DE19917605A1 - Getriebe für Windgeneratoren - Google Patents

Getriebe für Windgeneratoren

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Abstract

Die Erfindung stellt einen kompakten Antrieb mit hoher Übersetzung für den Antrieb von Generatoren durch Windkraft dar, der eine einfache Montage und Wartung zuläßt. DOLLAR A Es handelt sich um ein Aufsteckgetriebe mit einer mehrstufigen Planetengetriebeanordnung und einer Stirnradstufe zum Abtrieb in einen Generator, wobei der Krafteintrieb in die Planetengetriebeanordnung (18, 17, 19, 8) über ein Hohlrad (18) erfolgt, das auf Planetenräder (17) treibt, auf deren gehäusefesten Wellen jeweils weitere Planetenräder (19) angeordnet sind, die mit einem Sonnenrad (8) kämmen, von dem der Abtrieb in die Stirnradstufe (7, 2) erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe zum Antrieb von Generato­ ren durch Rotoren von Windanlagen, das als Aufsteckgetriebe ausgeführt ist.
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Aufsteckgetriebe aus, das durch einen Preßverband mit der Rotorwelle einer Windanlage verbun­ den ist, mit der die Windkraft in das Getriebe eingeleitet wird. Bei dieser bekannten Ausführungsart ist die Nabe des Preßverbandes mit einem Planetenträger verbunden oder ein Teil von diesem und durch Lager im Getriebegehäuse geführt. Die Planetenräder des umlaufenden Planetenträgers wälzen sich auf einem gehäusefesten Hohlrad ab und kämmen gleichzeitig mit einem Sonnenrad durch das die Leistung summiert wird. Von der Sonnenradwelle dieser ersten Stufe wird die Leistung in den Planetenträger einer zweiten Planetenstufe weiterge­ führt. Dieser umlaufende Planetenträger führt die auf ihm angeordneten Planetenräder in einem weiteren gehäusefesten Hohlrad und die Planetenräder treiben in ein Sonnenrad ab. Von dort wird die Leistung über ein einstufiges Stirnradge­ triebe durch dessen Ritzelwelle in einen Generator abgetrie­ ben.
Diese Getriebeanordnungen sind komplex aufgebaut, weisen große Baulängen auf, sind aufwendig zu montieren und zu warten.
Aufgabe der Erfindung
Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung einen kom­ pakteren Antrieb mit hoher Übersetzung darzustellen, der eine einfache Montage und Wartung zuläßt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanpruchs 1 gelöst.
Durch die vorteilhafte erfindungsgemäße Lageranordnung tritt ein günstiger direkter Kraftfluß auf.
Durch die erfindungsgemäße Leistungsverzweigung werden die Tragfähigkeiten der Hohlradzähne und die des Sonnenrades optimal ausgenutzt.
Die Erfindung läßt eine einfache Montage der Gesamtanordnung und eine Überwachung der einfach zugänglichen Lager der Planetenräder zu.
Die erfindungsgemäße Anordnung der Sonnenradwelle, läßt das Ziehen des Sonnenrades zu.
Bei erfindungsgemäßen Getrieben laufen nur geringe Massen um die Zentralachse, wodurch ein besserer Wirkungsgrad und eine einfache Überwachung ermöglicht wird.
Beispiele
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Fig. 1 näher erläu­ tert.
Als abgebrochene Darstellung ist die Rotorwelle (13) gezeigt, die an ihrem nicht dargestellten Ende ein Windrad bzw. Wind­ flügel oder ähnliches trägt. Dieses Wellenende ist durch ein Lager am Turm der Anlage befestigt. An ihrem getriebeseitigen Ende ist die Rotorwelle (13) an einem - sie verlängernden - Fortsatz (23) im Gehäuse (16) gelagert. Dieser Fortsatz (23) kann als eigenes Bauteil angeflanscht werden, als Absatz an die Rotorwelle angedreht sein oder auch als komplette - aus dem Hohlradträger (12) und dem Fortsatz (23) - bestehende Baueinheit auf das Wellenende gebaut sein, wobei diese Bau­ einheit selbst auch einteilig sein kann. Die Rotorwelle (13) ist, für die Aufnahme von Steuereinrichtungen zur Beeinflus­ sung der Windflügel, hohlgebohrt. Auch der Fortsatz (23) weist deshalb einen Durchlaß auf, der mit einem Rohr (5) durch das Flanschgehäuse (20) geführt wird und auf der vom Windrad abgewendeten Seite des Gehäuses (20) die Montage von weiteren Steuereinrichtungen zuläßt.
Auf dem abtreibenden Ende der Rotorwelle (13) also im endna­ hen Bereich aber vor dem Fortsatz (23) ist der Hohlradträger (12) angeordnet. Diese Verbindung zur Rotorwelle (13) ist als Schrumpfverband mittels einer Schrumpfscheibe (14) ausge­ führt. Weitere Ausgestaltungsvarianten sehen einen Preßsitz oder einen Formschluß durch eine Keilwellenverbindung vor. Andere Wellen-Naben-Verbindung sind jedoch auch möglich. Der Hohlradträger (12) nimmt das Hohlrad (18) auf, das die Kraft von der Rotorwelle (13) in ein bzw. mehrere Planetenrä­ der (17) eintreibt. Auf deren im Gehäuse (16) drehbar gela­ gerten Wellen sind axial versetzt jeweils ein weiteres Plane­ tenrad (19) angeordnet, das mit dem Sonnenrad (8) kämmt. Vom fliegend zwischen mehreren Planetenrädern zentrierten Sonnen­ rad (8) wird die Kraft über die hohlgebohrte Sonnenradwelle (4) durch eine Kupplung, vorzugsweise eine Zahnkupplung, zu einer Nabe (24) geführt, in deren Innenraum die Sonnenradwel­ le (4) aufgenommen ist.
Ohne konstruktiven Mehraufwand lassen sich die Planetenge­ triebestufen (18, 17, 19, 8) mit Schrägverzahnungen ausfüh­ ren, wobei sich die Axialkräfte der Planetenräder (17, 19) ausgleichen und die Vorteile wie ruhigere Laufeigenschaften oder höhere Tragfähigkeit von Schrägverzahnungen nutzbar sind.
Durch eine elastische axiale Befestigung der Sonnenradwelle (4) können Antriebsschwankungen, die auf ungleichmäßigen Windverhältnissen oder sonstigen Einflüssen beruhen, gemil­ dert oder kompensiert werden.
Weiterhin ist es durch Messung der auftretenden Axialkräfte möglich, Aussagen über die aktuellen Betriebsdaten der Anla­ ge, wie Drehmoment, Leistung usw. zu erhalten. Mit Kenntnis dieser Daten kann dann entsprechend regelnd bzw. steuernd in den Betriebsablauf eingegriffen werden - z. B. Abschaltung bei Überlast und Gefahr der Zerstörung des Getriebes. Dazu ist vorzugsweise an der axial fest gelagerten Nabe (24) ein Sensor (25) angebracht, der die Kraft aufnimmt mit der die - axial elastisch an der Nabe (24) befestigte - Sonnenradwelle (4) auf die Nabe (24) drückt. Als Sensor (25) ist dafür z. B. eine Kraftmeßdose (auf piezoelektrischen, induktiven o. ä. Prinzipien beruhend) geeignet oder ein Wegaufnehmer, der die Relativbewegungen zwischen der Sonnenradwelle (4) und der Nabe (24) aufnimmt und mittelbar, über die Federkonstante des elastischen Verbindungsgliedes, Aufschluß über die auftreten­ de Kraft gibt.
Die Nabe (24) trägt ein Stirnrad (7), das mit einem Ritzel (2), das vorzugsweise direkt auf die Abtriebswelle (3) ange­ fräst ist, kämmt. Von der Abtriebswelle (3) wird die An­ triebsleistung in den Generator geleitet.
Die Lagerung des getriebeseitigen Endes der Rotorwelle (13) erfolgt mit einem Lager (9), das sich im Planetenträger abstützt, der mit dem Gehäuse (16) eine Einheit bildet. Das Lager (9) liegt nahezu in der Flucht der Drehmomentstützen (10), die das Reaktionsmoment des Gehäuses (16) abfangen und in den Turm der Anlage einleiten. Somit werden alle auftre­ tenden Kräfte bzw. Momente durch direkte Kraftleitung in das einteilige Gehäuse (16) geführt, und es treten keine aufwen­ digen Fügestellen auf, über die die Kraft geführt werden muß. Das Kippmoment des Getriebes wird über ein Lager (11) gegen die Rotorwelle (13) abgestützt. Im dargestellten Ausführungs­ beispiel ist dieses Lager (11) innerhalb des Planetenträgers angeordnet, in weiteren Konstruktionsvarianten kann dieses Lager aber auch an die Durchtrittsöffnung für den Hohlradträ­ ger (12) durch die Wand des Gehäuses (16) verlegt werden. In diesen Ausführungsbeispielen wird das Gehäuse (16) dann mittelbar über den Hohlradträger (12) auf der Rotorwelle (13) abgestützt.
Das Hohlrad (18) kann sowohl mit einer Kombination aus kraft­ mit formschlüssigen Elementen mit dem Hohlradträger (12) verbunden werden als auch rein formschlüssig. Dazu werden Schraubenverbindungen hergestellt, die durch Zylinderstifte verstärkt werden oder es wird eine axial gesicherte Zahnkupp­ lung eingesetzt.
Die Planetenradwellen sind auf beiden Seiten des ersten Planetenrades (17) im - mit dem Gehäuse (16) eine integrative Einheit bildenden - Planetenträger gelagert. Auf dem, in das Flanschgehäuse (20) hineinragende, freien Wellenende ist jeweils ein zweites Planetenrad (19) angebracht.
Das Flanschgehäuse (20) ist an das Gehäuse (16) angeflanscht und umschließt auf seiner offenen Seite die zweite Planeten­ getriebestufe (19, 8). Auf seiner geschlossenen Seite nimmt es die Stirnradstufe (7, 2) auf. Die Nabe (24) ist auf beiden Seiten des Stirnrades (7) gelagert. Zum einen in der Außen­ wandung des Flanschgehäuses (20) und zum anderen in einem Lager (22), das in den aufgesetzten Lagerdeckel (15) einge­ bracht ist, der auch das zur Planetenstufe (19, 8) hingerich­ tete Lager (21) der Abtriebswelle (3) trägt. Die Abtriebswel­ le (3) ist in einem weiteren Lager in der Außenwand des Flanschgehäuses (20) abgestützt. Durch den Einsatz des Lager­ deckels (15) kann beim Flanschgehäuse (20) auf eine horizon­ tale Teilung, die ein Abdichtungsproblem mit sich brächte, verzichtet werden.
Das Aufsteckgetriebe (1) läßt sich je nach Ausführungsvarian­ te entweder als komplett vormontierte Einheit auf die Rotor­ welle (13) anbauen oder in Stufen montieren.
Für Wartungszwecke läßt sich nach Demontage eines Gehäusedec­ kels auf der geschlossenen Seite des Flanschgehäuses (20) das Sonnenrad (8) mitsamt der Sonnenradwelle (4) aus dem Getriebe herausziehen.
Weiterhin ist es möglich die Funktion, der leicht zugängli­ chen Lager der nicht umlaufenden Planetenradwellen z. B. über Körperschallmessungen zu überwachen.
Bezugszeichenliste
1
Aufsteckgetriebe
2
Ritzel
3
Abtriebswelle
4
Sonnenradwelle
5
Rohr
6
Kupplung
7
Stirnrad
8
Sonnenrad
9
Lager
10
Drehmomentstütze
11
Lager
12
Hohlradträger
13
Rotorwelle
14
Schrumpfscheibe
15
Lagerdeckel
16
Gehäuse
17
Planetenrad
18
Hohlrad
19
Planetenrad
20
Flanschgehäuse
21
Lager
22
Lager
23
Fortsatz
24
Nabe
25
Sensor

Claims (18)

1. Getriebe zum Aufstecken auf eine Rotorwelle von Windanla­ gen mit einer mehrstufigen Planetengetriebeanordnung und einer Stirnradstufe zum Abtrieb in einen Generator, da­ durch gekennzeichnet, daß der Krafteintrieb in die Plane­ tengetriebeanordnung (18, 17, 19, 8) über ein Hohlrad (18) erfolgt, das auf mindestens ein Planetenrad (17) treibt, auf dessen gehäusefester Welle jeweils ein weite­ res Planetenrad (19) angeordnet ist, das mit einem Son­ nenrad (8) kämmt von dem der Abtrieb in die Stirnradstufe (7, 2) erfolgt.
2. Getriebe zum Aufstecken auf eine Rotorwelle von Windanla­ gen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ge­ triebenahe Ende der Rotorwelle (13) durch ein Lager (9) gestützt wird und das aus den Getriebekräften resultie­ rende Kippmoment des Aufsteckgetriebes (1) von einem La­ ger (11) gegen die Rotorwelle (13) abgestützt wird.
3. Getriebe zum Aufstecken auf eine Rotorwelle von Windanla­ gen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (18) auf einem Hohlradträger (12) angeordnet ist mit dessen Nabe die Rotorwelle (13) verbunden ist und der mit einem der Nabe gegenüberliegenden, die Rotorwelle (13) verlängernden, Fortsatz (23), der in das Gehäuse (16) hineinragt, die Rotorwelle (13) durch ein Lager (9) im Gehäuse (16) abstützt.
4. Getriebe zum Aufstecken auf eine Rotorwelle von Windanla­ gen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlradträger (12) einteilig ist.
5. Getriebe zum Aufstecken auf eine Rotorwelle von Windanla­ gen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlradträger (12) aus mehreren Teilen zusammengebaut ist.
6. Getriebe zum Aufstecken auf eine Rotorwelle von Windanla­ gen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wel­ len-Naben-Verbindung zwischen Rotorwelle (13) und Hohl­ radträger (12) kraftschlüssig ist.
7. Getriebe zum Aufstecken auf eine Rotorwelle von Windanla­ gen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wel­ len-Naben-Verbindung zwischen Rotorwelle (13) und Hohl­ radträger (12) ein Preßsitz ist.
8. Getriebe zum Aufstecken auf eine Rotorwelle von Windanla­ gen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wel­ len-Naben-Verbindung zwischen Rotorwelle (13) und Hohl­ radträger (12) ein Schrumpfverband ist.
9. Getriebe zum Aufstecken auf eine Rotorwelle von Windanla­ gen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wel­ len-Naben-Verbindung zwischen Rotorwelle (13) und Hohl­ radträger (12) formschlüssig ist.
10. Getriebe zum Aufstecken auf eine Rotorwelle von Windanla­ gen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wel­ len-Naben-Verbindung zwischen Rotorwelle (13) und Hohl­ radträger (12) eine Keilwellenverbindung ist.
11. Getriebe zum Aufstecken auf eine Rotorwelle von Windanla­ gen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ bindung zwischen dem Hohlrad (18) und dem Hohlradträger (12) kraft- und formschlüssig ist.
12. Getriebe zum Aufstecken auf eine Rotorwelle von Windanla­ gen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung durch Schrauben und Stifte hergestellt wird.
13. Getriebe zum Aufstecken auf eine Rotorwelle von Windanla­ gen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ bindung zwischen dem Hohlrad (18) und dem Hohlradträger (12) formschlüssig ist.
14. Getriebe zum Aufstecken auf eine Rotorwelle von Windanla­ gen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung durch eine Zahnkupplung hergestellt wird.
15. Getriebe zum Aufstecken auf eine Rotorwelle von Windanla­ gen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die - auf der zur Planetengetriebestufe hingerichteten Seite angeordneten - Lager (21, 22) der Stirnradstufe (7, 2) in einem Lagerdeckel (15), der im Gehäuseinnenraum des Flanschgehäuses (20) befestigt ist, aufgenommen sind.
16. Getriebe zum Aufstecken auf eine Rotorwelle von Windanla­ gen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ zahnungen der Planetengetriebestufen (18, 17, 19, 8) schrägverzahnt sind.
17. Getriebe zum Aufstecken auf eine Rotorwelle von Windanla­ gen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Son­ nenrad (8) in Axialrichtung beweglich angebunden ist.
18. Getriebe zum Aufstecken auf eine Rotorwelle von Windanla­ gen nach Anspruch 1 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor (25) vorgesehen ist, der die Axialkraft der Sonnenradwelle (4) aufnimmt.
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