DE102011113937A1

DE102011113937A1 - Getriebe, aufweisend ein Planetengetriebe

Info

Publication number: DE102011113937A1
Application number: DE102011113937A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Weist
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2011-09-08
Filing date: 2011-09-08
Publication date: 2013-03-14
Also published as: WO2013034234A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe 4, aufweisend ein Planetengetriebe 13, eine Antriebswelle 5 und eine Abtriebswelle 6, wobei die Abtriebswelle 6 mit einer anzutreibenden Antriebsvorrichtung verschaltet ist. Erfindungsgemäß wird ein Getriebe 4 mit einem Planetengetriebe 13 insbesondere für eine Windkraftanlage 1 bereitgestellt, das einen kompakten Aufbau und ein geringeres Gewicht gegenüber bekannten Getrieben aufweist. Erreicht wird dies dadurch, dass das Planetengetriebe 13 ein Umlaufgetriebe ist und, dass eine erste und eine zweite Welle des Umlaufgetriebes mit der Antriebswelle 5 und eine dritte Welle mit der Abtriebswelle 6 gekoppelt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe, aufweisend ein Planetengetriebe, eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle, wobei die Abtriebswelle mit einer anzutreibenden Antriebsvorrichtung verschaltet ist.
Stand der Technik
Ein derartiges Getriebe ist aus der DE 103 34 448 A1 bekannt. Dieses Getriebe weist ein zweistufiges Planetengetriebe auf, das über ein Stirnradgetriebe mit einer als Generator ausgebildeten Antriebsvorrichtung zusammenwirkt. Das Getriebe und der Generator sind Teil einer Windkraftanlage, wobei die Rotorblätter der Windkraftanlage mit der Antriebswelle des Getriebes verbunden sind. Weiterhin weist dieses Getriebe eine Vorrichtung zum hilfsweisen Drehen der Antriebswelle auf, wobei diese Vorrichtung als Drehvorrichtung mit einem Antriebsmotor ausgestaltet ist. Die Drehvorrichtung weist ein Ritzel auf, das mit einem Zahnrad des Stirnradgetriebes zusammen wirkt. Das Ritzel ist gleichzeitig auch zum Antrieb des Generators ausgelegt.
Ein weiteres mehrstufiges, leistungsverzweigtes Windkraftgetriebe in Stirnradbauweise ist aus der EP 1 619 386 B1 bekannt. Dieses Windkraftgetriebe ist unempfindlich hinsichtlich Lachswechselbeanspruchungen ausgelegt und gewährleistet gleichzeitig eine kraftflussoptimale Leistungsverzweigung. Zur Erfüllung dieser Aufgabe weist dieses Windkraftgetriebe einen komplexen Aufbau mit einem entsprechend hohen Gewicht auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe mit einem Planetengetriebe, insbesondere für eine Windkraftanlage, bereitzustellen, das einen kompakten Aufbau und ein geringes Gewicht gegenüber bekannten Getrieben aufweist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Planetengetriebe ein dreiwelliges Umlaufgetriebe ist und, dass eine erste und eine zweite Welle des Umlaufgetriebes mit der Antriebswelle und eine dritte Welle mit der Abtriebswelle gekoppelt sind. Ein solchermaßen ausgestaltetes Getriebe ist bei einem geringen Gewicht kompakt aufgebaut und bietet eine Alternative zu bekannten mehrstufigen Planetengetrieben.
In Weiterbildung der Erfindung ist die erste Welle des dreiwelligen Umlaufgetriebes eine Hohlradwelle, während wiederum in weiterer Ausgestaltung die zweite Welle eine Planetenträgerwelle ist. Diese beiden Wellen sind in geeigneter Weise mit der Antriebswelle verschaltet und bilden so eine eindeutige Leistungsverteilung.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Antriebswelle über eine Koppelwelle unter Bildung von einer ersten und einer zweiten Stirnradgetriebestufe mit der Hohlradwelle verschaltet. Diese Ausführungsform ist besonders bevorzugt und ermöglicht bei einer moderaten Übersetzung der Koppelstufe die gewünschte Anbindung der Antriebswelle an das dreiwellige Umlaufgetriebe.
In einer alternativen Ausgestaltung kann aber die Antriebswelle über eine Koppelwelle unter Bildung einer ersten und einer zweiten Stirnradgetriebestufe auch mit der Planetenträgerwelle verschaltet sein. Bei dieser Anbindung ist die Übersetzung der Koppelstufe entsprechend groß zu wählen.
In Weiterbildung der Erfindung ist die dritte Welle eine Sonnenradwelle und die Sonnenradwelle ist über eine dritte Stirnradgetriebestufe mit der Abtriebswelle verschaltet. Der Einsatz einer dritten Stirnradgetriebestufe ist die bevorzugte Ausführungsform, wobei aber grundsätzlich die Abtriebswelle auch direkt mit der Sonnenradwelle verbunden sein kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Getriebe zwei parallel geschaltete Planetengetriebe auf, die mit der Antriebswelle verschaltet sind und wobei jedes Planetengetriebe mit einer eigenen zugeordneten Abtriebswelle verschaltet ist. Jede dieser beiden Abtriebswellen ist dann mit einer eigenen Antriebsvorrichtung verschaltet. Diese Ausgestaltung ermöglicht einen filigraneren Aufbau der beiden Planetengetriebe und der jeweils zugeordneten Antriebsvorrichtung bei einer gleichen oder sogar höheren übertragbaren Leistung gegenüber der Ausführung des Getriebes mit einem Planetengetriebe und einer Antriebsvorrichtung. Auch ist es im Rahmen der Erfindung möglich, das Getriebe als Vier-Ritzelantrieb mit zwei Differential-Planetenstufen für eine Zwei-Generatoren-Windkraftanlage auszuführen.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Getriebe ein Strömungskraftanlagengetriebe, insbesondere ein Windkraftanlagengetriebe oder ein Meeresströmungskraftanlagengetriebe und dementsprechend ist die Gesamtanlage eine Windkraftanlage oder eine Meeresströmungskraftanlage. Dabei ist der Rotor der Windkraftanlage mit der Antriebswelle des Getriebes verbunden und die Abtriebswelle ist mit der als Generator ausgebildeten anzutreibenden Antriebsvorrichtung verschaltet. Um bei einer solchen Windkraftanlage die Rotorblätter bedarfsweise beispielsweise für eine Wartung oder Enteisung in eine bestimmte Stellung zu verdrehen, kann zusätzlich eine Hilfseinrichtung zum hilfsweisen Drehen der Antriebswelle vorhanden sein.
Das erfindungsgemäße Getriebe bietet beispielsweise gegenüber einem Torsionswellengetriebe eine eindeutige Leistungsverteilung und eine Gewichtseinsparung bei gleicher Leistung. Das erfindungsgemäße Getriebe ist beispielsweise für Windkraftanlagen mit einer Leistung im Bereich von ca. 3,3 MW verwendbar und zeichnet sich durch seine besondere Kompaktheit aus.
Weitere Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist.
Es zeigen:
1 eine Seitenansicht einer Windkraftanlage mit einem erfindungsgemäß ausgestalteten Getriebe und,
2 eine Detailansicht des Schaltschemas eines Getriebes mit einem als dreiwelliges Umlaufgetriebe ausgebildeten Planetengetriebe.
1 zeigt eine Seitenansicht einer Windkraftanlage 1 mit ihren wesentlichen Baugruppen. Die Windkraftanlage 1 weist einen Turm auf, auf dem eine um eine Vertikalachse drehbar gelagerte Gondel 3 in Form eines Maschinengehäuses angeordnet ist. In der Gondel 3 ist ein Getriebe 4 drehfest befestigt, wobei das Getriebe 4 eine Antriebswelle 5 und eine Abtriebswelle 6 aufweist. Die Antriebswelle 5 des Getriebes 4 ist mit einer Nabe 7 eines mehrere Rotorblätter 8 aufweisenden Rotors verbunden. Die Abtriebswelle 6 ist mit einer anzutreibenden Antriebsvorrichtung in Form eines Generators 9 drehverbunden. Das Getriebe 4 ist so ausgelegt, dass es eine langsame Drehbewegung der Antriebswelle 5 in eine schnelle Drehbewegung der Abtriebswelle 6 umsetzt. Mittels der Windkraftanlage 1 wird elektrische Energie erzeugt, indem der von dem Wind in Drehbewegung versetzte Rotor die Drehbewegung über die Antriebswelle 5 in das Getriebe 4 einleitet. Das Getriebe 4 setzt die Drehbewegung in eine schnellere Drehbewegung um und schließlich wird über die Abtriebswelle 6 die schnelle Drehbewegung zur Erzeugung von Strom auf den Generator 9 übertragen.
2 zeigt eine Detailansicht des Schaltschemas des Getriebes 4 in Form eines sogenannten Windkraftstirnraddifferentialgetriebes. Die Antriebswelle 5 ist über eine erste Stirnradgetriebestufe 10a mit der Zahnradpaarung z1, z2₁ mit einer Koppelwelle 11 verschaltet. Entsprechend der zeichnerischen Darstellung ist dabei das Zahnrad z1 als Großrad und das Zahnrad z2₁ als Ritzel ausgebildet. Die Koppelwelle 1 weist weiterhin ein Zahnrad z3 auf. Dieses Zahnrad z3 kämmt unter Bildung einer zweiten Stirnradgetriebestufe 10b mit einem Zahnrad z4 einer Hohlradwelle 12 eines dreiwelligen Umlaufgetriebes. Das Zahnrad z4 ist über die Hohlradwelle 12 mit dem Hohlrad z5 eines Planetengetriebes 13 verbunden.
Das Planetengetriebe 13 weist neben der eine erste Welle darstellenden Hohlradwelle 12 eine Planetenträgerwelle 14 auf, die eine zweite Welle des Planetengetriebes 13 darstellt. Die Planetenträgerwelle 14 trägt insgesamt drei Planetenräder z6, die mit dem Hohlrad z5 kämmen. Weiterhin ist die Planetenträgerwelle 14 mit einem Zahnrad z2₂ verbunden, das ebenfalls mit dem Zahnrad z1 der ersten Stirnradgetriebestufe 10a kämmt. Um diese Kämmverbindung zu ermöglichen, ist das Planetengetriebe 13 auf dem Umfang zu dem Zahnrad z1 versetzt zu der Koppelwelle 11 angeordnet in einem gemeinsamen Getriebegehäuse eingebaut.
Die solchermaßen von dem Zahnrad z1 angetriebene Hohlradwelle 12 und Planetenträgerwelle 14 bilden ein Differentialgetriebe, das mit einem Sonnenrad z7 einer Sonnenradwelle 15, die die dritte Welle des Umlaufgetriebes bildet, verschaltet ist. Die Sonnenradwelle 15 ist über eine dritte Stirnradgetriebestufe 16 mit den Zahnrädern z8 und z9 mit der Abtriebswelle 6 verschaltet.
Alternativ zu dieser Ausführung kann die Sonnenradwelle 15 auch direkt durch eine Koppelwelle mit dem Generator 9 verbunden sein.
Bezugszeichenliste

1: Windkraftanlage
2: Turm
3: Gondel
4: Getriebe
5: Antriebswelle
6: Abtriebswelle
7: Nabe
8: Rotorblatt
9: Generator
10a: erste Stirnradgetriebestufe
10b: zweite Stirnradgetriebestufe
11: Koppelwelle
12: Hohlradwelle
13: Planetengetriebe
14: Planetenträgerwelle
15: Sonnenradwelle
16: dritte Stirnradgetriebestufe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10334448 A1 [0002]
EP 1619386 B1 [0003]

Claims

Getriebe (4), aufweisend ein Planetengetriebe (13), eine Antriebswelle (5) und eine Abtriebswelle (6), wobei die Abtriebswelle (6) mit einer anzutreibenden Antriebsvorrichtung verschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (13) ein Umlaufgetriebe ist und dass eine erste und eine zweite Welle des Umlaufgetriebes mit der Antriebswelle (5) und eine dritte Welle mit der Abtriebswelle (6) gekoppelt sind.
Getriebe (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Welle eine Hohlradwelle (12) ist.
Getriebe (4) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Welle eine Planetenträgerwelle (14) ist.
Getriebe (4) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (5) über eine Koppelwelle (11) unter Bildung von einer ersten Stirnradgetriebestufe (10a) und einer zweiten Stirnradgetriebestufe (10b) mit der Hohlradwelle (12) verschaltet ist.
Getriebe (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (5) über eine Koppelwelle (11) unter Bildung einer ersten Stirnradgetriebestufe (10a) und einer zweiten Stirnradgetriebestufe (10b) mit der Planetenträgerwelle (14) verschaltet ist.
Getriebe (4) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Welle eine Sonnenradwelle (15) ist und, dass die Sonnenradwelle (15) über eine dritte Stirnradgetriebestufe (16) mit der Abtriebswelle (6) verschaltet ist.
Getriebe (4) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (4) zwei parallel geschaltete Planetengetriebe (13) aufweist, die mit der Antriebswelle (5) verschaltet sind, und dass jedes Planetengetriebe (13) mit einer zugeordneten Abtriebswelle (6) verschaltet ist.
Getriebe (4) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe 4 ein Strömungskraftanlagengetriebe, insbesondere ein Windkraftanlagengetriebe oder ein Meeresströmungskraftanlagengetriebe ist.
Windkraftanlage (1) nach einem der vorherigen Ansprüche.