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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Generatorgetriebe einer Windkraftanlage, umfassend eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle, wobei zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle ein Sonnenrad und eine Hohlwelle als zusammenwirkende Getriebeteile einer Planetenradstufe angeordnet sind, wobei ferner das Sonnenrad mit einer Innenumfangsfläche auf einer Außenumfangsfläche der Hohlwelle aufsteckbar ist.
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Das Anwendungsgebiet der Erfindung erstreckt sich auf Getriebe, insbesondere Planetengetriebe, wie sie im Antriebsstrang einer Windkraftanlage vorkommen. Wichtige Merkmale solcher Generatorgetriebe sind unter anderem die Abmessungen und das Gewicht. Dabei kommt es bei der Auslegung der Getriebeteile neben der Werkstoffauswahl und den konstruktiven Aspekten auch auf die herrschenden Kräfte und Drehmomente an, welche auf das Getriebe wirken. Derartige Getriebe unterliegen außergewöhnlichen Beanspruchungen, die aufgrund ihrer baulichen Lage und dem ungleichmäßig wechselndem Belastungskollektivs hervorgerufen werden.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Aus der
DE 10 2010 031 161 A1 geht ein Getriebe im Antriebsstrang einer Windkraftanlage hervor. Das Getriebe umfasst ein Getriebegehäuse, eine Planetenradstufe mit einem Sonnenrad, einen Planetenträger mit darin drehbar gelagerten Planetenrädern und ein Hohlrad. Das Sonnenrad ist mit mehreren Planetenrädern im Eingriff und leitet das Drehmoment abtriebsseitig über einer als Hohlwelle ausgebildeten Sonnenradwelle ab. Die Planetenräder sind in einem Planetenträger drehbar gelagert und stehen neben dem Sonnenrad auch mit einem Hohlrad im Eingriff.
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Aus der
EP 2 199 607 A2 geht ein anderes Getriebe mit einer in einem Gehäuse umlaufenden Planetenstufe für eine mit einem Rotor versehene Windkraftanlage hervor. Die Planetenstufe besteht aus einem mit dem Rotor verbundenen Planetenträger, der zwei durch Stege miteinander verbundene Seitenwangen aufweist und aus mehreren über Planetenlager in dem Planetenträger gelagerten Planetenrädern. Die Planetenräder stehen einerseits mit einer zentralen Sonnenradwelle und andererseits mit einem fest mit dem Getriebegehäuse verbundenen Hohlrad in Eingriff.
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Aus dem allgemein bekannten Stand der Technik geht hervor, dass in bestehenden Getrieben von Windkraftanlagen die Sonnenwelle einteilig ausgeführt ist. Eine Sonnenwelle kann auch zweiteilig ausgeführt sein, wobei die Kraftübertragung von dem Sonnenrad auf die Hohlwelle durch eine Steckverzahnung realisiert wird. Die Herstellung der Verzahnung ist aufwendig und nimmt viel Bauraum in Anspruch. Ein konventioneller Pressverband ist aufgrund der dünnen Querschnitte von Sonnenrad und Hohlwelle für das große übertragende Drehmoment nicht einsetzbar.
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Aus der
DE 10 2009 023 402 A1 geht ein Formkörper, umfassend ein Substrat und einer auf mindestens einen Teil der Oberfläche des Substrats aufgebrachte, reibwerterhöhende Schicht, die eine überwiegend anorganische Bindemittelmatrix und darin eingelagerte Hartstoffpartikel umfasst, hervor. Die Dicke der Bindemittelmatrix ist geringer als die mittlere Partikelgröße der Hartstoffpartikel, so dass die Hartstoffpartikel aus der Bindemittelmatrix herausragen. Der Formkörper kann als Verbindungselement zur reibungserhöhenden, kraftschlüssigen Verbindung von Bauteilen verwendet werden.
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Ferner eignet sich die reibungserhöhende Schicht insbesondere zur Herstellung von Press- oder Klemmverbindungen als Sicherungselement für Schraubverbindungen, als auch zur Direktbeschichtung von Schraubverbindungen zur Schraubensicherung. Zwischen beschichteten und unbeschichteten Formkörpern kommt es beim Verspannen durch die reibungserhöhende Beschichtung zum Mikroformschluss, wobei dadurch der Haftreibwert erhöht wird.
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Aus der
EP 2 075 466 B1 geht eine Verbindung einer niedrigtourigen Hauptwelle einer Windturbine und einer Eingangswelle eines Getriebes der besagten Windturbine hervor. Die Verbindungsfläche an der niedrigtourigen Hauptwelle und die entsprechende Verbindungsfläche an der Eingangswelle sind gegenüberliegende Flächen, die durch Vorspannmittel gegeneinandergepresst werden, wobei eine permanente Last an die Verbindungsflächen angelegt wird. Ferner sind zwischen den axialen Verbindungsflächen reibungserhöhende Mittel vorgesehen, wobei das reibungserhöhende Mittel eine Beschichtung umfasst, die ein reibungserhöhendes Pulver, das Koerner aus Diamanten enthält, aufweist. Des Weiteren kann die das reibungserhöhende Pulver enthaltende Beschichtung direkt auf eine der Verbindungsflächen oder auf eine zwischen den Verbindungsflächen installierte Beilagscheibe aufgetragen werden.
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Die
EP 1 677 032 A1 offenbart ein Verfahren zum Austausch von Komponenten eines Umlaufrädergetriebes für eine Windkraftanlage. Das Verfahren sieht vor, das Getriebe abwechselnd in einer von zwei Trennebenen aufzutrennen, um an die auszutauschenden Komponenten problemlos heranzukommen.
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Die
EP 1 045 140 A2 bezieht sich auf ein Getriebe für eine Windkraftanlage, die einen Rotorblätter tragenden Rotor und einen Generator umfasst und über ein Azimutlager auf einen Turm aufgesetzt ist. Das Getriebe ist als zweistufiges Planetengetriebe mit einer Antriebsstufe mit einer Doppelschrägverzahnung und einer Abtriebsstufe, die mit dem Rotor verbunden ist und einen schrägverzahnten Stufenplaneten aufweist, ausgebildet.
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Aus der
EP 1 318 329 A2 ist ein Getriebe für eine aus Rotor und Generator bestehende Windkraftanlage bekannt Das Getriebe ist mit einer mit dem Rotor verbundenen Planetenstufe als erster Stufe einer Leistungsverteilung und mit einer der Planetenstufe nachgeordneten und von dieser angetriebenen Stirnradstufe versehen. Die Stirnradstufe ist als zweite Stufe der Leistungsverteilung ausgebildet und weist ein von der Planetenstufe angetriebenes Großzahnrad auf. Das Großzahnrad ist von mindestens zwei Ritzelwellen umgeben, deren Zahnritzel mit dem Großzahnrad kämmen. Die Ritzelwellen tragen je ein Zahnrad. Zwei Zahnräder bilden jeweils ein Räderpaar, sind wechselweise vor und hinter dem Großzahnrad angeordnet, sind mit einer Schrägverzahnung von unterschiedlicher Steigungsrichtung versehen und stehen mit einer gemeinsamen, doppelschrägverzahnten, axial frei gelagerten Ritzelwelle in Eingriff, die als Ausgangswelle ausgebildet und mit dem Generator verbunden ist.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Getriebe, insbesondere ein Generatorgetriebe einer Windkraftanlage bereitzustellen, das hinsichtlich seines Gewichtes und der Belastbarkeit optimiert ist.
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Die Aufgabe wird ausgehend von einem Generatorgetriebe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den nachfolgenden abhängigen Ansprüchen hervor.
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Erfindungsgemäß weisen das Sonnenrad und die Hohlwelle einen Pressverband auf, wobei zwischen der Innenumfangsfläche des Sonnenrades und der Außenumfangsfläche der Hohlwelle reibwerterhöhende Mittel angeordnet sind.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Innenumfangsfläche des Sonnenrades und der Außenumfangsfläche der Hohlwelle als reibwerterhöhendes Mittel die Hohlwelle an der Außenumfangsfläche aufgeraut und/oder das Sonnenrad an der Innenumfangsfläche aufgeraut. Die Aufrauhung kann mechanisch oder chemisch, aber auch durch eine Laserbearbeitung erzeugt werden. Dadurch wird der Reibwert und somit die Adhäsionskräfte zwischen dem Sonnenrad und der Hohlwelle erhöht.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Innenumfangsfläche des Sonnenrades und der Außenumfangsfläche der Hohlwelle als reibwerterhöhendes Mittel eine reibwerterhöhende Folie angeordnet. Die reibwerterhöhende Folie wird auf die Zwischenfläche angebracht und das Sonnenrad dann auf die Hohlwelle aufgeschoben. Der Pressverband zwischen Sonnenrad und Hohlwelle sorgt für eine drehsichere Fixierung.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Innenumfangsfläche des Sonnenrades und der Außenumfangsfläche der Hohlwelle als reibwerterhöhendes Mittel eine reibwerterhöhende Beschichtung angeordnet. Die reibwerterhöhende Beschichtung kann entweder auf das Sonnenrad oder auf die Hohlwelle, aber auch auf beide Bauteile aufgebracht sein und realisiert eine drehsichere Fixierung zwischen Sonnenrad und Hohlwelle. Eine solche reibwerterhöhende Schicht kann eine verbundstabile Konversionsschicht, wie beispielsweise eine Phosphatschicht sein.
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Vorzugsweise enthalten die reibwerterhöhende Folie und die reibwerterhöhende Beschichtung Hartpartikel aus Karbiden, Nitriden und/oder Diamanten. Die Hartpartikel dringen bei dem Anpressen des Sonnenrades an die Hohlwelle in die jeweiligen Umfangsflächen ein und bilden einen Mikroformschluss. Dadurch entfällt die Steckverzahnung bei einer Sonnenrad-Hohlwellen-Verbindung. Somit können aufgrund des deutlich erhöhten Reibwertes zwischen Sonnenrad und Hohlwelle große Drehmomente übertragen werden, wobei aufgrund der Pressverbindung sowohl Gewicht als auch Bauraum eingespart wird.
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Es wird weiterhin vorgeschlagen, dass das Sonnenrad aus dem Werkstoff 18CrNiMo6 besteht und die Hohlwelle aus dem Werkstoff 42CrMo4 besteht. Aufgrund der zweiteiligen Sonnenradwelle kann das hoch beanspruchte Sonnenrad aus einem hochwertigeren und beständigeren Werkstoff bestehen als die Hohlwelle. Denkbar ist auch der Einsatz andere Legierungen, wobei das Sonnenrad bei jeder Ausführungsform aus einem hochwertigeren Werkstoff als die Hohlwelle besteht.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das Sonnenrad mindestens eine Längsbohrung und mindestens eine Querbohrung aufweist, wobei die mindestens eine Längsbohrung an einer Stirnfläche des Sonnenrades angeordnet ist und die mindestens eine Querbohrung an der Innenumfangsfläche des Sonnenrades angeordnet ist. Vorzugsweise sind die mindestens eine Längsbohrung und die mindestens eine Querbohrung als Sacklochbohrungen ausgebildet, wobei die mindestens eine Querbohrung in die mindestens eine Längsbohrung mündet.
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Des Weiteren bevorzugt bilden die mindestens eine Längsbohrung und die mindestens eine Querbohrung einen Kanal, der über die Längsbohrung an der Stirnfläche des Sonnenrades mit einem Fluid beaufschlagbar ist, um eine Montage und Demontage des Sonnenrades an die Hohlwelle zu vereinfachen. Somit hat der erhöhte Reibwert aufgrund eines sich in der Zwischenfläche ausbildenden Fluidfilms während der Montage und Demontage des Sonnenrades an die Hohlwelle keine Relevanz. Darüber hinaus wird die Montage und Demontage sogar erleichtert.
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Figurenliste
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
- 1 eine schematische Seitenansicht einer Windkraftanlage mit einem erfindungsgemäß ausgestalteten Generatorgetriebe, und
- 2 eine schematische Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Pressverbandes zwischen einem Sonnenrad und einer Hohlwelle.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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1 zeigt eine Seitenansicht einer Windkraftanlage 2 mit ihren wesentlichen Baugruppen. Die Windkraftanlage 2 weist einen Turm 15 auf, auf dem eine um eine Vertikalachse drehbar gelagerte Gondel 16 in Form eines Maschinengehäuses angeordnet ist. In der Gondel 16 ist ein Generatorgetriebe 1 drehfest befestigt, wobei das Generatorgetriebe 1 eine Antriebswelle 3 und eine Abtriebswelle 4 aufweist. Die Antriebswelle 3 des Generatorgetriebes 1 ist mit einer Nabe 17 eines mehrere Rotorblätter 18 aufweisenden Rotors 19 verbunden. Die Abtriebswelle 4 ist mit einer anzutreibenden Antriebsvorrichtung in Form eines Generators 20 drehverbunden.
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Das Generatorgetriebe 4 ist so ausgelegt, dass es eine langsame Drehbewegung der Antriebswelle 5 in eine schnelle Drehbewegung der Abtriebswelle 6 umsetzt. Dazu weist das Generatorgetriebe 4 eine oder mehrere Planetenradstufen auf, die über ein abschließendes Stirnradgetriebe mit der Abtriebswelle 6 zusammenwirken. Mittels der Windkraftanlage 1 wird elektrische Energie erzeugt, indem der von dem Wind in Drehbewegung versetzte Rotor die Drehbewegung auf die Antriebswelle 5 in das Generatorgetriebe 4 einleitet. Das Generatorgetriebe 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.
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In 2 sind eine Hohlwelle 6 und ein Sonnenrad 5 zu sehen. Die Hohlwelle 6 und das Sonnenrad 5 sind Getriebeteile des Generatorgetriebes 1 der Windkraftanlage 2 aus 1. Das Sonnenrad 5 ist mit einer Innenumfangsfläche 7 auf einer Außenumfangsfläche 8 der Hohlwelle 6 aufsteckbar, wobei zwischen dem Sonnenrad 5 und der Hohlwelle 6 ein Pressverband besteht. Ferner ist zwischen dem Sonnenrad 5 und der Hohlwelle 6 eine reibwerterhöhende Folie 9 angeordnet. Die reibwerterhöhende Folie 9 weist eine reibwerterhöhende Beschichtung 10 mit Hartpartikeln, insbesondere Diamanten auf. Die Diamanten drücken sich bei der Montage in die Innenumfangsfläche 7 des Sonnenrades 5 und in die Außenumfangsfläche 8 der Hohlwelle 6.
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Das Sonnenrad 5 weist eine Längsbohrung 11 und eine Querbohrung 12 auf, wobei die Längsbohrung 11 an einer Stirnfläche 13 des Sonnenrades 5 angeordnet ist und die Querbohrung 12 an einer Innenumfangsfläche 7 des Sonnenrades 5 angeordnet ist. Die als Sacklochbohrung ausgeführte Längsbohrung 11 verläuft axial von der Stirnfläche 13 des Sonnenrades 5. Die Querbohrung 12 hingegen verläuft radial von der Innenumfangsfläche 7 des Sonnenrades 5, wobei die Querbohrung 12 in die Längsbohrung 11 mündet. Somit sind die Querbohrung 12 und die Längsbohrung 11 fluidtechnisch miteinander verbunden und bilden einen Kanal 14, durch den ein Fluid strömen kann. Über ein Gewinde 21 in der Längsbohrung 11 kann eine fluidführende Leitung montiert werden, um das Fluid bei der Montage und Demontage des Sonnenrades 5 auf die Hohlwelle 6 bereitzustellen. Das Fluid strömt über den Kanal 14 zwischen das Sonnenrad 5 und die Hohlwelle 6, wobei ein Fluidfilm in dieser Zwischenfläche entsteht, so dass der durch die reibwerterhöhende Folie 9 erhöhte Reibwert die Montage und Demontage des Sonnenrades 5 auf die Hohlwelle 6 nicht beeinflusst. Darüber hinaus wird durch die Einbringung des Fluides in die Zwischenfläche ein Gleiten des Sonnenrades 5 auf der Hohlwelle 6 ermöglicht und dadurch die Montage und Demontage erleichtert.
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Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, anstelle einer Längsbohrung 11 und einer Querbohrung 12 kann das Sonnenrad 5 eine Längsbohrung 11 und mehrere in die Längsbohrung 11 mündende Querbohrungen 12 umfassen. Ferner kann die Querbohrung 12 in Form einer sich über den gesamten Innenumfang des Sonnenrades 5 erstreckenden Nut ausgebildet sein.
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Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Generatorgetriebe
- 2
- Windkraftanlage
- 3
- Antriebswelle
- 4
- Abtriebswelle
- 5
- Sonnenrad
- 6
- Hohlwelle
- 7
- Innenumfangsfläche
- 8
- Außenumfangsfläche
- 9
- reibwerterhöhende Folie
- 10
- reibwerterhöhende Beschichtung
- 11
- Längsbohrung
- 12
- Querbohrung
- 13
- Stirnfläche
- 14
- Kanal
- 15
- Turm
- 16
- Gondel
- 17
- Nabe
- 18
- Rotorblätter
- 19
- Rotor
- 20
- Generator
- 21
- Gewinde
