WO2014082781A1 - Getriebeeinheit mit plusgetriebesatz - Google Patents

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WO2014082781A1
WO2014082781A1 PCT/EP2013/071227 EP2013071227W WO2014082781A1 WO 2014082781 A1 WO2014082781 A1 WO 2014082781A1 EP 2013071227 W EP2013071227 W EP 2013071227W WO 2014082781 A1 WO2014082781 A1 WO 2014082781A1
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WO
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gear
planetary stage
planetary
carrier
stage
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PCT/EP2013/071227
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Inventor
Jochen Witzig
Michael Obergasser
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • F16H—GEARING
    • F16H1/00—Toothed gearings for conveying rotary motion
    • F16H1/28—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion
    • F16H1/46—Systems consisting of a plurality of gear trains each with orbital gears, i.e. systems having three or more central gears
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D15/00—Transmission of mechanical power
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D15/00—Transmission of mechanical power
    • F03D15/10—Transmission of mechanical power using gearing not limited to rotary motion, e.g. with oscillating or reciprocating members
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    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
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    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/40—Transmission of power
    • F05B2260/403—Transmission of power through the shape of the drive components
    • F05B2260/4031—Transmission of power through the shape of the drive components as in toothed gearing
    • F05B2260/40311—Transmission of power through the shape of the drive components as in toothed gearing of the epicyclic, planetary or differential type
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • 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 balancing gear of Ausgieichsstirnradcruung and the other sun shaft with the other Ausretesstirnrad in operative connection.
  • a transmission unit in particular for a wind turbine, having a drive-side first planetary stage and a driven-side third planetary stage. At least one second planetary stage is arranged between these two planetary stages.
  • the ring gears of the first planetary stage and the second planetary stage are fixed. Preferably, they form part of a housing of the gear unit.
  • the design complexity of the transmission unit is reduced, as a complex and, especially at high loads, error-prone storage of the ring gears deleted.
  • the gear unit is thus made more robust, so that the technical risk of failure is reduced.
  • the first, second and third planetary stage are coupled to each other such that a drive-side torque to the first and second planetary stage can be divided and merged in the third planetary stage.
  • the gear unit can be made very compact even for high torques, thereby reducing the overall weight of the gear unit.
  • the first or the second planetary stage has a plus gear set, which is designed such that the sun gears of the first and second planetary stage are able to rotate in opposite directions.
  • the positive gear set thus causes a reversal of direction between an input and an output torque within one of the two planetary stages.
  • a positive gear set are arranged instead of the conventional planet gears.
  • the sun wheels of the first and second planetary stages which are thus able to rotate in different directions, can be coupled with the third planetary stage in a simple and space-saving manner.
  • the integration of the at least one positive gear set in one of the two planetary stages thus allows a constructive simplification of the transmission unit and a reduction of the technical failure risk combined with the advantages of compact design and high translation options.
  • the positive gear set has a radially inner gear meshing with the sun gear of the planetary stage and a radially outer gear meshing with the ring gear of the planetary stage. If the two gears are coupled together so that they are able to rotate in opposite directions, in particular with a corresponding arrangement in the region between the radially inner sun gear and the radially outer ring gear, a reversal of rotation can be implemented with structurally simple means. Accordingly, the positive gear set causes that designed as a positive gear sets planetary gears as a unit in the circumferential direction of the planetary stage with respect to the sun in different directions are able to rotate, creating a space-saving and structurally simple implementation of the direction of rotation reversal is possible.
  • the two gears of the positive gear set are held radially by means of a gear carrier and / or are coupled together such that they are able to rotate in the circumferential direction of the planetary stage together about the sun gear of the planetary stage.
  • By coupling the two gears by means of the gear carrier thus advantageously rotates the sun gear in a direction opposite to the gear carrier direction.
  • a reversal of direction occurs between the input torque and the output torque of the planetary stage.
  • the sun gears of the first and second planetary gears advantageously rotate in opposite directions in the circumferential direction of the gear unit.
  • the gear unit has a total carrier.
  • This preferably comprises the gear carrier of a planetary stage and a planet carrier of the other planetary stage.
  • the gear carrier and the planet carrier are thus rotatably coupled together as a total carrier.
  • the coupling between the gear carrier and the planet carrier can be formed positively, material and / or non-positively.
  • the gear carrier and the planet carrier by means of fastening means, in particular screws, bolts and / or rivets, be interconnected, so that the overall carrier is formed.
  • fastening means in particular screws, bolts and / or rivets
  • the overall carrier is formed in one piece.
  • the manufacturing cost can be reduced if the overall carrier is cast in one piece.
  • a weight optimization can take place, which can compensate for the higher gear weight due to the additional planets in the positive gear set.
  • the total carrier has only two bearings.
  • the manufacturing costs of the transmission unit are reduced because expensive bearings are saved.
  • the first of the two bearings is arranged in the region of a drive-side end face and the second bearing is arranged in the region of an end face of the overall carrier facing toward the output side, in particular toward the third planetary stage.
  • expensive bearings in the connection area between the gear carrier of a planetary stage and the planet carrier of the other planetary stage accounts.
  • the gear unit thus becomes more compact, in particular 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 sun gear of the second planetary stage is designed as a hollow shaft.
  • the sun gear formed as a solid shaft of the first planetary stage may at least partially extend into the hollow shaft, whereby the overall volume of the transmission unit is reduced.
  • the sun gear of the first planetary stage can also be designed as a hollow shaft.
  • the sun gears designed as hollow shaft and / or solid shaft have toothing at least at one of their two ends, by means of which meshing into at least one planetary gear or at least one positive gear set of at least one of the two planetary stages is achieved. can follow.
  • a planetary gear or a positive gear set may be rotatably mounted at one of the two ends.
  • one of the two sun gears in particular that of the first planetary stage, is coupled with the planetary gears and / or a planet carrier of the third planetary stage and the other sun gear, in particular that of the second planetary stage, with the ring gear of the third planetary stage.
  • a structurally simple and robust implementation of the gear unit can be carried out in particular when the total carrier is coupled to a drive shaft and / or the sun gear of the third planetary stage with an output shaft.
  • the drive and the output shaft are arranged in particular coaxial with each other and / or have the same direction of rotation.
  • 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 1 .550 1 / min.
  • the spur gear can also be designed as a medium-speed application, in which a larger generator with a much 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 shows a schematic half-view of a torque-dividing transmission unit with three planetary stages
  • FIG. 2 shows a side sectional view of an overall carrier of the gear unit with gear carrier and planet carrier
  • Figure 4 is a driven side view of the overall carrier.
  • FIG. 1 shows a gear unit 1 in a schematic half-view.
  • the transmission unit 1 comprises a first planetary stage 2, which is arranged on the drive side in the transmission unit 1.
  • the transmission unit 1 On the output side, the transmission unit 1 has a third planetary stage 4.
  • a second planetary stage 3 is arranged between the first planetary stage 2 and the third planetary stage 4.
  • the three planetary stages 2, 3, 4 are coupled to one another in such a way that a drive-side torque is distributed to the first and second planetary stages 2, 3.
  • the transmission unit 1 advantageously be made more compact, since the first and second planetary stage 2, 3 each have to withstand a lower torque.
  • the divided on the first and second planetary stage 2, 3 torque is merged in the output side region of the transmission unit 1 in the third planetary stage 4 again.
  • the planet gears 1 1 of the first and third planetary stage 2, 4 are each held in a planet carrier 1 2, 13. They rotate accordingly through the planet carrier 1 2, 1 3 in the circumferential direction of the gear unit 1 to the respective sun gear 5, 7 out.
  • the planet gears 1 1 of the second planetary stage 3 are formed in this each as a plus gear set 14.
  • the positive gear set 14 has a radially inner gear 1 5 and a radially externa ßeres gear 1 6.
  • the radially inner gear 1 5 meshes with the sun gear 6 of the second planetary stage 3 a.
  • the radially externa ßere gear 1 6 is in contrast arranged in the region between the sun gear 6 and the ring gear 9 such that it in a radially externa ßeren area with the ring gear 9 of the second Pla- combed in netencut 3.
  • the two gears 15, 16 are coupled to one another in such a way that they always rotate in opposite directions to one another. For this purpose, they are interlinked in a region 17.
  • the two gearwheels 15, 16 of the positive gear set 14 are held rotatably relative to one another and in the region between the sun gear 6 and the ring gear 9 by means of a gear carrier 18 and guided in the circumferential direction of the gear unit 1.
  • the two gears 15, 1 6 are therefore rotatably formed by the gear carrier 18 to the sun gear 6.
  • the first planet carrier 12 of the first planetary stage 2 and the gear carrier 18 of the second planetary stage 3 are formed as a total carrier 19.
  • the planetary gears 1 1 of the first planetary stage 2 and the gears 15, 1 6 of the plus gear sets 14 rotate together by the coupling by means of the total carrier 19 in the circumferential direction of the gear unit 1 to the respective sun gear 5, 6th
  • the overall support 19 can, as shown in Figures 2 to 4, be integrally formed in one piece or else in an embodiment not shown in the figures.
  • the gear carrier 18 and the first planetary carrier 12 of the first planetary stage 2 would each form part of the overall carrier 19.
  • In a connection region of the gear carrier 18 with the first planet carrier 12 is positively, force and / or materially connected.
  • fastening means in particular screws, bolts and / or rivets, is releasably connected.
  • the transmission unit 1 on the drive side a drive shaft 20, by means of which a high torque at a relatively low speed is introduced into the transmission unit 1.
  • the drive shaft 20 is coupled to the first planet carrier 12 of the first planetary stage 2. Due to the fact that the overall carrier 19 comprises both the first planet carrier 12 of the first planetary stage 2 and the gear carrier 18 of the second planetary stage 3, both carriers 12, 18 are set in rotation by the torque applied to the drive shaft 20.
  • the high torque of the drive shaft 20 is thus divided substantially equally to the first and second planetary stage 2, 3 of the transmission unit 1.
  • the two ring gears 8, 9 of the first and second planetary stage 2, 3 are each formed stationary.
  • the transmission unit 1 can be implemented in a space-saving, structurally simple and cost-effective manner, since expensive and expensive bearings of the ring gears 8, 9 are omitted.
  • the direction of rotation of the first sun gear 5 corresponds to the direction of rotation of the drive shaft 20 and the first planet carrier 12.
  • the radially outer gear 1 6 of the second planetary stage 3 rolls in the stationary second ring gear 9 such that the radially inner gear 1 5 is offset due to the coupling in the area 17 in a direction opposite to the radially outer gear 16 rotation. Since the radially inner gear 15 is meshed with the second sun gear 6 of the second planetary stage 3, the second sun gear 6 is set in rotation. Due to the positive gear set 14, however, as described above, a direction of rotation reversal, so that the second sun gear 6 rotates in a direction opposite to the first sun gear 5 direction.
  • the second sun gear 6 of the second planetary stage 3 is formed as a hollow shaft 21.
  • the first sun gear 5, however, is formed in the present embodiment as a solid shaft 22, which extends through the hollow shaft 21 of the second planetary stage 3.
  • the hollow shaft 21 is coupled on the output side with the third ring gear 10 of the third planetary stage 4.
  • the solid shaft 22, couples the first sun gear 5 of the first planetary stage 2 to the second planet carrier 13 of the third planetary stage 4, which in turn rotatably supports the planetary gears 11 of the third planetary stage 4.
  • the second planet carrier 13 and the third ring gear 10 of the third planetary stage 4 rotate due to the reversal of direction by means of at least one plus gear set 14 in the second planetary stage 3 circumferentially in opposite directions.
  • the rotational speed of the planet gears 1 1 of the third planetary stage 4 is greatly increased compared to the rotational speed of the drive shaft 20.
  • the Torque distributed to the first and second planetary stages 2, 3 is thus brought together by means of the third sun gear 7 of the third planetary stage 4 in such a way that an output shaft 23 coupled to the third sun gear 7 is operated with an increased rotational speed compared to the drive shaft 20.
  • Figures 2, 3 and 4 show different views of an embodiment of the overall support 19.
  • the total support 19 is presently formed integrally with the first planet carrier 12 of the first planetary stage not shown here and the gear carrier 18 of the second planetary stage also not shown here.
  • Both the first planet carrier 12 and the gear carrier 18 each have two opposite cheeks 24, between which the planet gears 1 1 of the first planetary stage or the two plus gear set 14 forming gears 15, 1 6 of the second planetary gear are rotatably mounted.
  • the first planet carrier 12 and the gear carrier 18 has a common wall 25 formed between these two.
  • the wall 25 forms in each case a cheek 24 of the first planet carrier 12 and the gear carrier 18.
  • a first bearing 26 is arranged in the region of a drive-side end face 27 of the first planet carrier 12.
  • a second bearing 28 is formed on a driven-side end face 29 of the gear carrier 18.
  • Figure 3 and 4 shows that a plurality of planetary gears 1 1 of the first planet carrier 12 and a plurality of plus gear sets 14 of the gear carrier 18 are arranged in the circumferential direction at equidistant intervals.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Getriebeeinheit (1), insbesondere für eine Windkraftanlage, mit einer antriebsseitigen ersten Planetenstufe (2) und einer zweiten Planetenstufe (3), deren Hohlräder (10; 9) feststehend ausgebildet sind, sowie einer abtriebsseitigen dritten Planetenstufe (4), wobei die Planetenstufen (2; 3; 4) 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 weist die erste oder die zweite Planetenstufe (2; 3) einen Plusgetriebesatz (14) auf, der derart ausgebildet ist, dass die Sonnenräder (5; 6) der beiden Planetenstufen (2; 3) in entgegengesetzte Richtungen zu rotieren vermögen.

Description

Getriebeeinheit mit Plusqetriebesatz
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Getriebeeinheit gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 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 Ausgieichsstirnradpaarung und die andere Sonnenwelle mit deren anderem Ausgleichsstirnrad in Wirkverbindung.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Zeichnungen.
Es wird eine Getriebeeinheit, insbesondere für eine Windkraftanlage, vorgeschlagen, die eine antriebsseitige erste Planetenstufe und eine abtriebsseitige dritte Planetenstufe aufweist. Zwischen diesen beiden Planetenstufen ist zumindest eine zweite Planetenstufe angeordnet. Die Hohlräder der ersten Planetenstufe und der zweiten Planetenstufe sind feststehend ausgebildet. Vorzugsweise bilden sie einen Teil eines Gehäuses der Getriebeeinheit aus. Hierdurch wird der konstruktive Aufwand der Getriebeeinheit reduziert, da eine aufwändige und, insbesondere bei hohen Lasten, fehleranfällige Lagerung der Hohlräder entfällt. Die Getriebeeinheit ist somit robuster ausgebildet, so dass das technische Ausfallrisiko reduziert ist. Ferner sind die erste, zweite und dritte Planetenstufe derart miteinander gekoppelt, dass ein antriebsseitiges Drehmoment auf die erste und zweite Planetenstufe aufteilbar und in der dritten Planetenstufe zusammenführbar ist. Somit kann die Getriebeeinheit auch für hohe Drehmomente sehr kompakt ausgebildet werden, wodurch sich das Gesamtgewicht der Getriebeeinheit reduziert. Die erste oder die zweite Planetenstufe weist einen Plusgetriebesatz auf, der derart ausgebildet ist, dass die Sonnenräder der ersten und zweiten Planetenstufe in entgegengesetzte Richtungen zu rotieren vermögen. Der Plusgetriebesatz bewirkt demnach eine Drehrichtungsumkehr zwischen einem Eingangs- und einem Ausgangsdrehmoment innerhalb einer der beiden Planetenstufen. Hierbei sind vorzugsweise anstelle der herkömmlichen Planetenräder jeweils ein Plusgetriebesatz angeordnet. Die somit in unterschiedliche Richtung zu rotieren vermögenden Sonnenräder der ersten und zweiten Planetenstufe können in einfacher und bauraumsparender Weise mit der dritten Planetenstufe gekoppelt werden. Die Integration des zumindest einen Plusgetriebesatzes in eine der beiden Planetenstufen ermöglicht demnach eine konstruktive Vereinfachung der Getriebeeinheit sowie eine Reduktion des technischen Ausfallrisikos kombiniert mit den Vorteilen kompakter Bauweise und hohen Übersetzungsmöglichkeiten.
Vorteilhaft ist es, wenn der Plusgetriebesatz ein mit dem Sonnenrad der Planetenstufe einkämmendes radial inneres Zahnrad und ein mit dem Hohlrad der Planetenstufe einkämmendes radial äußeres Zahnrad aufweist. Wenn die beiden Zahnräder derart miteinander gekoppelt sind, dass sie sich in entgegengesetzte Richtungen zu Drehen vermögen, kann insbesondere bei einer entsprechenden Anordnung im Bereich zwischen dem radial innenliegenden Sonnenrad und dem radial außenliegenden Hohlrad, eine Drehrichtungsumkehr mit konstruktiv einfachen Mitteln umgesetzt werden. Demnach bewirkt der Plusgetriebesatz, dass sich die als Plusgetriebesätze ausgebildeten Planetenräder als eine Einheit in Umfangsrichtung der Planetenstufe gegenüber dem Sonnenrad in unterschiedliche Richtung zu Drehen vermögen, wodurch eine bauraumsparende und konstruktiv einfache Umsetzung der Drehrichtungsumkehr ermöglicht wird.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die beiden Zahnräder des Plusgetriebesatzes mittels eines Zahnradträgers radial gehalten sind und/oder derart miteinander gekoppelt sind, dass sie in Umfangsrichtung der Planetenstufe gemeinsam um das Sonnenrad der Planetenstufe zu rotieren vermögen. Durch die Kopplung der beiden Zahnräder mittels des Zahnradträgers rotiert somit vorteilhafterweise das Sonnenrad in eine zum Zahnradträger entgegengesetzte Richtung. Demnach erfolgt eine Drehrichtungsumkehr zwischen dem Eingangsdrehmoment und dem Ausgangsdrehmoment der Planetenstufe. Bleibt die andere der beiden Planetenstufen, die ein Sonnenrad, Planetenräder und ein Hohlrad aufweist, unverändert, drehen sich vorteilhafterweise die Sonnenräder der ersten und der zweiten Planetenstufe zueinander in Umfangsrichtung der Getriebeeinheit in entgegengesetzte Richtungen. Hierdurch kann vorteilhafterweise eine sehr kompakte und konstruktiv einfache Umsetzung der drehmomentaufteilenden Getriebeeinheit sichergestellt werden.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Getriebeeinheit einen Gesamtträger aufweist. Dieser umfasst vorzugsweise den Zahnradträger der einen Planetenstufe und einen Planetenträger der anderen Planetenstufe. Der Zahnradträger und der Planetenträger sind somit als Gesamtträger dreh fest miteinander gekoppelt. Die Kopplung zwischen dem Zahnradträger und dem Planetenträger kann form-, Stoff- und/oder kraftschlüssig ausgebildet sein. So können beispielsweise der Zahnradträger und der Planetenträger mittels Befestigungsmitteln, insbesondere Schrauben, Bolzen und/oder Nieten, miteinander verbunden sein, so dass der Gesamtträger ausgebildet ist. Vorteilhafterweise kann hierdurch die erste und die zweite Planetenstufe sehr robust und bauraumsparend ausgebildet sein.
Alternativ ist es vorteilhaft, wenn der Gesamtträger einteilig ausgebildet ist. So können die Herstellungskosten reduziert werden, wenn der Gesamtträger einstückig gegossen ist. Ist der Gesamtträger einteilig ausgebildet, kann eine Gewichtsoptimierung erfolgen, die das höhere Verzahnungsgewicht aufgrund der zusätzlichen Planeten im Plusgetriebesatz kompensieren kann.
Auch ist es vorteilhaft, wenn der Gesamtträger nur zwei Lagerungen aufweist. Somit kann durch die Reduktion der Lagerungen der axiale Bauraum der Getriebeeinheit reduziert werden. Ferner werden die Herstellungskosten der Getriebeeinheit reduziert, da teure Lagerungen eingespart werden. Vorteilhaft ist es, wenn die erste der beiden Lagerungen im Bereich einer antriebsseitigen Stirnseite und die zweite Lagerung im Bereich einer abtriebsseitigen, insbesondere einer der dritten Planetenstufe zuge- wandeten, Stirnseite des Gesamtträgers angeordnet ist. Somit entfallen teure Lagerungen im Verbindungsbereich zwischen dem Zahnradträger der einen Planetenstufe und dem Planetenträger der anderen Planetenstufe. Die Getriebeeinheit wird somit insbesondere in Axialrichtung kompakter. Ferner kann sie günstiger hergestellt sowie robuster ausgebildet werden, da zusätzliche fehleranfällige und teuere Lagerungen eingespart werden können.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Sonnenrad der zweiten Planetenstufe 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. Alternativ kann das Sonnenrad der ersten Planetenstufe auch als Hohlwelle ausgebildet sein. Die als Hohlwelle und/oder Vollwelle ausgebildeten Sonnenräder weisen zumindest an einem ihrer beiden Enden eine Verzahnung auf, mittels derer ein Einkämmen in zumindest ein Planetenrad oder zumindest einen Plusgetriebesatz zumindest einer der beiden Planetenstufen er- folgen kann. Alternativ oder zusätzlich kann auch an einem der beiden Enden ein Planetenrad oder ein Plusgetriebesatz drehbar gelagert angeordnet sein.
Auch ist es vorteilhaft, wenn eines der beiden Sonnenräder, insbesondere das der ersten Planetenstufe, mit den Planetenrädern und/oder einem Planetenträger der dritten Planetenstufe und das andere Sonnenrad, insbesondere das der zweiten Planetenstufe, mit dem Hohlrad der dritten Planetenstufe gekoppelt ist. Somit erfolgt aufgrund der unterschiedlichen Drehrichtung der beiden Sonnenräder und infolgedessen der unterschiedlichen Drehrichtungen des Hohlrades und des Planetenträgers bzw. der damit gekoppelten Planetenräder der dritten Planetenstufe eine Erhöhung der Drehzahl des abtriebsseitig angeordneten Hohlrades der dritten Planetenstufe.
Eine konstruktiv einfache und robuste Umsetzung der Getriebeeinheit kann insbesondere dann erfolgen, wenn der Gesamtträger mit einer Antriebswelle und/oder das Sonnenrad der dritten Planetenstufe mit einer Abtriebswelle gekoppelt ist. Die Antriebsund die Abtriebswelle sind insbesondere koaxial zueinander angeordnet und/oder weisen die gleiche Drehrichtung auf.
Ebenso ist es vorteilhaft, wenn die dritte Planetenstufe, insbesondere mittels ihres Sonnenrades, mit einer Stirnradstufe gekoppelt ist. Hierdurch kann vorteilhafterweise 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 1 .550 1 /min betrieben. Alternativ kann die Stirnradstufe 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 von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine schematische Halbdarstellung einer drehmomentaufteilenden Getriebeeinheit mit drei Planetenstufen,
Figur 2 eine seitliche Schnittansicht eines Gesamtträgers der Getriebeeinheit mit Zahnradträger und Planetenträger,
Figur 3 eine antriebsseitige Ansicht des Gesamtträgers und
Figur 4 eine abtriebsseitige Ansicht des Gesamtträgers.
Figur 1 zeigt eine Getriebeeinheit 1 in einer schematischen Halbdarstellung. Die Getriebeeinheit 1 umfasst eine erste Planetenstufe 2, die antriebsseitig in der Getriebeeinheit 1 angeordnet ist. Abtriebsseitig weist die Getriebeeinheit 1 eine dritte Planetenstufe 4 auf. In Längsrichtung der Getriebeeinheit 1 ist zwischen der ersten Planetenstufe 2 und der dritten Planetenstufe 4 eine zweite Planetenstufe 3 angeordnet. Die drei Planetenstufen 2, 3, 4 sind derart miteinander gekoppelt, dass ein antriebsseitiges Drehmoment auf die erste und zweite Planetenstufe 2, 3 aufgeteilt wird. Hierdurch kann die Getriebeeinheit 1 vorteilhafterweise kompakter ausgebildet werden, da die erste und zweite Planetenstufe 2, 3 jeweils einem geringeren Drehmoment standhalten müssen.
Das auf die erste und zweite Planetenstufe 2, 3 aufgeteilte Drehmoment wird im abtriebsseitigen Bereich der Getriebeeinheit 1 in der dritten Planetenstufe 4 wieder zusammengeführt. Alle Planetenstufen 2, 3, 4, weisen jeweils ein zentrales Sonnenrad 5, 6, 7, ein dieses umgebendes Hohlrad 8, 9, 1 0 und radial zwischen diesen angeordnete Planetenräder 1 1 auf. Die Planetenräder 1 1 der ersten und dritten Planetenstufe 2, 4 sind jeweils in einem Planetenträger 1 2, 13 gehalten. Sie drehen sich demnach durch die Planetenträger 1 2, 1 3 in Umfangsrichtung der Getriebeeinheit 1 um das jeweilige Sonnenrad 5, 7 geführt.
Die Planetenräder 1 1 der zweiten Planetenstufe 3 sind in dieser jeweils als ein Plusgetriebesatz 14 ausgebildet. Der Plusgetriebesatz 14 weist ein radial inneres Zahnrad 1 5 und ein radial äu ßeres Zahnrad 1 6 auf. Das radial innere Zahnrad 1 5 kämmt mit dem Sonnenrad 6 der zweiten Planetenstufe 3 ein. Das radial äu ßere Zahnrad 1 6 ist im Gegensatz dazu im Bereich zwischen dem Sonnenrad 6 und dem Hohlrad 9 derart angeordnet, dass es in einem radial äu ßeren Bereich mit dem Hohlrad 9 der zweiten Pla- netenstufe 3 einkämmt. Die beiden Zahnräder 15, 1 6 sind miteinander derart gekoppelt, dass sie sich stets in entgegengesetzte Richtungen zueinander drehen. Hierfür sind sie in einem Bereich 17 miteinander verzahnt.
Die beiden Zahnräder 15, 1 6 des Plusgetriebesatzes 14 sind zueinander und im Bereich zwischen dem Sonnenrad 6 und dem Hohlrad 9 mittels eines Zahnradträ- gers 18 drehbar gehalten und in Umfangsrichtung der Getriebeeinheit 1 geführt. Die beiden Zahnräder 15, 1 6 sind demnach mittels des Zahnradträgers 18 drehbar um das Sonnenrad 6 ausgebildet. Der erste Planetenträger 12 der ersten Planetenstufe 2 und der Zahnradträger 18 der zweiten Planetenstufe 3 sind als Gesamtträger 19 ausgebildet. Infolgedessen drehen sich die Planetenräder 1 1 der ersten Planetenstufe 2 sowie die Zahnräder 15, 1 6 der Plusgetriebesätze 14 durch die Kopplung mittels des Gesamtträgers 19 in Umfangsrichtung der Getriebeeinheit 1 gemeinsam um das jeweilige Sonnenrad 5, 6.
Der Gesamtträger 19 kann, wie in den Figuren 2 bis 4 dargestellt, einteilig oder aber auch in einem in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel mehrteilig ausgebildet sein. Bei letzterem Ausführungsbeispiel würde der Zahnradträger 18 und der erste Planetenträger 12 der ersten Planetenstufe 2 jeweils ein Teil des Gesamtträgers 19 ausbilden. In einem Verbindungsbereich ist der Zahnradträger 18 mit dem ersten Planetenträger 12 form-, kraft- und/oder stoffsschlüssig verbunden. Zur leichteren Montage sowie Demontage ist es vorteilhaft, wenn der Zahnradträger 18 mit dem ersten Planetenträger 12 mittels Befestigungsmitteln, insbesondere Schrauben, Bolzen und/oder Nieten, lösbar verbunden ist.
Gemäß Figur 1 weist die Getriebeeinheit 1 antriebsseitig eine Antriebswelle 20 auf, mittels derer ein hohes Drehmoment mit relativ niedriger Drehzahl in die Getriebeeinheit 1 eingebracht wird. Die Antriebswelle 20 ist mit dem ersten Planetenträger 12 der ersten Planetenstufe 2 gekoppelt. Dadurch, dass der Gesamtträger 19 sowohl den ersten Planetenträger 12 der ersten Planetenstufe 2 als auch den Zahnradträger 18 der zweiten Planetenstufe 3 umfasst, werden beide Träger 12, 18 durch das an der Antriebswelle 20 anliegende Drehmoment in Rotation versetzt. Das hohe Drehmoment der Antriebswelle 20 wird somit im Wesentlichen zu gleichen Teilen auf die erste und zweite Planetenstufe 2, 3 der Getriebeeinheit 1 aufgeteilt. Die beiden Hohlräder 8, 9 der ersten und zweite Planetenstufe 2, 3 sind jeweils feststehend ausgebildet. Hierfür sind sie mit einem in Figur 1 nicht dargestellten Gehäuse der Getriebeeinheit 1 gekoppelt oder bilden zumindest einen Teil dieses Gehäuses aus. Hierdurch kann die Getriebeeinheit 1 sehr bauraumsparend, konstruktiv einfach sowie kostengünstig umgesetzt werden, da teure und aufwändige Lagerungen der Hohlräder 8, 9 wegfallen.
Aufgrund der feststehenden Hohlräder 8, 9, rollen sich die durch den ersten Planetenträger 12 in Rotation versetzten Planetenräder 1 1 der ersten Planetenstufe 2 derart im ersten Hohlrad 8 ab, dass das erste Sonnenrad 5 der ersten Planetenstufe 2 in Rotation versetzt wird. Die Rotationsrichtung des ersten Sonnenrades 5 entspricht hierbei der Rotationsrichtung der Antriebswelle 20 bzw. des ersten Planetenträgers 12. Im Gegensatz dazu rollt sich das radial äußere Zahnrad 1 6 der zweiten Planetenstufe 3 im feststehenden zweiten Hohlrad 9 derart ab, dass das radial innere Zahnrad 1 5 aufgrund der Kopplung im Bereich 17 in eine im Vergleich zum radial äußeren Zahnrad 16 entgegengesetzte Rotation versetzt wird. Da das radial innere Zahnrad 15 mit dem zweiten Sonnenrad 6 der zweiten Planetenstufe 3 verzahnt ist, wird das zweite Sonnenrad 6 in Rotation versetzt. Aufgrund des Plusgetriebesatzes 14 erfolgt jedoch, wie vorstehend beschrieben, eine Drehrichtungsumkehr, so dass das zweite Sonnenrad 6 in eine im Vergleich zum ersten Sonnenrad 5 entgegengesetzte Richtung rotiert.
Das zweite Sonnenrad 6 der zweiten Planetenstufe 3 ist als Hohlwelle 21 ausgebildet. Das erste Sonnenrad 5 ist hingegen im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Vollwelle 22 ausgebildet, die sich durch die Hohlwelle 21 der zweiten Planetenstufe 3 hindurcherstreckt. Die Hohlwelle 21 ist abtriebsseitig mit dem dritten Hohlrad 10 der dritten Planetenstufe 4 gekoppelt. Die Vollwelle 22 koppelt hingegen das erste Sonnenrad 5 der ersten Planetenstufe 2 mit dem zweiten Planetenträger 13 der dritten Planetenstufe 4, der wiederum die Planetenräder 1 1 der dritten Planetenstufe 4 drehbar gelagert aufnimmt. Der zweite Planetenträger 13 und das dritte Hohlrad 10 der dritten Planetenstufe 4 rotieren aufgrund der Drehrichtungsumkehr mittels des zumindest einen Plusgetriebesatzes 14 in der zweiten Planetenstufe 3 umfangsmäßig in zueinander entgegengesetzte Richtungen. Hierdurch wird die Drehzahl der Planetenräder 1 1 der dritten Planetenstufe 4 im Vergleich zur Drehzahl der Antriebswelle 20 stark erhöht. Das auf die erste und zweite Planetenstufe 2, 3 aufgeteilte Drehmoment wird somit mittels dem dritten Sonnenrad 7 der dritten Planetenstufe 4 derart zusammengeführt, dass eine mit dem dritten Sonnenrad 7 gekoppelte Abtriebswelle 23 mit einer im Vergleich zur Antriebswelle 20 erhöhten Drehzahl betrieben wird.
Die vorstehend beschriebene Kopplung der drei Planetenstufen 2, 3, 4 in Verbindung mit der durch den zumindest einen Plusgetriebesatz 14 bedingten Drehrichtungsumkehr, hat die wesentlichen Vorteile, dass die Getriebeeinheit 1 sehr kompakt und kostengünstig ausgebildet werden kann. Ferner ist sie weniger fehleranfällig, da insbesondere durch die beiden feststehenden Hohlräder 8, 9 der ersten und zweiten Planetenstufe 2, 3 aufwändige Lagerungen eingespart werden können.
Die Figuren 2, 3 und 4 zeigen unterschiedliche Ansichten eines Ausführungsbeispiels des Gesamtträgers 19. Der Gesamtträger 19 ist vorliegend mit dem ersten Planetenträger 12 der hier nicht dargestellten ersten Planetenstufe und dem Zahnradträger 18 der hier ebenfalls nicht dargestellten zweiten Planetenstufe einteilig ausgebildet. Sowohl der erste Planetenträger 12 als auch der Zahnradträger 18 weisen jeweils zwei gegenüberliegende Wangen 24 auf, zwischen denen die Planetenräder 1 1 der ersten Planetenstufe bzw. die beiden den Plusgetriebesatz 14 ausbildenden Zahnräder 15, 1 6 der zweiten Planetenstufe drehbar gelagert angeordnet sind.
Aufgrund der einteiligen Ausbildung des Gesamtträgers 19 weist der erste Planetenträger 12 und der Zahnradträger 18 eine zwischen diesen beiden ausgebildete gemeinsame Wandung 25 auf. Die Wandung 25 bildet jeweils eine Wange 24 des ersten Planetenträgers 12 und des Zahnradträgers 18 aus. Hierdurch entfallen vorteilhafterweise zwei Lagerstellen. Demnach weist der Gesamtträger 19 anstelle von vier nur zwei Lagerungen auf. Eine erste Lagerung 26 ist im Bereich einer antriebsseitigen Stirnseite 27 des ersten Planetenträgers 12 angeordnet. Eine zweite Lagerung 28 ist an einer abtriebsseitigen Stirnseite 29 des Zahnradträgers 18 ausgebildet. Durch die Einsparung zweier Lagerstellen im Bereich der gemeinsamen Wandung 25 kann der Gesamtträger 19 in Axialrichtung sehr kompakt ausgebildet werden. Ferner ist die in Figur 1 dargestellte Getriebeeinheit 1 somit weniger fehleranfällig. Mittels des derart ausgebildeten Gesamtträgers 19 kann ferner eine Gewichtsoptimierung der Getriebeeinheit erfolgen, so dass das durch den zumindest einen Plusgetriebesatz 14 bedingte erhöhte Verzahnungsgewicht kompensiert wird.
Figur 3 und 4 zeigt, dass mehrere Planetenräder 1 1 des ersten Planetenträgers 12 sowie mehrere Plusgetriebesätze 14 des Zahnradträgers 18 zueinander in Um- fangsrichtung in äquidistanten Abständen angeordnet sind.
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 sie in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind.
Bezuaszeichen
Getriebeeinheit
erste Planetenstufe
zweite Planetenstufe.
dritte Planetenstufe,
erstes Sonnenrad
zweites Sonnenrad
drittes Sonnenrad
erstes Hohlrad
zweites Hohlrad
drittes Hohlrad
Planetenrad
erster Planetenträger
zweiter Planetenträger
Plusgetriebesatz
radial inneres Zahnrad
radial äußeres Zahnrad
Bereich
Zahnradträgers
Gesamtträger
Antriebswelle
Hohlwelle
Vollwelle
Abtriebswelle
Wange
Wandung
erste Lagerung
antriebsseitige Stirnseite
zweite Lagerung
abtriebsseitige Stirnseite

Claims

Patentansprüche
1 . Getriebeeinheit (1 ), insbesondere für eine Windkraftanlage, mit einer antriebs- seitigen ersten Planetenstufe (2) und einer zweiten Planetenstufe (3), deren Hohlräder (10; 9) feststehend ausgebildet sind, sowie einer abtriebsseitigen dritten Planetenstufe (4), wobei die Planetenstufen (2; 3; 4) 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, dadurch gekennzeichnet, dass die erste oder die zweite Planetenstufe (2; 3) einen Plusgetriebesatz (14) aufweist, der derart ausgebildet ist, dass die Sonnenräder (5; 6) der beiden Planetenstufen (2; 3) in entgegengesetzte Richtungen zu rotieren vermögen.
2. Getriebeeinheit nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Plusgetriebesatz (14) ein mit dem Sonnenrad (6) der Planetenstufe (3) einkämmendes radial inneres Zahnrad (15) und ein mit dem Hohlrad (9) der Planetenstufe (3) einkämmendes radial äußeres Zahnrad (1 6) aufweist und die beiden Zahnräder (15; 1 6) derart miteinander gekoppelt sind, dass sie sich in entgegengesetzte Richtungen zu drehen vermögen.
3. Getriebeeinheit nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Zahnräder (15; 1 6) mittels eines Zahnradträ- gers (18) radial gehalten sind und/oder derart miteinander gekoppelt sind, dass sie gemeinsam um das Sonnenrad (6) zu rotieren vermögen.
4. Getriebeeinheit nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnradträger (1 6) mit einem Planetenträger (12) der anderen Planetenstufe (2) dreh fest gekoppelt ist, so dass ein Gesamtträger (19) ausgebildet ist.
5. Getriebeeinheit nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtträger (19) einteilig ausgebildet ist.
6. Getriebeeinheit nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtträger (19) nur zwei Lagerungen (26, 28) aufweist und/oder die erste Lagerung (26) im Bereich einer antriebsseitigen Stirnseite (27) und die zweite Lagerung (28) im Bereich einer abtriebsseitigen Stirnseite (29) des Gesamtträger (19) angeordnet ist.
7. Getriebeeinheit nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (6) der zweiten Planetenstufe (3) als Hohlwelle (21 ) ausgebildet ist, in die sich das als Vollwelle (22) ausgebildete Sonnenrad (5) der ersten Planetenstufe (2) zumindest teilweise erstreckt.
8. Getriebeeinheit nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der beiden Sonnenräder (5; 6), insbesondere das der ersten Planetenstufe (2), mit den Planetenrädern (1 1 ) der dritten Planetenstufe (4) und das andere Sonnenrad (5; 6), insbesondere das der zweiten Planetenstufe (3), mit deren Hohlrad (9) gekoppelt ist.
9. Getriebeeinheit nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtträger (19) mit einer Antriebswelle (20) und/oder das Sonnenrad (7) der dritten Planetenstufe (4) mit einer Abtriebswelle (23) gekoppelt ist.
10. 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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