계열의 런 인 층이 마찰 방지층(15) 위에 코팅되는 것을 특징으로 하는 기어 트레인.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    샤프트(8)에 적어도 하나의 채널(21) 및/또는 적어도 하나의 보어(25)가 베어링 요소를 위한 윤활제를 공급 및 제거하기 위해서 배열된 것을 특징으로 하는 기어 트레인.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 베어링 요소는 축선 방향으로 서로 이격되어 배열된 적어도 두 개의 다층 플레인 베어링(7)을 포함하는 것을 특징으로 하는 기어 트레인.
  9. 로터 및 발전기를 포함하는 풍력 터빈에 있어서,
    상기 로터와 상기 발전기 사이에 기어 트레인(1), 특히 유성 기어가 배열되고 상기 기어 트레인은 상기 로터 및 발전기와 가동 연결되어 있으며, 상기 기어 트레인(1)은 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따라 형성된 것을 특징으로 하는 풍력 터빈.
  10. 풍력 터빈의 기어 트레인(1), 특히 유성 기어에 사용되는 것을 특징으로 하는 다층 플레인 베어링(7)의 용도.
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