WO2012004067A1 - Getriebe - Google Patents

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WO2012004067A1
WO2012004067A1 PCT/EP2011/059104 EP2011059104W WO2012004067A1 WO 2012004067 A1 WO2012004067 A1 WO 2012004067A1 EP 2011059104 W EP2011059104 W EP 2011059104W WO 2012004067 A1 WO2012004067 A1 WO 2012004067A1
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lubricant
transmission
wind turbine
planetary
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Jochen Walliser
Ulf Lang
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Zf Friedrichshafen Ag
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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 in the drive train of a wind turbine according to the preamble of claim 1, and to a wind turbine according to claim 7.
  • Transmissions with at least one planetary gear are used in the drive train of a Windkraftan leash to realize the required ratios between the low speeds of the wind rotor and the higher generator speeds, so that network-suitable frequencies are generated in this way.
  • DE 10260132 A1 describes a planetary gear for a wind turbine with a lubricating oil supply, in which the lubrication points in the planetary gear are supplied via a housing fixedly arranged insert ring with oil guide channels with lubricating oil.
  • the bearings of the planet gears are supplied by channels in the planet carrier with lubricating oil.
  • EP 1717489 A2 a transmission for wind turbines with a planetary gear stage is known, in which the lubrication points are lubricated by means of a forced circulation lubrication system.
  • the lubricating oil is thereby promoted by a pump from an oil sump via a centrally arranged lubricating shaft and through channels in the planet carrier to the teeth of the planetary gear stage and the bearings of the planetary gears.
  • a transmission of a wind turbine which comprises a gear housing, a planetary gear with a sun gear, a planet carrier rotatably mounted therein planetary gears, and a ring gear.
  • the planet carrier rotator side is rotatably connected to a rotor of the wind turbine and rotatably supported by a plurality of axially spaced-apart planet carrier bearing in the transmission housing.
  • At least one lubrication channel for lubricating the planetary wheel bearings is provided in the planet carrier.
  • the lubrication channel for lubricating the Planetenradlagerache passes the lubricant, for example, further to the bearings of the planet gears through channels in the planetary wheel, which are fixedly arranged in the planet carrier and on which the planet gears are rotatably mounted.
  • a planetary carrier bearing arranged on the rotor side is also supplied with lubricant via the lubricating channel in the planet carrier.
  • the rotor-side planet carrier bearing is thus pressure-lubricated by the planet carrier.
  • all other bearings of the planet carrier are supplied via the lubrication channel in the planet carrier with lubricant.
  • the output is arranged on the rotor of the wind turbine tan lays opposite side of the transmission.
  • a further preferred embodiment of the invention is characterized in that all lubrication points in the transmission of only one lubricant pump be concerned.
  • the structure of the lubrication further simplifies, whereby the lubrication device is cheaper and more robust.
  • Another aspect of the invention relates to the supply of the lubricant to the rotatably mounted planet carrier.
  • the lubricant is supplied through a concentric with the sun gear and guided through the sun gear lubricant line to the lubrication channel in the planet carrier, wherein the lubricant line rotatably connected to the planet carrier.
  • This makes it possible to arrange the transition point in the lubricant supply line between a housing-fixed lubrication channel and the lubrication channel in the rotating planet carrier axially away from the planetary gear.
  • the radial play of the mutually moving components is significantly lower, whereby the seal is simplified at the transition point between the housing-fixed lubrication channel and the lubrication channel in the rotating component.
  • the lubricant line guided through the sun gear has an annular cross section.
  • the lubricant line can be limited inside by the outside of a tube, which is passed through the sun gear and through the entire planetary gear through to the rotor.
  • further supply and / or control lines can be laid through this tube.
  • the planet carrier of the transmission is rotatably mounted in the transmission housing by means of two rolling bearings. This type of bearing allows the direct introduction of the high forces from the planetary gear stage into the housing and a robust construction of the planetary gear stage, which ensures reliable and long-term operation of the system.
  • the present invention further includes a wind turbine having a transmission described above.
  • FIG. 1 shows a section of a transmission according to the invention in a sectional view.
  • a sun gear 1 is rotatably arranged in the center of a planetary gear.
  • the sun gear 1 is engaged with a plurality of planetary gears, not shown, and derives the torque on the output side via the sunwheel shaft 1 formed as a hollow shaft.
  • the planetary gears are rotatably mounted in a planet carrier 2 and are in addition to the sun gear 1 with a ring gear, not shown, in engagement.
  • Rotor side, i. relative to the sun gear shaft 1 1 is connected to the planet carrier 2, not shown rotor of the wind turbine rotatably connected.
  • the planet carrier 2 is rotatably mounted in a transmission housing 4 via the planet carrier bearing 3 and further, spaced axially arranged planet carrier bearing.
  • the planet carrier bearing 3 is formed in this example as a skewed roller bearing.
  • the planet carrier 2 is the output side in a further, not shown planet carrier bearing, stored in the transmission housing 4.
  • the transmission housing 4 may consist of several housing parts, which are screwed together, for example.
  • a double-walled tube 7 is guided.
  • the tube 7 is thus rotatable and arranged concentrically in the sun gear 1.
  • the tube 7 is rotatably connected to the planet carrier 2 near its rotor-side end via a connecting element 10.
  • a lubricant line 6 with annular cross-section.
  • the lubricant line 6 is connected via at least one opening 9 in the outer wall of the double-walled tube 7 in the region of the planet carrier 2 with a lubrication channel 15 in the connecting element 10.
  • the lubrication channel 15 extends in the connecting element 10 radially outward and opens into the lubrication channel 5 in the planet carrier 2.
  • the lubricant line 6 is sealed with the annular cross-section in the tube 7.
  • the lubricant is supplied to supply the planet carrier bearing 3 by a lubricant pump, not shown, the annular lubricant line 6 in the tube 7 from the output side.
  • a lubricant pump not shown
  • the annular lubricant line 6 in the tube 7 from the output side.
  • the lubricant conveyed under pressure passes into the lubrication channel 15 in the connecting element 10 and further into the lubrication channel 5 in the planet carrier 2 up to an outlet opening 12 near the planet carrier bearing 3. From there, the lubricant is pressed directly into the planet carrier bearing 3.
  • a portion of the lubricant is conveyed through a side channel 14 to a further outlet opening 14, from where the teeth of the planet gears and the sun gear 1 are lubricated.
  • the planetary gear bearings not shown, by means of which the planetary gears are mounted on Planetenradbolzen in the planet carrier, supplied by the lubricating channel 5 and another, not shown side channel with lubricant.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe einer Windkraftanlage, wobei das Getriebe eine Planetenradstufe mit einem Sonnenrad (1), einem Planetenträger (2) mit darin drehbar gelagerten Planetenrädern und ein Hohlrad umfasst. Der Planetenträger (2) ist rotorseitig drehfest mit einem Rotor der Windkraftanlage verbunden und mittels mehrerer axial zueinander beabstandet angeordneter Planetenträgerlager (3) in einem Getriebegehäuse (4) drehbar gelagert. In dem Planetenträger (2) ist zumindest ein Schmierkanal (5) zur Schmierung von Planetenradlagerungen vorgesehen. Erfindungsgemäß wird ein rotorseitig angeordnetes Planetenträgerlager (3) ebenfalls durch den Schmierkanal (5) in dem Planetenträger (2) mit Schmierstoff versorgt. Die Erfindung umfasst des Weiteren eine Windkraftanlage mit einem derartigen Getriebe.

Description

Getriebe
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe im Antriebsstrang einer Windkraftanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 , sowie eine Windkraftanlage gemäß Anspruch 7.
Getriebe mit zumindest einer Planetenradstufe werden im Antriebsstrang einer Windkraftan läge eingesetzt, um die geforderten Übersetzungen zwischen den niedrigen Drehzahlen des Windrotors und den höheren Generatordrehzahlen zu realisieren, sodass auf diese Weise netztaugliche Frequenzen generiert werden.
Wichtige Voraussetzung für einen zuverlässigen und wirtschaftlichen Betrieb einer Windkraftanlage ist die hohe Verfügbarkeit aller Komponenten der Windkraftanlage. Dabei müssen im Antriebsstrang einer typischen Windkraftanlage mit einer Leistung von mehreren Megawatt extrem hohe Drehmomente und Kräfte übertragen werden, beispielsweise von einem Planetengetriebe. Wegen der exponierten Lage eines Antriebsstranges in der Gondel einer Windkraftanlage an der Spitze eines bis zu über 100 Meter hohen Turmes sind Wartungsarbeiten deutlich aufwändiger als Wartungsarbeiten bei Maschinenantrieben am Boden. Demzufolge kommt einer zuverlässigen Schmierung in den Getrieben einer Windkraftanlage eine wesentliche Bedeutung zu, um den Verschleiß und den Wartungsbedarf dieser Komponenten auf ein Minimum zu reduzieren und um Ausfallzeiten zu vermeiden.
Zur Schmierung der Bauteile in Planetengetrieben in Windkraftanlagen sind bereits mehrere Schmiervorrichtungen bekannt. So beschreibt die DE 10260132 A1 ein Planetengetriebe für eine Windkraftanlage mit einer Schmierölversorgung, bei der die Schmierstellen in dem Planetengetriebe über einen gehäusefest angeordneten Einsatzring mit Ölführungskanälen mit Schmieröl versorgt werden. Die Lager der Planetenräder werden dabei durch Kanäle in dem Planetenträger mit Schmieröl versorgt. Des Weiteren ist aus der EP 1717489 A2 ein Getriebe für Windkraftanlagen mit einer Planetengetriebestufe bekannt, bei dem die Schmierstellen mittels eines Zwangsumlaufs-Schmiersystems geschmiert werden. Das Schmieröl wird dabei von einer Pumpe aus einem Ölsumpf über eine zentral angeordnete Schmierwelle und durch Kanäle in dem Planetenträger zu den Verzahnungen der Planetengetriebestufe und zu den Lagern der Planetenräder gefördert.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Getriebe im Antriebsstrang einer Windkraftanlage im Hinblick auf geringe Herstellkosten und hohe Zuverlässigkeit der Windkraftanlage weiter zu verbessern. Des Weiteren soll eine Windkraf tan läge mit einem derart verbesserten Getriebe geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Getriebe einer Windkraftanlage gemäß Patentanspruch 1 , und durch eine Windkraftanlage gemäß Patentanspruch 7 gelöst. Die jeweiligen abhängigen Ansprüche beinhalten bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Demnach wird ein Getriebe einer Windkraftanlage beansprucht, welches ein Getriebegehäuse, eine Planetenradstufe mit einem Sonnenrad, einen Planetenträger mit darin drehbar gelagerten Planetenrädern, sowie ein Hohlrad umfasst. Dabei ist der Planetenträger rotorseitig drehfest mit einem Rotor der Windkraftanlage verbunden und mittels mehrerer axial zueinander beabstandet angeordneter Planetenträgerlager in dem Getriebegehäuse drehbar gelagert. In dem Planetenträger ist zumindest ein Schmierkanal zur Schmierung der Planetenradlagerungen vorgesehen. Der Schmierkanal zur Schmierung der Planetenradlagerungen leitet den Schmierstoff beispielsweise weiter zu den Lagern der Planetenräder über Kanäle in den Planeten- radbolzen, die fest in dem Planetenträger angeordnet sind und auf denen die Planetenräder drehbar gelagert sind.
Erfindungsgemäß wird nun ein rotorseitig angeordnetes Planetenträgerlager ebenfalls über den Schmierkanal in dem Planetenträger mit Schmierstoff versorgt. Das rotorseitige Planetenträgerlager wird also durch den Planetenträger hindurch druckgeschmiert.
Insbesondere durch die großen Abmessungen von Getrieben für Windkraftanlagen erfordert jede zusätzliche Schmierstoffleitung einen erheblichen Aufwand bei der Herstellung. Gerade das schwer zugängliche rotorseitige Planetenträgerlager wäre ohne die erfindungsgemäße Schmierstoffversorgung durch den Planetenträger nur mit erheblichem Bauaufwand über zusätzliche Schmierstoffleitungen erreichbar. Durch die gemeinsame Nutzung des Schmierkanals in dem Planetenträger zur Schmierstoffversorgung sowohl der Planetenradlager, als auch des rotorseitig angeordneten Planetenträgerlagers entfällt die Notwendigkeit aufwändiger separater Schmierstoffleitungen für diese Planetenträgerlagerung. Des Weiteren erhöht jede separat angeordnete Schmierstoffleitung das Ausfallrisiko während des Betriebes der Windkraf tan läge insbesondere wegen den genannten erschwerten äußeren Bedingungen. Durch die erfindungsgemäße Schmierstoffversorgung durch Kanäle im Inneren des Planetenträgers wird die Schmiereinrichtung deshalb auch robuster und langlebiger.
Vorzugsweise werden auch alle weiteren Lagerstellen des Planetenträgers über den Schmierkanal in dem Planetenträger mit Schmierstoff versorgt. Dazu zählt insbesondere ein abtriebsseitig angeordnetes zweites Planetenträgerlager. Der Abtrieb ist auf der dem Rotor der Windkraf tan läge gegenüberliegenden Seite des Getriebes angeordnet. Durch die Schmierstoffversorgung aller Lagerstellen des Planetenträgers durch den Schmierkanal in dem Planetenträger können weitere separate Schmierstoffleitungen und Kanäle für die Planetenträgerlager eingespart werden. Neben den Planetenträgerlagern und den Planetenradlagern können über den gleichen Schmierkanal im Planetenträger auch die Verzahnungen der Planetenradstufe mit Schmierstoff versorgt werden, indem an geeigneten Stellen Seitenkanäle vorgesehen werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass alle Schmierstellen in dem Getriebe von nur einer Schmierstoffpumpe ver- sorgt werden. In Verbindung mit der gemeinsamen Förderung des Schmierstoffes für alle Schmierstellen in dem Getriebe durch den Schmierkanal im Planetenträger vereinfacht sich der Aufbau der Schmiereinrichtung weiter, wodurch die Schmiereinrichtung kostengünstiger und robuster wird.
Gegenüber einer Schmierstoffversorgung der Planetenträgerlager durch separate Schmierstoffleitungen bzw. Schmierstoffkanäle ergeben sich durch die erfindungsgemäße„zentralisierte" Schmierstoffversorgung insgesamt kürzere Schmierstoffleitungen zwischen der Schmierstoffpumpe und den Schmierstellen. In den kürzeren Schmierstoffleitungen und Schmierstoffkanälen ergibt sich ein geringerer Strömungswiderstand für den Schmierstoff und die Leistung der Schmierstoffpumpe, sowie deren Energiebedarf können entsprechend reduziert werden.
Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft die Zuführung des Schmierstoffes zu dem drehbar gelagerten Planetenträger. Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird der Schmierstoff durch eine konzentrisch zum Sonnenrad angeordnete und durch das Sonnenrad hindurch geführte Schmierstoffleitung dem Schmierkanal im Planetenträger zugeführt, wobei die Schmierstoffleitung drehfest mit dem Planetenträger verbunden sind. Dies ermöglicht es, die Übergangsstelle in der Schmierstoffzuleitung zwischen einem gehäusefesten Schmierkanal und dem Schmierkanal im rotierenden Planetenträger axial entfernt von der Planetenradstufe anzuordnen. An einer axial entfernten Stelle ist das radiale Spiel der zueinander bewegten Komponenten deutlich geringer, wodurch die Abdichtung an der Übergangsstelle zwischen dem gehäusefesten Schmierkanal und dem Schmierkanal in rotierenden Bauteil vereinfacht ist.
Besonders bevorzugt weist die durch das Sonnenrad hindurch geführte Schmierstoffleitung einen ringförmigen Querschnitt auf. Auf diese Weise kann die Schmierstoffleitung innen durch die Außenseite eines Rohres begrenzt werden, welches durch das Sonnenrad und durch die gesamte Planetenradstufe hindurch bis zum Rotor geführt ist. Durch dieses Rohr können beispielsweise weitere Versor- gungs- und/oder Steuerleitungen verlegt werden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung ist der Planetenträger des Getriebes mittels zweier Wälzlager in dem Getriebegehäuse drehbar gelagert. Diese Art der Lagerung ermöglicht die direkte Einleitung der hohen Kräfte aus der Planeten- radstufe in das Gehäuse und einen robusten Aufbau der Planetenradstufe, wodurch ein zuverlässiger und langfristiger Betrieb der Anlage gewährleistet ist.
Die vorliegende Erfindung umfasst des Weiteren eine Windkraftanlage mit einem oben beschriebenen Getriebe.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles, das in der nachfolgenden Figur dargestellt ist, näher erläutert. Die Figur zeigt einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Getriebe in einer Schnittdarstellung.
Ein Sonnenrad 1 ist im Zentrum einer Planetenradstufe rotierbar angeordnet. Das Sonnenrad 1 ist mit mehreren nicht dargestellten Planetenrädern im Eingriff und leitet das Drehmoment abtriebsseitig über die als Hohlwelle ausgebildete Sonnen- radwelle 1 1 ab. Die Planetenräder sind in einem Planetenträger 2 drehbar gelagert und stehen neben dem Sonnenrad 1 auch mit einem nicht dargestellten Hohlrad im Eingriff. Rotorseitig, d.h. gegenüber der Sonnenradwelle 1 1 ist mit dem Planetenträger 2 ein nicht dargestellter Rotor der Windkraftanlage drehfest verbunden. Der Planetenträger 2 ist über das Planetenträgerlager 3 und weitere, dazu axial beabstandet angeordnete Planetenträgerlager in einem Getriebegehäuse 4 rotierbar gelagert. Das Planetenträgerlager 3 ist in diesem Beispiel als Schrägwälzlager ausgebildet. Der Planetenträger 2 ist abtriebsseitig in einem weiteren, nicht dargestellten Planetenträgerlager, im Getriebegehäuse 4 gelagert. Das Getriebegehäuse 4 kann aus mehreren Gehäuseteilen bestehen, die beispielsweise miteinander verschraubt sind.
Durch eine konzentrisch in dem Sonnenrad 1 und der Sonnenradwelle 1 1 angeordnete Bohrung 8 ist ein doppelwandiges Rohr 7 hindurch geführt. Das Rohr 7 ist somit rotierbar und konzentrisch in dem Sonnenrad 1 angeordnet. Das Rohr 7 ist nahe seinem rotorseitigen Ende über ein Verbindungselement 10 drehfest mit dem Planetenträger 2 verbunden. Zwischen den beiden Wänden des doppelwandigen Roh- res 7 befindet sich eine Schmierstoffleitung 6 mit ringförmigem Querschnitt. Die Schmierstoffleitung 6 ist über mindestens eine Öffnung 9 in der äußeren Wand des doppelwandigen Rohres 7 im Bereich des Planetenträgers 2 mit einem Schmierkanal 15 in dem Verbindungselement 10 verbunden. Der Schmierkanal 15 verläuft in dem Verbindungselement 10 radial nach außen und mündet in den Schmierkanal 5 im Planetenträger 2. An ihrem rotorseitigen Ende ist die Schmierstoffleitung 6 mit dem ringförmigen Querschnitt in dem Rohr 7 dicht verschlossen.
Der Schmierstoff wird zur Versorgung des Planetenträgerlagers 3 von einer nicht dargestellten Schmierstoffpumpe der ringförmigen Schmierstoffleitung 6 in dem Rohr 7 von der Abtriebsseite zugeführt. Durch die Öffnung 9 gelangt der unter Druck geförderte Schmierstoff in den Schmierkanal 15 in dem Verbindungselement 10 und weiter in den Schmierkanal 5 im Planetenträger 2 bis zu einer Austrittsöffnung 12 nahe dem Planetenträgerlager 3. Von dort wird der Schmierstoff direkt in das Planetenträgerlager 3 gedrückt.
Vom Schmierkanal 5 aus wird ein Teil des Schmierstoffes durch einen Seitenkanal 14 zu einer weiteren Austrittsöffnung 14 gefördert, von wo aus die Verzahnung der Planetenräder und des Sonnenrades 1 geschmiert werden. Des Weiteren werden auch die nicht dargestellten Planetenradlagerungen, mittels derer die Planetenräder auf Planetenradbolzen in dem Planetenträger gelagert sind, durch den Schmierkanal 5 und einen weiteren, nicht dargestellten Seitenkanal mit Schmierstoff versorgt.
Bezuqszeichen
Sonnenrad
Planetenträger
Planetenträgerlager
Getriebegehäuse
Schmierkanal
Schmierstoffleitung
Rohr
Bohrung
Öffnung
Verbindungselement
Sonnenradwelle
Austrittsöffnung
Seitenkanal
Austrittsöffnung
Schmierkanal

Claims

Patentansprüche
1 . Getriebe einer Windkraftanlage, wobei das Getriebe ein Getriebegehäuse (4), eine Planetenradstufe mit einem Sonnenrad (1 ), einen Planetenträger (2) mit darin drehbar gelagerten Planetenrädern und ein Hohlrad umfasst, wobei der Planetenträger (2) rotorseitig drehfest mit einem Rotor der Windkraftanlage verbunden ist, wobei der Planetenträger (2) mittels mehrerer axial zueinander beabstandet angeordneter Planetenträgerlager (3) in dem Getriebegehäuse (4) drehbar gelagert ist, und wobei in dem Planetenträger (2) zumindest ein Schmierkanal (5) zur Schmierung von Planetenradlagerungen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein rotorseitig angeordnetes Planetenträgerlager (3) durch den Schmierkanal (5) in dem Planetenträger (2) mit Schmierstoff versorgt wird.
2. Getriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass alle Planetenträgerlager (3) durch den Schmierkanal (5) in dem Planetenträger (2) mit Schmierstoff versorgt werden.
3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass alle Lagerstellen in dem Getriebe von nur einer Schmierstoffpumpe versorgt werden.
4. Getriebe nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierstoff durch eine konzentrisch zum Sonnenrad (1 ) angeordnete und durch das Sonnenrad (1 ) hindurch geführte Schmierstoffleitung (6) dem Schmierkanal (5) im Planetenträger (2) zuführbar ist, wobei die Schmierstoffleitung (6) drehfest mit dem Planetenträger (2) verbunden ist.
5. Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmierstoffleitung (6) einen ringförmigen Querschnitt aufweist.
6. Getriebe nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (2) mittels zweier Wälzlager in dem Getriebegehäuse (4) drehbar gelagert ist.
7. Windkraftanlage, gekennzeichnet durch ein Getriebe nach einem der vorgenannten Ansprüche.
PCT/EP2011/059104 2010-07-09 2011-06-01 Getriebe WO2012004067A1 (de)

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DE102010031161A DE102010031161A1 (de) 2010-07-09 2010-07-09 Getriebe

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