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Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 11.
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EP 2 273 112 A2 offenbart ein Windkraftgetriebe mit integriertem Generator. Ein Rotor des Generators wird von einer Zwischenwelle getragen, die drehbar in einem Gehäuse des Getriebes gelagert ist. Eine Ausgangswelle des Getriebes ist über eine Passverzahnung drehfest mit der Zwischenwelle verbunden. Da der Rotor von der Zwischenwelle getragen wird, kann er nur zusammen mit dem Getriebe verdreht werden. Für Wartungs- und Montagezwecke ist es aber erforderlich, den Rotor unabhängig von dem Getriebe zu verdrehen.
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Aus
US 9 151 275 B2 ist ein Antriebssystem für eine Windkraftanlage mit einem Getriebe und einem Generator bekenn. Eine Gehäusestütze mit einer hohlzylindrischen Ausformung ist zwischen dem Getriebe und dem Generator angeordnet.
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US 2017 / 0 074 249 A1 betrifft eine Baugruppe zur Verwendung im Antriebsstrang einer Windkraftanlage, mit einem Getriebe, einem Generator und einem Modul, wobei das Modul eine Welle oder eine Nabe, mindestens ein Lager und eine Stützstruktur aufweist, wobei die Welle des Moduls oder die Nabe mittels des Lagers drehbar in der Stützstruktur gelagert ist, wobei die Welle oder die Nabe drehfest mit einer Welle des Getriebes verbunden werden kann, wobei ein Rotor des Generators an der Welle des Moduls oder der Nabe fixiert werden kann, und wobei die Stützstruktur an einem Gehäuse des Getriebes oder des Generators fixiert werden kann. Mindestens eine Montagesicherung ist vorgesehen, um den Rotor des Generators fixieren zu können, wobei das Modul montiert und demontiert werden kann, wenn der Rotor des Generators mittels der Montagesicherung fixiert ist.
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US 8 907 517 B2 offenbart ein Antriebsstrang für eine Windkraftanlage umfassend ein Getriebe und einem Generator. Das Getriebe weist ein Getriebegehäuse und ein Ausgangsmittel auf. Zu dem Generator gehören: Ein Generatorgehäuse, dessen Antriebsseite mit dem Getriebegehäuse gekoppelt ist, ein von dem Generatorgehäuse getragener Stator, ein Rotor mit einer Rotorwelle, die mit dem Ausgangsmittel des Getriebes und einen mit dem Rotorkörper gekoppelt ist, ein auf der dem Getriebe abgewandten Seite des Generators angeordnetes Schild, eine Spindel, die sich von dem Schild ausgehend in axialer Richtung erstreckt, und mindestens ein Generatorlager, das zwischen der Rotorwelle und der Spindel angeordnet ist. In dem Lager stützen sich das Ausgangsmittel des Getriebes und die Rotorwelle ab.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe und einen Generator unter Umgehung der den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen innewohnenden Nachteile miteinander zu koppeln. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 11. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten und ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung.
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Die Anordnung umfasst neben einem Getriebe und einem Generator eine Zwischenwelle. Diese ist als Hohlwelle ausgeführt. Eine Hohlwelle zeichnet sich durch einen Hohlraum im Inneren der Welle aus, der in mindestens eine Stirnseite der Welle mündet. Vorzugsweise mündet der Hohlraum in beide Stirnseiten der Welle. Insbesondere kann die Hohlwelle hohlzylindrisch ausgestaltet sein.
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Die Zwischenwelle ist mindestens teilweise in einem Gehäuse des Getriebes gelagert. Dies bedeutet, dass das Gehäuse mindestens einen Lagersitz für ein Lager der Zwischenwelle ausbildet. Vorzugsweise ist die Zwischenwelle vollständig in dem Gehäuse des Getriebes gelagert. In dem Fall befinden sich sämtliche Lager, mit denen die Zwischenwelle gelagert ist, jeweils in einem durch das Gehäuse ausgebildeten Lagersitz. Das Gehäuse trägt dann die Zwischenwelle, das heißt nimmt sämtliche auf die Zwischenwelle einwirkende Gewichtskräfte, insbesondere die Gewichtskraft der Zwischenwelle, auf.
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Ein Rotor des Generators ist drehfest mit der Zwischenwelle verbunden. Eine drehfeste Verbindung zweier Mittel miteinander zeichnet sich dadurch aus, dass keinerlei Verdrehungen der Mittel um eine Drehachse relativ zueinander möglich sind. Insbesondere lassen sich Drehmomente über die drehfeste Verbindung übertragen.
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Weiterhin wird der Rotor von der Zwischenwelle getragen. Dies bedeutet, dass die Zwischenwelle jegliche auf den Rotor einwirkende Gewichtskraft aufnimmt. Insbesondere nimmt die Zwischenwelle die Gewichtskraft des Rotors auf. Dies impliziert, dass der Rotor keinerlei eigene Lager aufweist, sondern ausschließlich über die Lager der Zwischenwelle gelagert ist.
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Erfindungsgemäß ist ein Zwischenstück vorgesehen, das mindestens teilweise, vorzugsweise vollständig in der Zwischenwelle angeordnet ist. Mindestens ein Teil des Zwischenstücks befindet sich also in dem oben genannten, von der Zwischenwelle ausgebildeten Hohlraum.
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Das Zwischenstück stellt eine drehfeste Verbindung zwischen einer Ausgangswelle des Getriebes und der Zwischenwelle her. Zum einen ist das Zwischenstück drehfest mit der Ausgangswelle verbunden, zum anderen ist es drehfest mit der Zwischenwelle verbunden.
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Die drehfesten Verbindungen zwischen dem Zwischenstück und der Ausgangswelle sowie zwischen dem Zwischenstück und der Zwischenwelle sind jeweils lösbar. Durch Lösen einer oder beider dieser Verbindungen wird die Ausgangswelle des Getriebes von der Zwischenwelle entkoppelt. Auf die Weise lässt sich der Rotor zusammen mit der Zwischenwelle zu Montage- oder Reparaturzwecken unabhängig von der Ausgangswelle drehen.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist ein Teil der Ausgangswelle in dem Zwischenstück angeordnet. Weiterbildungsgemäß ragt also die Ausgangswelle in das Zwischenstück hinein. Dies bedeutet, dass das Zwischenstück einen Hohlraum ausbildet, der einen Teil der Ausgangswelle enthält.
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Die Anordnung mit der in das Zwischenstück hineinragenden Ausgangswelle ist bevorzugt derart weitergebildet, dass das Zwischenstück die Ausgangswelle mindestens teilweise trägt. Dies bedeutet, dass sich die Ausgangswelle mit mindestens einem Teil der auf sie wirkenden Gewichtskräfte in dem Zwischenstück abstützt. Das Zwischenstück nimmt also die auf die Ausgangswelle einwirkenden Gewichtskräfte mindestens teilweise auf. Insbesondere nimmt sie mindestens einen Teil der Gewichtskraft der Ausgangswelle auf.
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Bevorzugt ist die Zwischenwelle derart weitergebildet, dass sie das Zwischenstück mindestens teilweise, vorzugsweise vollständig trägt. Dies bedeutet, dass die Zwischenwelle die auf das Zwischenstück einwirkenden Gewichtskräfte teilweise oder vollständig aufnimmt. Trägt das Zwischenstück die Ausgangswelle mindestens teilweise, so werden deren in dem Zwischenstück abgestützte Gewichtskräfte in die Zwischenwelle eingeleitet, sodass die Zwischenwelle die Ausgangswelle mindestens teilweise trägt.
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Die Ausgangswelle ist in einer bevorzugten Weiterbildung durch eine erste Passverzahnung drehfest mit dem Zwischenstück verbunden. Eine Passverzahnung bezeichnet eine Außenverzahnung und eine Innenverzahnung, die koaxial zueinander angeordnet sind und ineinander eingreifen, sodass beide Verzahnungen drehfest miteinander verbunden sind. Vorliegend bildet die Ausgangswelle bevorzugt die Außenverzahnung, während die Zwischenwelle die Innenverzahnung der Passverzahnung bildet.
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Bevorzugt ist die Anordnung darüber hinaus mit einer zweiten Passverzahnung weitergebildet. Diese verbindet das Zwischenstück drehfest mit der Zwischenwelle. Vorzugsweise bildet das Zwischenstück die Außenverzahnung der zweiten Passverzahnung aus, während die Zwischenwelle die Innenverzahnung der zweiten Passverzahnung ausbildet.
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Die weiterbildungsgemäßen Verbindungen des Zwischenstücks mit der Ausgangswelle und/oder der Zwischenwelle über Passverzahnungen haben den Vorteil, dass sich das Zwischenstück einfach entnehmen lässt. Zugleich lassen sich über die Passverzahnungen hohe Drehmomente übertragen.
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Zur axialen Fixierung des Zwischenstücks dient in einer bevorzugten Weiterbildung eine in die Zwischenwelle eingebrachte Nut, die mindestens teilweise in Umfangsrichtung, das heißt entlang eines Kreises, der sich in einer orthogonal zu einer Drehachse der Zwischenwelle verlaufenden Ebene erstreckt, und dessen Mittelpunkt auf der Drehachse liegt, verläuft. Das Zwischenstück greift in die Nut ein. Mindestens ein Teil des Zwischenstücks befindet sich also in der Nut. Dadurch wird die axiale Verschiebbarkeit des Zwischenstücks begrenzt.
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Um das Zwischenstück so montieren zu können, dass es in die Nut der Zwischenwelle eingreift, ist die Zwischenwelle bevorzugt mindestens zweistückig weitergebildet. Ein erstes Stück und ein zweites Stück der Zwischenwelle sind dabei lösbar miteinander verbunden und entlang der Nut miteinander gefügt. Das erste Stück und das zweite Stück bilden also jeweils mindestens einen Teil der Nut.
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Indem die Fügeverbindung zwischen dem ersten Stück und dem zweiten Stück gelöst wird, wird die Nut geöffnet, so dass das Zwischenstück eingesetzt werden kann. Werden nun das erste Stück und das zweite Stück miteinander verbunden, greift das Zwischenstück wie oben beschrieben in die Nut ein.
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Anstelle der zweiten Passverzahnung eignet sich zur drehfesten Verbindung des Zwischenstücks mit der Zwischenwelle eine Verschraubung. In einer entsprechenden bevorzugten Weiterbildung ist das Zwischenstück mit der Zwischenwelle verschraubt.
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Auch die erste Passverzahnung kann durch eine Verschraubung ersetzt werden. In einer entsprechenden bevorzugten Weiterbildung ist das Zwischenstück mit der Ausgangswelle verschraubt.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren sieht vor, dass das Zwischenstück von der Zwischenwelle und/oder von der Ausgangswelle gelöst wird. Dadurch wird die drehfeste Verbindung zwischen dem Zwischenstück und der Zwischenwelle und/oder der Ausgangswelle gelöst, sodass sich der Rotor in einem weiteren Verfahrensschritt drehen lässt.
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Aufgrund der drehfesten Verbindung zwischen dem Rotor und der Zwischenwelle erfolgt die Drehung des Rotors zusammen mit der Zwischenwelle. Da aber mindestens eine der beiden drehfesten Verbindungen zwischen der Zwischenwelle und dem Zwischenstück bzw. zwischen dem Zwischenstück und der Ausgangswelle gelöst sind, sind die Ausgangswelle und die Zwischenwelle voneinander entkoppelt. Die Zwischenwelle kann daher mit dem Rotor ohne die Ausgangswelle gedreht werden.
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In einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung wird das Zwischenstück nach dem Lösen des Zwischenstücks von der Zwischenwelle und von der Ausgangswelle entfernt. Dadurch vereinfacht sich die Drehung des Rotors mit der Zwischenwelle.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. Übereinstimmende Bezugsziffern kennzeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale. Im Einzelnen zeigt:
- 1 ein erstes Verbindungsmodul mit einem Zwischenstück;
- 2 das erste Verbindungsmodul mit entferntem Zwischenstück;
- 3 ein zweites Verbindungsmodul mit Zwischenstück;
- 4 ein drittes Verbindungsmodul mit Zwischenstück;
- 5 ein viertes Verbindungsmodul;
- 6 ein fünftes Verbindungsmodul mit Zwischenstück;
- 7 ein sechstes Verbindungsmodul mit Zwischenstück; und
- 8 ein siebtes Verbindungsmodul mit Zwischenstück.
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Die in den 1 bis 8 dargestellten Verbindungsmodule 101, 301, 401, 501, 601, 701, 801 umfassen jeweils eine Ausgangswelle 103 eines Windkraftgetriebes, ein Zwischenstück 105, eine Zwischenwelle 107, eine zu einem Gehäuse des Windkraftgetriebes gehörige Gehäuseglocke 109 und einen Rotor 111 eines Generators. Die Zwischenwelle 107 ist mittels zweier Lager 113a, 113b in der Getriebeglocke 109 gelagert. Auf die Zwischenwelle 107 aufgeschraubt ist der Rotor 111. Das Zwischenstück 105 dient dazu, eine drehfeste Verbindung zwischen der Ausgangswelle 103 und der Zwischenwelle 107 und damit zwischen der Ausgangswelle 103 und dem Rotor 111 herzustellen.
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Die in den 1 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispiele unterscheiden hinsichtlich der Ausgestaltung der drehfesten Verbindung zwischen der Ausgangswelle 103 und der Zwischenwelle 107. Gemäß 1 kommt diese Verbindung durch zwei Passverzahnungen zustande. Eine erste Passverzahnung 115 wird durch die Ausgangswelle 103 und das Zwischenstück 105 ausgebildet. Zusammen mit der Zwischenwelle 107 bildet das Zwischenstück 105 darüber hinaus eine zweite Passverzahnung 117.
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Im Inneren eines hohlzylindrischen Abschnitts 105a des Zwischenstücks 105 verläuft ein Absatz 119. Dieser erstreckt sich ausgehend von dem Zwischenstück 105 radial nach innen hin. Die Ausgangswelle 103 liegt an dem Absatz 119 an und wird so gegenüber einer Verschiebung in axialer Richtung gesichert.
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Ein kreisringförmiger Abschnitt 105b des Zwischenstücks 105 ist mit der Zwischenwelle 107 verschraubt. Dadurch werden auch axiale Verschiebungen des Zwischenstücks 105 und der Zwischenwelle 107 relativ zueinander unterbunden.
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Die Verschraubung dient nicht der Übertragung von Drehmomenten. An der Ausgangswelle 103 anliegende Ausgangsmomente des Windkraftgetriebes werden stattdessen über die erste Passverzahnung 115 auf das Zwischenstück und von dort über die zweite Passverzahnung 117 auf die Zwischenwelle 107 übertragen.
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Indem die Verschraubung zwischen der Zwischenwelle 107 und dem Rotor 111 gelöst wird, lässt sich das Zwischenstück 105 in einer axialen Bewegung zur Generatorseite hin entnehmen. Dies ist in 2 dargestellt.
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3 zeigt eine Variante der Anordnung aus 1. In 3 ist die Verschraubung des Zwischenstücks 105 mit der Zwischenwelle 107 ausgehend von 1 weiter getriebeseitig angeordnet, sodass die Verschraubung radial mit dem Absatz 119 fluchtet.
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Die Verschraubung zwischen dem Zwischenstück 105 und der Zwischenwelle 107 lässt sich anstelle der Passverzahnung 117 zur Übertragung von Drehmomenten zwischen dem Zwischenstück 105 und der Zwischenwelle 107 nutzen. Ein entsprechend ausgestaltetes drittes Verbindungsmodul 401 ist in 4 dargestellt. Das dritte Verbindungsmodul 401 weist im Gegensatz zu dem ersten Verbindungsmodul 101 keine zweite Passverzahnung 117 auf. Die Übertragung der Ausgangsmomente des Windkraftgetriebes erfolgt stattdessen von der Ausgangswelle 103 über die erste Passverzahnung 115 auf das Zwischenstück 105 und von dort über die genannte Verschraubung auf die Zwischenwelle 107.
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In 5 ist ein viertes Verbindungsmodul 501 dargestellt. Dieses unterscheidet sich von dem ersten Verbindungsmodul 101 aus 1 dadurch, dass das Zwischenstück 105 zweistückig ausgeführt ist. Die zwei Stücke des Verbindungsmoduls 105 sind dabei entlang des Absatzes 119 miteinander verschraubt.
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Das in 6 dargestellte Verbindungsmodul 601 ist eine Variante des zweiten Verbindungsmoduls 301 aus 3. Es unterscheidet sich von dem zweiten Verbindungsmodul 301 durch ein analog zu dem vierten Verbindungsmodul 501 zweistückig ausgeführtes Zwischenstück 105. Die beiden Stücke des Zwischenstücks 105 sind auch hier miteinander verschraubt.
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Das in 7 dargestellte sechste Verbindungsmodul 701 realisiert eine Übertragung des Ausgangsdrehmoments des Windkraftgetriebes von der Ausgangswelle 103 über das Zwischenstück 105 zu der Zwischenwelle 107 ausschließlich bei Verschraubungen. Entsprechend ist das Zwischenstück 105 sowohl mit der Ausgangswelle 103 als auch mit der Zwischenwelle 107 verschraubt. Beide Verschraubungen dienen der Drehmomentübertragung. Entsprechend weist das sechste Verbindungsmodul 701 keinerlei Passverzahnungen auf.
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Das erste Verbindungsmodul 101 ist durch die zweite Passverzahnung 117 und die Verschraubung des Zwischenstücks 105 mit der Zwischenwelle 107 statisch überbestimmt. Daher lässt sich nicht ausschließen, dass auch die Verschraubung ein Drehmoment überträgt. Da die Verschraubung dafür nicht ausgelegt ist, besteht das Risiko einer Beschädigung. Dieses Problem löst das in 8 dargestellte siebte Verbindungsmodul 801. Hier ist eine kreisringförmige Platte 803 anstelle des Zwischenstücks 105 mit der Zwischenwelle 107 verschraubt.
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Die Platte 803 bildet zusammen mit der Zwischenwelle 107 eine Nut 805. In diese Nut 805 greift das Zwischenstück 105 ein und wird dadurch axial fixiert. Dadurch, dass das Zwischenstück 105 in der Nut 805 verdrehen lässt, wird sämtliches Drehmoment über die zwei Passverzahnung 117 von dem Zwischenstück 105 auf die Zwischenwelle 107 übertragen.
