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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Planetengetriebe für eine Windkraftanlage, umfassend ein Sonnenrad und mehrere mit dem Sonnenrad in Eingriff stehende und in einem Planetenradträger drehbar an einer Planetenradachse gelagerten Planetenrädern, die sich rotatorisch um das Sonnenrad bewegen, sowie ein koaxial zum Sonnenrad angeordnetes Hohlrad, in welchem die Planetenräder wälzen, wobei die Planetenräder axial an einer ersten Axiallagerscheibe anlaufen.
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Getriebe für Windkraftanlagen sollen aufgrund ihrer Anordnung an bzw. innerhalb der Gondel der Windkraftanlage einen möglichst kleinen Bauraum und ein möglichst geringes Gewicht aufweisen. Es ist bekannt, Planetengetriebe innerhalb derartiger Windkraftanlagen einzusetzen, da Planetengetriebe bei vorgegebener, zu erreichender Übersetzung zwischen der Eingangswelle des Rotors und der Abtriebswelle des Generators verhältnismäßig klein und auch leicht bauen.
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Es ist in diesem Zusammenhang ferner bekannt, dass Verkippungen der Planetenräder sowie Herstellungstoleranzen und/oder Ungenauigkeiten bei der Fertigung von Planetengetrieben zu einem Axialschub der Planetenräder und deren Lagerungen führen können. Diese Axialkräfte werden in der Regel über die Anlaufscheiben, die auch als Axiallagerscheiben bezeichnet werden, in den Planetenradträger des Planetengetriebes eingeleitet.
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Derartige Anlaufscheiben sind bereits in den unterschiedlichsten Ausführungsvarianten vorbekannt. Sie dienen dem axialen Anlauf des Planetenrades und schützen den in der Regel ungehärteten Planetenradträger sowie das Planetenrad vor Verschleiß. Das Planetenrad läuft dabei mit einer planen Stirnfläche an einer ebenfalls planen Anlauffläche der Axiallagerscheibe an. Das Planetenrad ist hierbei üblicherweise mit einer durchgehenden Bohrung versehen, mit der es mit Hilfe einer Lagerung auf der Planetenradachse drehbar gehalten ist. Diese Lagerung kann beispielsweise durch einen Nadelkranz, einen vollrolligen Nadelsatz oder aber auch durch ein Gleitlager gebildet sein. Je nach Lagerungsart laufen daher an den Anlaufscheiben entweder der Lagerkäfig, die Stirnseiten der Lagernadeln oder das Planetenrad an. Die Anlaufscheiben sind dabei zumeist aus Blech gestanzt, können aber auch als ein spanend bearbeitetes Bauteil ausgeführt sein. Die Oberfläche der Anlaufscheiben wird entweder geschliffen, in Walzqualität belassen oder ist beschichtet. Die Wahl des Werkstoffes der Scheiben und ihrer Oberflächenqualität sowie ihrer Oberflächenhärte ist im Wesentlichen von den vorgefundenen Reibungsverhältnissen abhängig.
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Eine solche Anlaufscheibe für ein Planetengetriebe ist beispielsweise aus der
DE 40 09 968 A1 vorbekannt. Hierbei ist das auf einem Planetenradbolzen über ein Wälzlager drehbar gelagerte Planetenrad beidseitig von je einer Anlaufscheibe begrenzt, die mit ihrer Aufnahmebohrung auf den Planetenradbolzen aufgeschoben ist. Diese Anlaufscheiben sind also zwischen dem schnelldrehenden Planetenrad und dem Planetenradträger angeordnet, wobei letzterer in vielen Fällen aus einem relativ weichen Werkstoff, beispielsweise Aluminium, gefertigt ist. Um ein Eingraben der Anlaufscheiben in den Planetenradträger zu vermeiden, muss deren Verdrehen bzw. deren Rotation ausgeschlossen werden. In der genannten Vorveröffentlichung wird das derart realisiert, indem die Anlaufscheibe an ihrem Außenumfang mit einer abgewinkelten Halteklaue versehen ist, die in eine zugehörige Ausnehmung des Planetenradträgers eingreift.
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Eine andere Möglichkeit, derartige Axiallagerscheiben verdrehfest gegenüber der Planetenradachse bzw. dem Planetenradträger anzuordnen ist, diese entsprechend mit dem Planetenradträger zu verschrauben. Dies hat jedoch einige wesentliche Nachteile. Zum einen ist in der Regel ein zeitaufwändiges drehmomentgestütztes Anziehen der Schrauben notwendig. Ferner wird üblicherweise eine hohe Anzahl an Schrauben benötigt, um die Axiallagerscheibe gegen ein unerwünschtes Mitdrehen zu sichern.
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Derartige Anlaufscheiben werden derzeit in der Regel massiv aus Bronze hergestellt. Aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten kann es problematisch sein, die Anlaufscheiben bzw. Axiallagerscheiben aus Bronze mit dem Planetenträger dauerhaft zu verschrauben.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Planetengetriebe für eine Windkraftanlage bereitzustellen, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme vermeidet und insbesondere kostengünstig herstellbar ist
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Planetengetriebe für eine Windkraftanlage, umfassend ein Sonnenrad und mehrere mit dem Sonnenrad in Eingriff stehende und in einem Planetenradträger drehbar an einer Planetenradachse gelagerten Planetenrädern, die sich rotatorisch um das Sonnenrad bewegen, sowie ein koaxial zum Sonnenrad angeordnetes Hohlrad, in welchem die Planetenräder wälzen, wobei die Planetenräder axial an einer ersten Axiallagerscheibe anlaufen, wobei die erste Axiallagerscheibe an ihrer dem jeweiligen Planetenrad zugewandten Stirnseite aus einer Bronze und an ihrer dem Planetenradträger zugewandten Stirnseite aus einem Stahl geformt ist, wobei die aus Stahl geformte Stirnseite gegenüber dem Planetenradträger fixiert ist oder die erste Axiallagerscheibe an ihrer dem jeweiligen Planetenrad zugewandten Stirnseite aus einem Stahl und an ihrer dem Planetenradträger zugewandten Stirnseite aus einer Bronze geformt ist, wobei die aus Stahl geformte Stirnseite gegenüber dem Planetenrad fixiert ist.
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Durch die Materialkombination von Stahl und Bronze kann insbesondere eine höhere mechanischen Stabilität der Axiallagerscheibe bei der Aufnahme von Axialkräften realisiert werden. Dadurch das Bronze nur an der jeweils reibungsbehafteten Stirnseite der Axiallagerscheibe verwendet wird, kann auch ein deutlich reduzierter CO2-Footprints der Axiallagerscheibe erreicht werden.
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Die aus dem Stahl bestehende Stirnseite kann ohne größere Probleme hinsichtlich unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten dauerhaft an den Planetenradträger oder dem Planetenrad fixiert werden, da diese üblicherweise ebenfalls aus einem Stahl gefertigt sind. Das Fixieren kann beispielsweise über eine Schraubverbindung oder eine Verschweißung erfolgen.
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Die Planetenräder können hierbei axial an einer ersten, drehfest gegenüber der Planetendrehachse angeordneten Axiallagerscheibe oder aber axial an einer ersten, drehbar gegenüber der Planetendrehachse angeordneten Axiallagerscheibe anlaufen.
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Die Axiallagerscheibe, ein Planetenrad und/oder der Planetenradträger sind bevorzugt nasslaufend ausgeführt, so dass zwischen den sich im Betrieb bewegenden Bauelementen, wie insbesondere der Axiallagerscheibe und dem Planetenradträger, ein Schmierfilm durch eine Beaufschlagung dieser Bereiche mit einem Schmiermittel, wie beispielsweise einem Schmieröl, ausgebildet ist. Bevorzugt trennt der sich im Betrieb aufbauende Schmierfilm eine Axiallagerscheibe von dem Planetenradträger, so dass diese sich nicht direkt kontaktieren.
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Bevorzugt weist das Planetengetriebe eine zweite Axiallagerscheibe auf, welche geometrisch im Wesentlichen identisch zur ersten Axiallagerscheibe ausgebildet ist. Ferner ist es vorteilhaft, dass die zweite Axiallagerscheibe und die erste Axiallagerscheibe aus dem gleichen Material gefertigt sind. Es ist höchst bevorzugt, dass die erste Axiallagerscheibe und die zweite Axiallagerscheibe gleichteilig ausgebildet sind.
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Die zweite Axiallagerscheibe ist bevorzugt axial an der der ersten Axiallagerscheibe gegenüberliegenden Seite des Planetenrads positioniert, so dass das entsprechende Planetenrad beidseits axial an eine Axiallagerscheibe anlaufen kann.
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In diesem Zusammenhang ist es ferner bevorzugt, dass die Planetenräder auf den Planetenradachsen mittels eines Gleitlagers drehbar angeordnet sind. Es ist auch möglich, dass die Planetenradachsen über wenigstens ein Gleitlager in dem Planetenradträger gelagert sind.
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Es ist bevorzugt, dass Planetenräder aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Stahl, geformt sind. Ganz besonders bevorzugt sind die Planetenräder als Stirnzahnräder ausgebildet. Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Planetenräder gleichteilig ausgebildet sind, wodurch die Anzahl der verwendeten Gleichteile weiter gesteigert und die Herstellkosten weiter gesenkt werden können.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Planetendrehachsen gleichteilig ausgebildet sind, was zu einer weiteren Optimierung der Herstellkosten durch Gleichteilverwendung beiträgt.
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Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass eine der Stirnseiten der Axiallagerscheibe aus einer Bronze, insbesondere aus CuSn12Ni2, geformt ist. Der Vorteil, der sich hierdurch ergibt, ist insbesondere, dass die Reibung weiter reduzierbar ist
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste Axiallagerscheibe aus einem Stahl gefertigt und die dem Planetenrad zugewandte Stirnseite oder die dem Planetenradträger zugewandte Stirnseite eine erste Beschichtung aus Bronze aufweist. Die aus einer Bronze geformte Stirnseite kann mit verschiedenen Verfahren hergestellt werden, z.B. durch ein Auftragsschweißen durch Laser oder andere Quellen. Aber auch anderen Verfahren zur Erzeugung verschleißfester Schichten sind möglich, z.B. PVD, PACVD, thermisches Spritzen oder ähnliches.
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Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass auf der ersten Beschichtung aus Bronze eine zweite Beschichtung aus einem reibungsreduzierenden Material aufgetragen ist. Es kann hierdurch eine weitere Reduktion der Reibung der sich relativ zueinander drehenden Komponenten erreicht werden.
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Grundsätzlich ist es ergänzend oder alternativ auch möglich, dass die dem Planetenrad zugewandte Stirnseite oder die dem Planetenradträger zugewandte Stirnseite der ersten Axiallagerscheibe eine Hartstoffbeschichtung, insbesondere eine PVD oder PACVD-Beschichtung, aufweist. Insbesondere ist diese Hartstoffbeschichtung aus einem von einer Bronze abweichenden Material geformt.
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Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Planetenräder jeweils eine Gleitlagerung an einer Planetenradachse gelagert sind oder die Planetenradachsen über jeweils wenigstens eine Gleitlagerung an oder in dem Planetenradträger gelagert sind.
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Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass sich durch die Gleitlagerung ein besonders kompakt bauendes und wartungsarmes Planetengetriebe bereitstellen lässt.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der aus Stahl gebildete Teil der ersten Axiallagerscheibe mittels einer Schraubverbindung an dem Planetenradträger fixiert ist oder der aus Stahl gebildete Teil der ersten Axiallagerscheibe mittels einer Schraubverbindung an dem Planetenrad fixiert ist. Hierdurch lässt sich eine besonders langlebige und formstabile Fixierung der Axiallagerscheibe realisieren.
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Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die erste Axiallagerscheibe an ihrer dem Planetenrad zugewandten Stirnseite und/oder an ihrer dem Planetenradträger zugewandten Stirnseite im Wesentlichen eben ausgeführt ist, was ein besonders gutes Anlaufen an die Axiallagerscheibe erleichtert.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Planetenräder axial an einer zweiten Axiallagerscheibe anlaufen, wobei die zweite Axiallagerscheibe an ihrer dem jeweiligen Planetenrad zugewandten Stirnseite aus einer Bronze und an ihrer dem Planetenradträger zugewandten Stirnseite aus einem Stahl geformt ist, wobei die aus Stahl geformte Stirnseite gegenüber dem Planetenradträger fixiert ist oder die zweite Axiallagerscheibe an ihrer dem jeweiligen Planetenrad zugewandten Stirnseite aus einem Stahl und an ihrer dem Planetenradträger zugewandten Stirnseite aus einer Bronze geformt ist, wobei die aus Stahl geformte Stirnseite gegenüber dem Planetenrad fixiert ist. Hierdurch kann ein sicheres und reibungsarmes Anlaufen der Planetenräder in beide axiale Richtungen erreicht werden.
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Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die erste Axiallagerscheibe und die zweite Axiallagerscheibe gleichteilig ausgebildet sind, was die Herstellkosten weiter senken kann.
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Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass die Axiallagerscheibe einstückig, insbesondere monolithisch mit dem Planetenradträger oder dem Planetenrad ausgebildet ist, was ebenfalls zu einer weiteren Kostensenkung beitragen kann.
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Schließlich kann die Aufgabe der Erfindung auch gelöst werden durch eine Windkraftanlage umfassend ein Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1-9.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 eine Windkraftanlage mit einem Planetengetriebe in einer schematischen Darstellung,
- 2 ein Planetengetriebe in einer Schaltbilddarstellung,
- 3 eine Axialschnittansicht durch die in einem Planetenradträger gelagerte Planetenradachse mit einem Planetenrad,
- 4 eine Detailansicht auf eine an dem Planetenradträger fixierten Axiallagerscheibe
- 5 eine Detailansicht auf eine an dem Planetenrad fixierten Axiallagerscheibe.
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Die 1 zeigt ein Planetengetriebe 1 in einer Windkraftanlage 2. Das Planetengetriebe ist hierbei mit seinem Eingang an eine Rotorwelle 16 angebunden und mit seinem Ausgang an eine generatorisch betriebene elektrische Maschine 15.
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Wie in der 2 zu sehen ist, umfasst das Planetengetriebe 1 ein Sonnenrad 3 und mehrere mit dem Sonnenrad 3 in Eingriff stehende und in einem Planetenradträger 4 drehbar an einer Planetenradachse 5 gelagerten Planetenrädern 6, die sich rotatorisch um das Sonnenrad 3 bewegen, sowie ein koaxial zum Sonnenrad 3 angeordnetes Hohlrad 7, in welchem die Planetenräder 6 wälzen. Die Planetenräder 6 sind jeweils über ein Radialgleitlager 12 an einer Planetenradachse 5 gelagert.
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Die Planetenräder 6 laufen axial an einer ersten Axiallagerscheibe 8 an, was sich gut anhand der 3-5 nachvollziehen lässt.
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Was der 3 auch entnommen werden kann, ist, dass die Planetenräder 6 axial an einer zweiten Axiallagerscheibe 8 anlaufen, wobei die zweite Axiallagerscheibe 11 an ihrer dem jeweiligen Planetenrad 6 zugewandten Stirnseite 9 aus einer Bronze und an ihrer dem Planetenradträger 4 zugewandten Stirnseite 10 aus einem Stahl geformt ist, wobei die aus Stahl geformte Stirnseite 10 gegenüber dem Planetenradträger 4 fixiert ist. Alternativ ist es auch möglich, dass die zweite Axiallagerscheibe 11 an ihrer dem jeweiligen Planetenrad 6 zugewandten Stirnseite 9 aus einem Stahl und an ihrer dem Planetenradträger 4 zugewandten Stirnseite 10 aus einer Bronze geformt ist, wobei die aus Stahl geformte Stirnseite 10 gegenüber dem Planetenrad 6 fixiert ist. Die erste Axiallagerscheibe 8 und die zweite Axiallagerscheibe 11 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel der 3 gleichteilig ausgebildet.
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In der 4 ist eine Ausführungsform der Axiallagerscheibe 8 gezeigt, bei der die erste Axiallagerscheibe 8 an ihrer dem jeweiligen Planetenrad 6 zugewandten Stirnseite 9 aus einer Bronze und an ihrer dem Planetenradträger 4 zugewandten Stirnseite 10 aus einem Stahl geformt ist, wobei die aus Stahl geformte Stirnseite 10 gegenüber dem Planetenradträger 4 fixiert ist. Der aus Stahl gebildete Teil der ersten Axiallagerscheibe 8 ist mittels einer Schraubverbindung an dem Planetenradträger 4 fixiert.
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In der 5 ist eine Ausführungsform der Axiallagerscheibe 8 zu erkennen, bei der die erste Axiallagerscheibe 8 an ihrer dem jeweiligen Planetenrad 6 zugewandten Stirnseite 9 aus einem Stahl und an ihrer dem Planetenradträger 4 zugewandten Stirnseite 10 aus einer Bronze geformt ist, wobei die aus Stahl geformte Stirnseite 10 gegenüber dem Planetenrad 6 fixiert ist. Der aus Stahl gebildete Teil der ersten Axiallagerscheibe 8 ist hierbei mittels einer Schraubverbindung an dem Planetenrad 6 fixiert ist.
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In beiden Ausführungsvarianten ist die erste Axiallagerscheibe 8 aus einem Stahl gefertigt und die dem Planetenrad 6 zugewandte Stirnseite 9 oder die dem Planetenradträger 4 zugewandte Stirnseite 10 weist eine erste Beschichtung aus Bronze auf. Die Axiallagerscheibe 8 hat also - anders ausgedrückt - einen Grundkörper 14 aus Stahl, auf dessen eine Stirnseite 9,10 eine Bronzeschicht 13 aufgetragen ist. Es wäre grundsätzlich auch denkbar, dass auf der ersten Beschichtung aus Bronze eine zweite Beschichtung aus einem reibungsreduzierenden Material aufgetragen ist, was in den Figuren jedoch nicht gezeigt ist. Die erste Axiallagerscheibe 8 ist an ihrer dem Planetenrad 6 zugewandten Stirnseite 9 und an ihrer dem Planetenradträger 4 zugewandten Stirnseite 10 im Wesentlichen eben ausgeführt.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Planetengetriebe
- 2
- Windkraftanlage
- 3
- Sonnenrad
- 4
- Planetenradträger
- 5
- Planetenradachse
- 6
- Planetenräder
- 7
- Hohlrad
- 8
- erste Axiallagerscheibe
- 9
- Stirnseite
- 10
- Stirnseite
- 11
- zweite Axiallagerscheibe
- 12
- Radialgleitlager
- 13
- Bronzeschicht
- 14
- Grundkörper
- 15
- elektrische Maschine
- 16
- Rotorwelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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