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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Planetengetriebe, insbesondere ein mehrstufiges Planetengetriebe für eine Windkraftanlage und ein Verfahren zur Montage des Planetengetriebes. Bei dem Planetengetriebe handelt es sich um ein Großgetriebe zur Übertragung von Leistungen im Multimegawattbereich.
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Stand der Technik
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Aus der
EP 2 597 307 A2 ist ein Planetengetriebe einer Windkraftanlage mit einem Durchführungsrohr zur Übertragung von Versorgungsmitteln zu einem Rotor der Windkraftanlage bekannt. Der Rotor dient der Umwandlung einer Windströmung in eine Drehbewegung und ist über eine Rotorwelle eingangsseitig an dem Planetengetriebe zur Übersetzung ins Schnelle angeschlossen. Das Planetengetriebe ist ausgangsseitig an einen Generator zur Erzeugung elektrischer Energie aus der Drehbewegung angeschlossen, wobei zumindest durch eine als Hohlwelle ausgebildete Sonnenradwelle des Planetengetriebes ein Durchführungsrohr zur Weiterleitung von Versorgungsmitteln zum Rotor geführt ist.
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Die
US 2010/0007151 A1 , die
DE 103 57 026 B3 und die
DE 10 2014 200 674 A1 betreffen Getriebe für Windkraftanlagen mit einem Pitchrohr zum Durchführen von Leitungen, wobei das Pitchrohr jeweils in einer Hohlwelle der Windkraftanlage angeordnet ist.
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Probleme können sich während der Montage des Generators auf einer Gondel der Windkraftanlage ergeben. Selbst wenn das Durchführungsrohr bis zu seinem axialen, rotorseitigen Endanschlag in die Sonnenradwelle eingeschoben ist, ragt es dennoch typischerweise eine beträchtliche Länge generatorseitig aus der Sonnenradwelle heraus und definiert somit einen notwendigen axialen Verschiebeweg des Generators während seiner Montage. Vor diesem Hintergrund kann es vorkommen, dass im hinteren Bereich der Gondel nicht genügend Platz zur Verfügung steht, um den Generator auf das Durchführungsrohr zu schieben und zu montieren. Um genügend Raum zur Montage des Generators im hinteren Bereich der Gondel bereitzustellen, wurde bereits vorgeschlagen, das Durchführungsrohr geteilt auszuführen.
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Weiterhin erfordern große Massen von Einzelteilen eines Multimegawattgetriebes bei dessen Montage besondere Behutsamkeit, da ansonsten lokale Schäden von Oberflächen durch Überlastung entstehen können. Während der Getriebemontage, insbesondere bei besonders großen Getrieben, können Handlings-Probleme auftreten, welche dadurch hervorgerufen werden, dass ein Planetenträger mit Planetenbolzen, Lagern und Verzahnung mit großer Masse auf eine im Verhältnis dazu kleinere Masse (z.B. ungefähr 1/17 der großen Masse), nämlich auf dem zuvor montierten Sonnenrad, montiert wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung ein Planetengetriebe und ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche auf alternative Weise genügend Raum zur Montage des Generators im hinteren Bereich der Gondel bereitstellen und eine erleichterte, beschädigungsfreie Montage des Planetengetriebes ermöglichen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.
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Das erfindungsgemäße Planetengetriebe, insbesondere ein mehrstufiges Planetengetriebe für eine Windkraftanlage umfasst eine nabenseitige erste Getriebestufe, welche folgende Elemente aufweist: Eine Sonnenradwelle, welche als Hohlwelle ausgebildet ist, ein Sonnenrad, welches drehfest auf der Sonnenradwelle gelagert ist, einen Planetenträger, welcher drehbar gelagert ist, mehrere Planetenräder, welche in dem Planetenträger gelagert sind, und ein Hohlrad. Bei der Sonnenradwelle und dem Sonnenrad muss es sich nicht um zwei getrennte Bauteile handeln. Optional können das Sonnenrad und die Sonnenradwelle eine integrale Einheit bilden. Unter „nabenseitig“ bzw. „Nabenseite“ ist die Antriebsseite des Planetengetriebes zu verstehen, also diejenige Seite, auf welcher ein Antrieb, insbesondere in Form einer Nabe eines Rotors einer Windkraftanlage, angeordnet und mit dem Planetengetriebe verbunden ist. Das Planetengetriebe umfasst weiterhin ein als Hohlwelle ausgeführtes Durchführungsrohr, welches innerhalb der Sonnenradwelle verläuft. Der Planetenträger weist eine Öffnung auf, welche durch einen lösbar an dem Planetenträger befestigten Deckel zumindest teilweise verschlossen ist, durch Lösen des Deckels freigegeben werden kann, und durch welche wenigstens eines der Elemente der nabenseitigen ersten Getriebestufe oder das Durchführungsrohr axial durchführbar ist.
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Mit anderen Worten kann bei einem Planetengetriebe für eine Windenergieanlage im sich drehenden Planetenträger einer ersten Getriebestufe (Eingangsstufe) ein Deckel eingesetzt sein. Dadurch wird ermöglicht, von der Nabenseite aus Bauteile zu demontieren oder einzusetzen. Bei den Bauteilen kann es sich insbesondere um das Sonnenrad und das Durchführungsrohr, z.B. um einen sogenannten „Pitchtube“, handeln.
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Das bevorzugt ungeteilte Durchführungsrohr kann axial durch die Öffnung des Planetenträgers, welcher bevorzugt als ein Planetensteg ausgeführt ist, in Richtung des Rotors bzw. der Rotornabe verschoben werden, sofern der Deckel gelöst ist und die Öffnung freigibt. Dadurch kann der notwendige axiale Verschiebeweg des Generators während seiner Montage reduziert und der Montageaufwand gesenkt werden. Es muss weniger Raum im hinteren Bereich der Gondel zur Montage des Generators bereitgestellt werden. Dabei besteht kein zusätzliches Undichtigkeitsrisiko, wenn der Deckel an dem Planetenträger befestigt ist, denn das Befestigen erfolgt bevorzugt abdichtend.
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Weiterhin ermöglicht der Deckel, die Montagereihenfolge derart zu ändern, dass zunächst der Planetenträger samt Planetenrädern mit seiner relativ großen Masse montiert werden kann. Anschließend kann bei gelöstem Deckel und freigegebener Öffnung das Sonnenrad durch die Öffnung des Planetenradträgers hindurch geführt und mit seiner relativ kleinen Masse auf den Planetenträger montiert werden. Anschließend kann der Deckel, z.B. mittels eines O-Rings oder mittels dauerelastischen Flächendichtmitteln, lösbar und dichtend an dem Planetenträger befestigt werden. Der Deckel kann dabei insbesondere durch eine geeignete Schraubenverteilung derart am Planetenträger befestigt werden, dass rundum ein metallisch dichtender Fugendruck gewährleistet ist, wodurch das Risiko einer Leckage weiter vermindert wird.
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Durch die ermöglichte Montagereihenfolge können Beschädigungen insbesondere bei der Montage einer ersten, nabenseitigen Getriebestufe des Planetengetriebes vermieden werden. Weiterhin kann auch die Gefahr von Beschädigungen bei einer Montage einer an die erste Getriebestufe anschließenden zweiten Getriebestufe reduziert werden, indem ein Sonnenrad der zweiten Stufe mit einer Hohlwelle aus einer sich an die zweite Getriebestufe anschließenden 3. Stufe montiert werden kann, welche aufgrund der möglichen Änderung der Montagereihenfolge zum Schluss eingesetzt wird. Ferner wird ein Beitrag zu einer verbesserten Montage von Sensorkabeln innerhalb des Durchführungsrohrs ermöglicht.
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Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Deckel ein ringförmiges, äußeres Deckelelement und ein ringförmiges, inneres Deckelelement umfasst, wobei das innere Deckelelement konzentrisch in das äußere Deckelelement eingesetzt ist. Der Deckel kann somit geteilt ausgeführt sein. Ein zweiteiliger Deckel gemäß dieser Ausführungsform ermöglicht eine größere Montageöffnung für das Sonnenrad, wenn beide Deckelelemente von dem Planetenträger gelöst sind und dessen Öffnung vollständig freigegeben ist. Wenn das äußere Deckelelement an dem Planetenträger befestigt ist und einen Teil der Öffnung verschließt und das innere Deckelelement nicht in das äußere Deckelelement eingesetzt ist, wird ein Teil der Öffnung für das Durchführungsrohr bereitgestellt, so dass beispielsweise das Durchführungsrohr durch den Teil der Öffnung passt. Sofern beide Deckelelemente konzentrisch angeordnet sind, das heißt das innere Deckelelement ist konzentrisch in das äußere Deckelelement eingesetzt, können Leckagen sicher vermieden werden.
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Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass eine Nutschnur oder ein O-Ring in einer Nut des Planetenträgers zwischen dem Deckel und dem Planetenträger angeordnet ist. Die Nut oder der O-Ring kann beispielsweise in einem ringförmigen Absatz des Planetenträgers eingelassen sein. Der Deckel kann, sofern er an dem Planetenträger befestigt ist, eine dichtende Druckkraft auf den Planetenträger und die Nutschnur ausüben, wodurch Leckagen in diesem Bereich besonders sicher vermieden werden können.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind auf dem Deckel ungleichmäßig verteilte Rippen angeordnet. Dies leistet einen Beitrag zu einer Reduzierung des Auftretens von Resonanzschwingungen im Betrieb des Planetengetriebes.
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Die erfindungsgemäße Windkraftanlage umfasst ein vorstehend beschriebenes erfindungsgemäßes mehrstufiges Planetengetriebe.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Montage eines vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen mehrstufigen Planetengetriebes für eine Windkraftanlage umfasst zunächst ein Bereitstellen eines Planetenträgers, welcher eine Öffnung aufweist, durch welche eine Sonnenradwelle, welche als Hohlwelle ausgebildet ist, ein Sonnenrad, welches drehfest auf der Sonnenradwelle gelagert ist und ein Durchführungsrohr, welches innerhalb der Sonnenradwelle verläuft, axial hindurch geführt werden können. Anschließend erfolgt ein Montieren eines Hohlrades und des Planetenträgers mit mehreren Planetenrädern, welche in dem Planetenträger gelagert sind, in einem Gehäuse des Planetengetriebes. Danach werden die Sonnenradwelle, das Sonnenrad und optional das Durchführungsrohr durch die Öffnung des Planetenträgers durchgeführt und auf dem Planetenträger montiert sowie die Öffnung des Planetenträgers mit einem Deckel zumindest teilweise verschlossen, wobei das Verschließen bevorzugt dichtend erfolgt.
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Bezüglich Effekten und vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehenden Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Planetengetriebe verwiesen.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt:
- 1 eine schematische Seitenansicht eines oberen Teils einer Windkraftanlage mit 5 einem Planetengetriebe,
- 2 eine Längsschnitt-Darstellung durch einen Teil eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Planetengetriebes mit einem Deckel mit zwei Deckelelementen zum Einsatz in der Windkraftanlage nach 1 und
- 3 eine Längsschnitt-Darstellung des Planetengetriebes nach 2 in einem größeren Ausschnitt.
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Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
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1 zeigt eine Windkraftanlage 1 mit einer Nabe 2 eines nicht dargestellten Rotors. Die Windkraftanlage 1 umfasst ein mehrstufiges Generatorgetriebe in Form eines Umlaufrädergetriebes bzw. eines Planetengetriebes 3 mit einer ersten Getriebestufe 4 und einer zweiten Getriebestufe 5. Die erste Getriebestufe 4 des Planetengetriebes 3 wird über einen drehfest mit der Nabe 2 verbundenen rotierenden Ansatz 6 eines nicht weiter dargestellten Planetenträgers von der Nabe 2 angetrieben. Ein Generator 7 mit einer Schleifringeinheit 8 wird auf der der Nabe 2 entgegengesetzten Seite des Planetengetriebes 3 von dem Planetengetriebe 3 angetrieben, welches zusammen mit dem Generator 7 in einer Gondel 9 untergebracht sind und über ein Azimutlager 10 auf einem Turm 11 der Windkraftanlage 1 gelagert ist.
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2 und 3 zeigen ein mehrstufiges Planetengetriebes 3, welches in der Windkraftanlage nach 1 zum Einsatz kommen kann. Das Planetengetriebe 3 umfasst eine nabenseitige erste Getriebestufe 4, welches die im Folgenden genannten Elemente aufweist. Eine Sonnenradwelle 12, welche als Hohlwelle ausgebildet ist, ein Sonnenrad 13, welches drehfest auf der Sonnenradwelle 12 gelagert ist, einen Planetenträger 14, welcher drehbar gelagert ist, mehrere Planetenräder 15, von denen eines in 2 dargestellt ist und welche in dem Planetenträger 14 gelagert sind, und ein Hohlrad 16 (3).
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Das Planetengetriebe 3 umfasst weiterhin ein als Hohlwelle ausgeführtes Durchführungsrohr 17, welches innerhalb der Sonnenradwelle 12 verläuft. Der Planetenträger 14 weist nabenseitig eine kreisrunde Öffnung 18 auf, welche durch einen lösbar an dem Planetenträger 14 befestigten Deckel 19 teilweise verschlossen ist. Der Deckel 19 umfasst ein ringförmiges, äußeres Deckelelement 20, welches auf einem Absatz 21 des Planetenträgers 14 anliegt und mit diesem verschraubt ist. Weiterhin umfasst der Deckel 19 ein kreisförmiges, inneres Deckelelement 22, welches konzentrisch in das äußere Deckelelement 20 eingesetzt und mit Letzterem verschraubt ist. Der Absatz 21 des Planetenträgers 14 bildet stirnseitig eine kreisförmig umlaufende Nut aus, in welche eine Nutschnur 23 eingelegt ist. Das äußere Deckelelement 20 drückt im verschraubten Zustand gegen die Nutschnur 23 und dichtet somit den Planetenträger 14 an dieser Stelle nach außen hin ab.
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Ein hohlzylindrisches Endstück 24 ist in dem inneren Deckelelement 22 geführt und mit dem Durchführungsrohr 17 verschweißt. Auf dem Deckel 19 können ferner ungleichmäßig verteilte Rippen angeordnet sein, um die Gefahr des Auftretens von Resonanzschwingungen möglichst zu vermeiden.
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Durch Lösen des inneren Deckelelements 22 kann das innere Deckelelement 22 demontiert und ein Teil der Öffnung 18 freigegeben werden. Der Teil der Öffnung 18 ist groß genug, dass die Einheit aus hohlzylindrischem Endstück 24 und Durchführungsrohr 17 in axialer Richtung x durch den Teil der Öffnung 18 verschoben werden kann. Wie aus 3 ersichtlich ist die Einheit aus dem Endstück 24 und dem Durchführungsrohr 17 länger als die Sonnenradwelle 12 und eine als Hohlwelle ausgeführte generatorseitige Sonnenradwelle 25, welche sich an die Sonnenradwelle 12 der ersten Getriebestufe 4 anschließt und durch welche das Durchführungsrohr 17 ebenfalls geführt ist. Das Durchführungsrohr 17 kann axial in Richtung der Nabe 2 der Windkraftanlage 1 verschoben werden, so dass der in axialer Richtung x notwendige Verschiebeweg des Generators 7 während seiner Montage reduziert werden kann, indem das generatorseitige Ende des Durchführungsrohrs 17 teilweise in die generatorseitige Sonnenradwelle 25 des Planetengetriebes 3 eingefahren wird.
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Durch Lösen des äußeren Deckelelements 20 kann der Deckel 19 als Ganzes demontiert und die gesamte Öffnung 18 freigegeben werden. Die Öffnung 18 ist groß genug, dass die Sonnenradwelle 12 und das Sonnenrad 13 axial von der Nabenseite kommend in Richtung des Generators 7 durch die Öffnung 18 in die erste Getriebestufe 4 des Planetengetriebes 3 hineingeschoben werden können.
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Das mehrstufige Planetengetriebe 3 der Windkraftanlage 1 wurde montiert, indem zunächst insbesondere das Hohlrad 16 und der Planetenträger 14 mit seinen Planetenrädern 15 in einem Gehäuse 26 (3) des Planetengetriebes 14 montiert wurden. Anschließend erfolgte eine Montage des Sonnenrads 13 mit der Sonnenradwelle 12 von der Nabenseite aus kommend über die Öffnung 18 auf dem Planetenträger 14. Danach wurde das äußere Deckelelement 20 an dem Planetenträger 14 durch Schraubverbindungen befestigt.
