Einsteilbewegliche Rotorwellenanordnung, Datenagglomerat, Generatorgetriebe und Windkraftanlage

Die Erfindung betrifft eine Rotorwellenanordnung mit einer Ausgangswelle und einer Rotorwelle sowie ein Datenagglomerat, mit deren Hilfe die Rotorwellenanordnung durch additive Fer tigung hergestellt und/oder simuliert werden kann. Ebenso be trifft die Erfindung ein Generatorgetriebe, das eine solche Rotorwellenanordnung aufweist. Ferner betrifft die Erfindung eine Windkraftanlage, die mit einem derartigen Generatorge triebe ausgestattet ist.

Die Druckschrift US 2011/272214 Al offenbart ein Generatorge triebe, das eine Getriebeeinheit und eine Generatoreinheit umfasst. Eine Sonnenwelle einer Planetenstufe ist an einem generatorseitigen Ende mit einer Verzahnung versehen, die zu einer Kupplung gehört, die eine Verbindung zu einer Rotorwel le herstellt. Die Kupplung ist gewölbt ausgebildet, um einen Versatz zwischen der Sonnenwelle und der Rotorwelle auszu gleichen. Radial zu der Verzahnung beabstandet ist die Rotor welle über Lager gelagert, die auftretende Axialkräfte ab stützen können.

Die Internationale Patentanmeldung WO 02/081280 Al zeigt ei nen Fahrzeugantrieb, bei dem eine Rotorwelle eines An triebsmotors über eine Bogenzahnkupplung mit einem Getriebe verbunden ist. Die Rotorwelle ist in der Bogenzahnkupplung in einer innenverzahnten Komponente aufgenommen, die mit einem Getrieberitzel verbunden ist.

Es sind Bogenzahnkupplungen bekannt, bei denen an axialen En den eines Kupplungszwischenstücks Deckel neben den Bogenver zahnungen angeordnet sind. Durch die Deckel wird eine Abdich tung der Bogenzahnkupplung gegen einen Austritt von Schmier stoff gewährleistet. Aus DE 102009 048735 Al, DE 1142 473 B und US 3142 972 A sind Wellenkupplungen mit einer Bogenzahnkupplungen bekannt.

In unterschiedlichen Anwendungen besteht Bedarf an Verbindun gen zwischen Wellen, die dazu geeignet ist, hohe Antriebs leistungen zu übertragen und einen Winkelversatz auszuglei chen. Gleichzeitig besteht die Zielsetzung, derartige Verbin dungen kompakt auszubilden. Dies gilt in besonderem Ausmaß für Windkraftanlagen, in denen ein Getriebe mit einem Genera tor zu verbinden ist, beispielsweise in einem integrierten Generatorgetriebe. Ebenso wird eine einfache und wirtschaft liche Herstellung solcher Lösungen angestrebt. Der Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, eine Rotorwellenanord nung bereitzustellen, die in zumindest einem der skizzierten Punkte eine Verbesserung bietet.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Rotorwellenanord nung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Datenagglo- merat mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Bevorzugte Ausge staltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung gegeben, die einzeln oder in Kom bination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Eine Beschreibung eines Merkmals gemeinsam mit einem anderen Merk mal erfolgt nur aus Gründen der vereinfachten Darstellung und soll nicht ausschließen, dass das jeweilige Merkmal auch ohne das andere Merkmal eine Weiterbildung der Erfindung darstel len kann.

Die Aufgabenstellung wird durch eine erfindungsgemäße Rotor wellenanordnung zur drehmomentübertragenden Verbindung einer Getriebeeinheit mit einer Generatoreinheit gelöst. Die Rotor wellenanordnung umfasst eine Ausgangswelle für die Getriebe einheit und eine Rotorwelle für die Generatoreinheit. Die Ge triebeeinheit und die Generatoreinheit sind im montierten Zu stand mit einer Bogenzahnkupplung drehmomentübertragend mit einander verbunden. Dazu ist die Bogenzahnkupplung mit der Ausgangswelle und der Rotorwelle verbunden. Dabei kann die Ausgangswelle mittels der Bogenzahnkupplung teilweise in der Rotorwelle aufgenommen sein oder die Rotorwelle mittels der Bogenzahnkupplung teilweise in der Ausgangswelle aufgenommen sein. Die Bogenzahnkupplung umfasst auch zumindest ein Stüt zelement. Das zumindest eine Stützelement ist zu einem axia len Positionieren der Bogenzahnkupplung ausgebildet und ist lösbar befestigt. Das zumindest eine Stützelement ist zu ei nem Begrenzen einer relativen axialen Beweglichkeit der Bo genzahnkupplung, und damit der Rotorwelle bezüglich der Aus gangswelle, ausgebildet. Das mindestens eine Stützelement weist eine Axialkräfte der Bogenzahnkupplung abstützende Ge genfläche auf, wobei die Gegenfläche bei einem Verkippen der Ausgangswelle relativ zur Rotorwelle an einer korrespondie renden Stützfläche der Ausgangswelle oder der Rotorwelle ab- gleitbar ausgestaltet ist. Dadurch kann ein Verkippen der Ausgangswelle relativ zur Rotorwelle zugelassen werden, um einen Winkelversatz auszugleichen, wobei gleichzeitig eine Abtragung von Axialkräften über das mindestens eine Stützele ment bereitgestellt wird, um eine axiale Relativbewegung des Ausgangswelle zur Rotorwelle zu begrenzen und insbesondere ein axiales Wegwandern der der Ausgangswelle aus einer dreh momentübertragenden Koppelung mit der Rotorwelle zu verhin dern. Dementsprechend kann im Betrieb ein axiales Wandern der Rotorwelle auf der Ausgangswelle vermieden werden. Dement sprechend kann die Bogenzahnkupplung entlang einer Axialrich tung, also im Wesentlichen entlang einer Hauptdrehachse der Getriebeeinheit und/oder Generatoreinheit, kompakt ausgebil det werden. Ebenso ist die Rotorwelle damit in einer fliegen den Lagerung aufnehmbar. Das axiale Positionieren der Bogen zahnkupplung gewährleistet eine leichtgängige Beweglichkeit und ermöglicht ein einsteilbewegliches, insbesondere winke- leinstellbewegliches, Verhalten zwischen der Ausgangswelle und der Rotorwelle. Das zumindest eine Stützelement ist sepa rat in einfacher Weise herstellbar und erlaubt eine schnelle Montage und Demontage eines Generatorgetriebes mit einer Ge triebeeinheit und Generatoreinheit.

Das zumindest eine Stützelement kann ein erstes Stützelement und/oder ein zweites Stützelement umfassen. Das heißt, die Menge des zumindest einen Stützelements kann genau ein erstes Stützelement, genau ein zweites Stützelement sowie sowohl das erste Stützelement als auch das zweite Stützelement umfassen. Vorzugsweise ist gleichzeitig nur das erste Stützelement und das zweite Stützelement vorgesehen, so dass ein drittes Stüt zelement und weitere Stützelemente vermieden sind. Insbeson dere sind das erste Stützelement und das zweite Stützelement an unterschiedlichen axialen Enden der Bogenzahnkupplung vor gesehen, wobei insbesondere das erste Stützelement und das zweite Stützelement bei der Montage mit einem Bewegungsanteil in axialer Richtung aufeinander zu bewegbar sind, um ein axi ales Spiel der Rotorwelle bezüglich der Ausgangswelle, insbe sondere im Bereich der Bogenzahnkupplung, zu eliminieren oder auf ein vordefiniertes axiales Spiel zu begrenzen, beispiels weise um eine axiale Spielpassung vorzusehen und/oder eine im laufenden Betrieb zu erwartende axiale Wärmedehnung der Ro torwelle und/oder Ausgangswelle ausgleichen zu können.

Das erste Stützelement und das zweite Stützelement können auf einem vordefinierten axialen Abstand zueinander vorgesehen sein. Grundsätzlich ist es möglich, dass die axiale Relativ lage der Stützelemente relativ zur Rotorwelle und zur Aus gangswelle nicht vordefiniert ist, sondern stattdessen von einem durch die Bogenzahnkupplung auszugleichenden Winkelver satz abhängt. Hierzu kann eine von der Bogenzahnkupplung weg weisende Abstützstelle des jeweiligen Stützelements axial verlagerbar ausgestaltet sein, beispielsweise mit Hilfe einer mit der Rotorwelle oder mit der Ausgangswelle angreifenden Schraubeinrichtung .

Das mindestens eine Stützelement, insbesondere das erste Stützelement und/oder das zweite Stützelement, weist die bei einem Verkippen der Ausgangswelle relativ zur Rotorwelle zum Ausgleich eines Winkelversatzes mit Hilfe der Bogenzahnkupp lung an der Bogenzahnkupplung abgleitbare Gegenfläche auf, die an der korrespondierenden Stützfläche der Ausgangswelle oder der Rotorwelle im Bereich der Bogenzahnkupplung abglei ten kann. Die Bogenzahnkupplung kann einen gebogenen Bereich aufweisen, der in einem inneren Teilbereich mit einer Verzah nung versehen ist und an einem sich an dem inneren Teilbe reich anschließenden äußeren Teilbereich durch die Ausgangs welle oder die Rotorwelle die mit dem mindestens einen Stüt zelement zusammenwirkende Stützfläche ausbildet. Vorzugsweise ist die Stützfläche durch einen unverzahnten gebogenen Be reich der von der Ausgangswelle oder von der Rotorwelle aus gebildeten Kupplungspartner der Bogenzahnkupplung ausgebil det. Beispielsweise sind die Stützfläche und die Gegenfläche als aneinander abgleitbare, insbesondere ringförmige, Kugel kalotten ausgestaltet. Die Stützfläche und die Bogenzahnkupp lung können in der Art einer Kugelpfannenlagerung aneinander abgleiten. Dadurch kann ein Verkippen der Ausgangswelle rela tiv zur Rotorwelle zugelassen werden, um einen Winkelversatz auszugleichen, wobei gleichzeitig die Abtragung von Axial kräften über das mindestens eine Stützelement bereitgestellt wird, um eine axiale Relativbewegung des Ausgangswelle zur Rotorwelle zu begrenzen und insbesondere ein axiales Wegwan dern der der Ausgangswelle aus einer drehmomentübertragenden Koppelung mit der Rotorwelle zu verhindern. Vorzugsweise ist die Ausgangswelle mit der Rotorwelle durch das mindestens ei ne Stützelement axial verliersicher gekoppelt.

Besondres bevorzugt ist vorgesehen, dass das erste Stützele ment und das zweite Stützelement mit den zugeordneten Stütz flächen eine Kugelgelenklagerung für die Bogenzahnkupplung ausbilden. Ein axiales Spiel kann dadurch minimiert werden, wobei gleichzeitig ein Verkippen der Ausgangswelle relativ zur Rotorwelle zum Ausgleich eines Winkelversatzes zugelassen ist, aber auftretende Axialkräfte bereits im Bereich der Bo genzahnkupplung an der ausgebildeten Kugelgelenklagerung ab gestützt werden können.

Insbesondere bildet das zumindest eine Stützelement ein zum Ausgleich von im laufenden Betrieb zu erwartenden axialen Wärmedehnungen ausgleichendes axiales Spiel der Ausgangswelle relativ zur Rotorwelle aus. Insbesondere ist zwischen den je weiligen Stützflächen und der mit der jeweiligen Stützfläche zusammenwirkenden Gegenfläche des jeweiligen Stützelements ein axiales Spiel, insbesondere in der Größenordnung einer Spielpassung, vorgesehen, so dass die Bogenzahnkupplung bei zu erwartenden Wärmedehnungseffekten nicht zwischen dem ers ten Stützelement und dem zweiten Stützelement verklemmen kann.

In einer weiteren Ausführungsform der beanspruchten Rotorwel lenanordnung ist ein erstes Stützelement einer der Getriebe einheit zugewandten Seite der Bogenzahnkupplung angeordnet. Dementsprechend ist die Beweglichkeit zwischen der Rotorwelle und der Ausgangswelle in einfacher Weise einseitig ein- schränkbar und die Bogenzahnkupplung in einer bestimmungsge mäßen Lage zentrierbar. Alternativ oder ergänzend kann ein zweites Stützelement auf einer der Generatoreinheit zugewand ten Seite der Bogenzahnkupplung angeordnet sein. Dadurch ist die Beweglichkeit zwischen der Rotorwelle und der Ausgangs welle in einfacher Weise einseitig einschränkbar. Auch hier durch wird die Bogenzahnkupplung in einer bestimmungsgemäßen Lage, die eine leichtgängige Winkeieinsteilbarkeit zwischen der Rotorwelle und der Ausgangswelle gewährleistet. Eine Kom bination des ersten und zweiten Stützelements bietet ein be sonders genaues axialen Positionieren der Bogenzahnkupplung. Durch die Stützelemente wird jeweils auch der Winkelversatz zwischen der Rotorwelle und der Ausgangswelle bestimmt. Ein entsprechend genaues axiales Positionieren der Bogenzahnkupp lung erlaubt es, deren Verzahnungen in einem optimalen Ein griff zu halten, wodurch eine erhöhte Übertragung von Drehmo ment ermöglicht wird und gleichzeitig die Winkeleinstellbar- keit gewährleistet ist. Ferner stützen das erste bzw. zweite Stützelement eine Axiallast ab, die auf die Ausgangswelle einwirkt. Die Axiallast, die auf die Ausgangswelle einwirkt, hängt davon an, welche Steigung eine Schrägverzahnung auf weist, durch die ein Drehmoment in die Ausgangswelle einge leitet wird.

Des Weiteren kann in der beanspruchten Rotorwellenanordnung zumindest eine Stützfläche an der Ausgangswelle oder der Ro- torwelle ausgebildet sein. Die Stützfläche ist zu einem Ab stützen des zumindest einen Stützelements ausgebildet. Die Stützfläche ist ein Bereich der Ausgangswelle bzw. der Rotor welle, der in puncto Formgebung und Härte zu einem Kontakt mit dem zumindest einen Stützelement geeignet ausgebildet ist. Die Stützfläche kann einstückig mit der Ausgangswelle bzw. der Rotorwelle ausgebildet sein oder als Bereich einer separaten lösbar montierten Komponente. Eine mit der Rotor welle bzw. Ausgangswelle einstückig ausgebildete Stützfläche ist mit einer erhöhten Genauigkeit herstellbar, was ein prä zises axiales Positionieren der Bogenzahnkupplung gewährleis tet. Eine an einer separaten Komponente ausgebildete Stütz fläche ermöglicht eine kosteneffiziente separate Fertigung und einfache Austauschbarkeit. Ferner kann dabei auch ein be sonders leistungsfähiger und kostenintensiver Werkstoff an forderungsgerecht, und dementsprechend wirtschaftlich, einge setzt werden.

In einer weiteren Weiterbildung der beanspruchten Rotorwel lenanordnung ist die zumindest eine Stützfläche als Schulter im Bereich einer Bogenverzahnung, die zur Bogenzahnkupplung gehört, ausgebildet. Insbesondere kann die Schulter unmittel bar mit der Bogenverzahnung verbunden sein und/oder unmittel bar benachbart zu dieser angeordnet sein. Bogenverzahnungen können einstückig mit der Rotorwelle und/oder der Ausgangs welle ausgebildet sein, was eine besondere Beanspruchbarkeit der Bogenverzahnung gewährleistet. Beim Herstellen der Bogen verzahnung ist eine Schulter, die als Stützfläche geeignet ist, in einfacher Weise in einen vorhandenen Fertigungspro zess integrierbar. Ferner ist die Schulter dazu geeignet, ei ne belastungsgerechte Lasteinleitung in die Rotorwelle bzw. Ausgangswelle zu gewährleisten. Darüber hinaus sind Schultern an der Rotorwelle bzw. Ausgangswelle in puncto Krümmung an passbar. Durch eine geeignete Formgebung der Schulter ist die beanspruchte Rotorwellenanordnung an unterschiedliche mecha nische Beanspruchungen und unterschiedliche Platzerfordernis se anpassbar. Je länger die Schulter in Axialrichtung ausge bildet ist, umso geringer ist ein Spiel für die Winkelein- stellbarkeit der Bogenzahnkupplung. Die beanspruchte Rotor wellenanordnung ist dementsprechend skalierbar und weist ein breites Einsatzspektrum auf.

Des Weiteren kann in der beanspruchten Rotorwellenanordnung das zumindest eine lösbar befestigte Stützelement einen zu mindest teilweise umlaufend konkav ausgebildeten Abschnitt der Gegenfläche zum axialen Positionieren der Bogenzahnkupp lung aufweisen. Der konkav gebildete Abschnitt dient dabei als Gegenstück zur Stützfläche, die diesem gegenüberliegend angeordnet ist. Der zumindest teilweise umlaufende konkave Abschnitt des Stützelements kann mit einem Kugelabschnitt korrespondierend ausgebildet sein, also eine sphärisch ausge bildet sein. Eine derartige Formgebung des Stützelements er laubt eine leichtgängige Winkeieinsteilbarkeit zwischen der Rotorwelle und der Ausgangswelle und gleichzeitig eine vor teilhaft präzise axiale Positionierwirkung. Alternativ oder ergänzend kann die Stützfläche zumindest teilweise umlaufend konvex ausgebildet sein. Insbesondere kann die Stützfläche korrespondierend zum Stützelement konvex ausgebildet sein, so dass eine präzise Führung bei einem sich einstellenden Win kelversatz zwischen der Rotorwelle und der Ausgangswelle ge währleistet ist. Insbesondere kann die Stützfläche mit einem Kugelabschnitt korrespondierend ausgebildet sein, also eine sphärische Form aufweisen. Derartige Formen sind präzise und kosteneffizient herstellbar und bieten eine hohe mechanische Beanspruchbarkeit . Die zumindest teilweise umlaufend konvexe Stützfläche und/oder der zumindest teilweise umlaufend konka ve Abschnitt des Stützelements können einen gemeinsamen Mit telpunkt aufweisen, der einer Kippachse der Bogenzahnkupplung entspricht. Dadurch wird insbesondere eine durchgehend leichtgängige Winkeieinsteilbarkeit zwischen der Rotorwelle und der Ausgangswelle gewährleistet.

Ferner kann in der beanspruchten Rotorwellenanordnung die Ausgangswelle und/oder die Rotorwelle als Hohlwelle ausgebil det sein. Eine als Hohlwelle ausgebildete Ausgangswelle und/oder Rotorwelle erlaubt es, die jeweilige andere Welle aufzunehmen und/oder eine weitere Welle, wie beispielsweise ein Pitch-Rohr, durchzuführen. Die Rotorwellenanordnung kann dadurch in Axialrichtung kompakt ausgebildet werden. Ebenso ist ein Rotor in der Generatoreinheit so in Axialrichtung na he an der Getriebeeinheit platzierbar. Die Rotorwelle kann ferner als separate Komponente ausgebildet werden, die in einfacher Weise mit weiteren Rotorkomponenten verbindbar ist.

In einer weiteren Ausführungsform der beanspruchten Rotorwel lenanordnung ist die Bogenverzahnung an der Ausgangswelle als Außenverzahnung oder als Innenverzahnung ausgebildet. Korres pondierend dazu ist die Bogenverzahnung an der Rotorwelle als Innenverzahnung oder als Außenverzahnung ausgebildet. Eine derart ausgebildete Bogenzahnkupplung bietet in kompakter Weise eine hohe mechanische Beanspruchbarkeit zur Übertragung von Drehmoment und erlaubt eine einfache Montage.

Darüber hinaus können das zumindest eine Stützelement und die Stützfläche zumindest teilweise aus unterschiedlichen Werk stoffen hergestellt sein. Beispielsweise kann das Stützele ment aus einem Gleitlagerwerkstoff hergestellt sein oder mit einem Gleitlagerwerkstoff versehen sein. Dies kann beispiels weise durch eine reibungsvermindernde Beschichtung umgesetzt werden. Bei einer Stützfläche, die beispielsweise aus einem Stahl oder einer Stahllegierung hergestellt ist, ergibt sich eine reduzierte Reibung zwischen der Stützfläche und dem Stützelement, was wiederum zu reduziertem Verschleiß führt. Alternativ oder ergänzend können die Stützfläche und/oder das Stützelement wärmebehandelt sein, wodurch die dort vorliegen de Reibung weiter reduziert wird. Darüber hinaus kann auch die Stützfläche zumindest teilweise aus einem Gleitlagerwerk stoff hergestellt sein oder mit Gleitlagerwerkstoff versehen sein.

In einer weiteren Ausführungsform der beanspruchten Rotorwel lenanordnung kann die Ausgangswelle als eine Sonnenwelle ei ner Planetenstufe der Getriebeeinheit ausgebildet sein. Die Rotorwelle kann als Hohlwelle ausgebildet sein. Die Ausgangs- welle bildet eine Außenverzahnung für die Bogenzahnkupplung aus, während die Rotorwelle eine Innenverzahnung für die Bo genzahnkupplung ausbildet. Die gesamte Bogenzahnkupplung ist dadurch radial innerhalb der Rotorwelle ausgebildet. Die Ro torwellenanordnung erlaubt es dadurch, die Getriebeeinheit in einfacher Weise mit der Generatoreinheit eines entsprechenden Getriebegenerators zu verbinden. Vorzugsweise sind die Ge triebeeinheit ausgangsseitig über die Ausgangswelle und die Generatoreinheit eingangsseitig über die Rotorwelle unmittel bar, das heißt ohne dazwischengeschaltete drehmomentübertra gende Bauteile, miteinander gekoppelt. Die Ausgangswelle kann in das Innere der als Hohlwelle ausgestalteten Rotorwelle teilweise eingeschoben sein, so dass die Rotorwelle in radia ler Richtung betrachtet einen Teil der Ausgangswelle und ins besondere die gesamte Bogenverzahnung überdecken kann. Insbe sondere ist die Rotorwelle unmittelbar mit dem Rotor verbun den auf der Ausgangswelle montierbar. Eine aufwendige Handha bung der gesamten Generatoreinheit, die auch ein Gehäuse um fasst, wird so vermieden. Die Herstellung eines Getriebegene rators mit Getriebeeinheit und Generatoreinheit wird folglich beschleunigt, und ist dadurch kosteneffizient durchführbar.

Ebenso wird die eingangs beschriebene Aufgabenstellung durch ein erfindungsgemäßes Generatorgetriebe gelöst, das eine Ge triebeeinheit und eine damit lösbar verbundene Generatorein heit umfasst. Die Getriebeeinheit und die Generatoreinheit sind über eine Rotorwellenanordnung drehmomentübertragend miteinander verbunden, so dass durch eine der Getriebeeinheit zugeordnete angeordnete Ausgangswelle eine der Generatorein heit zugeordnete Rotorwelle antreibt. Erfindungsgemäß ist die Rotorwelleneinheit nach mindestens einer der oben beschriebe nen Ausführungsformen ausgebildet. Die technischen Vorteile der Rotorwellenanordnung bzw. der Getriebeeinheit werden bei einem erfindungsgemäßen Generatorgetriebe in besonderem Um fang verwirklicht.

Die Getriebeeinheit ist dazu geeignet, unmittelbar, also frei von einer separaten Kupplung, mit einer Generatoreinheit zu einem Generatorgetriebe verbunden zu werden, so dass diese eine integrierte Einheit bilden. Die Getriebeeinheit umfasst insbesondere zumindest eine Planetenstufe, also eine Getrie bestufe die als Planetengetriebe ausgebildet ist. Die zumin dest eine Planetenstufe weist eine Welle auf, die mit einer drehbaren Getriebekomponente, also einem Sonnenrad, einem Planetenträger oder einem Hohlrad der Planetenstufe, verbun den ist und als Ausgangswelle der Getriebeeinheit dient. An der Ausgangswelle ist an einem der Generatoreinheit zugewand ten Abschnitt eine Bogenverzahnung ausgebildet, die zu einem Bilden einer Bogenzahnkupplung geeignet ist. In einem Bereich der Bogenverzahnung ist zumindest eine Stützfläche ausgebil det, die die einem einsteilbeweglichen axialen Positionieren der Bogenverzahnung in der Bogenzahnkupplung geeignet ist. Unter einem einsteilbeweglichen axialen Positionieren ist zu verstehen, dass durch die Bogenzahnkupplung ein Winkelversatz zwischen der Ausgangswelle und einer damit im montierten Zu stand verbunden Rotorwelle ausgleichbar ist. Die Einstellbe weglichkeit kann dabei eine Winkeleinstellbeweglichkeit sein. Unter dem axialen Positionieren ist ferner ein Halten der Bo genverzahnung in einer Position zu verstehen, die eine leichtgängige Winkeieinsteilbarkeit zwischen der Ausgangswel le und der Rotorwelle gewährleistet. Die Getriebeeinheit kann dazu mit einer Rotorwellenanordnung gemäß zumindest einer der oben skizzierten Ausführungsformen kombiniert ausgebildet sein. Bei einer Ausgangswelle, die als Sonnenwelle einer Pla netenstufe ausgebildet ist, wird durch die beanspruchte Ro torwellenanordnung für die Ausgangswelle eine vorteilhafte Winkeieinsteilbarkeit erzielt. Dementsprechend ist eine sich selbsttätig einstellende vorteilhafte Ausrichtung der Sonnen welle erzielbar, bei der eine gleichmäßige Lastverteilung Planetenräder erreicht wird, die mit der Sonnenwelle kämmen. Dadurch wird Verschleiß in der Getriebeeinheit minimiert.

Vorzugsweise weist die Getriebeeinheit drei oder mehr hinter einandergeschaltete Planetenstufen auf. Eine Hintereinander schaltung ist hierbei eine drehmomentübertragende Verbindung zwischen den Planetenstufen, durch die eine in die Getriebe- einheit zugeführte Antriebsleistung unverzweigt durchgeführt wird. Derartige Hintereinanderschaltungen sind unter anderem in der Internationalen Anmeldung WO 2020/001942 Al offenbart. Der Offenbarungsgehalt von WO 2020/001942 Al wird durch Ver weisung in die vorliegende Anmeldung mit einbezogen. Die be anspruchte Getriebeeinheit bietet ein hohes Maß an mechani scher Leistungsfähigkeit bei gleichzeitig kompakter Bauform, reduziertem Gewicht und hoher Wirtschaftlichkeit.

Ferner wird die dargestellte Aufgabe durch eine erfindungsge mäße Windkraftanlage gelöst. Die Windkraftanlage umfasst ei nen Mehrblattrotor, der drehbar an einer Gondel angeordnet ist und mit einer Hauptwelle verbunden ist. Die Hauptwelle ist drehmomentübertragend mit einem Generatorgetriebe verbun den und dient für das Generatorgetriebe als Eingangswelle.

Das Generatorgetriebe ist dabei erfindungsgemäß nach einer der oben skizzierten Ausführungsformen ausgebildet.

Darüber hinaus wird die zugrundeliegende Aufgabenstellung durch ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt gelöst, das zu einem Simulieren eines Betriebsverhaltens einer Rotor wellenanordnung ausgebildet ist. Dazu kann das Computerpro grammprodukt Daten zur Kinematik der Ausgangswelle, der Ro torwelle und der Bogenzahnkupplung umfassen. Ferner kann das Computerprogrammprodukt Simulationsroutinen umfassen, die da zu ausgebildet sind, basierend auf Angaben zu Abmessungen der Rotorwelle, der Ausgangswelle und/oder der Bogenzahnkupplung ein Schwingungsverhalten der Rotorwellenanordnung zu ermit teln. Das Computerprogrammprodukt kann auch eine Daten schnittstelle aufweisen, über die Betriebsparameter, wie bei spielsweise eine Drehzahl der Ausgangswelle, ein über die Ausgangswelle transportiertes Drehmoment, oder Ausrichtung der Ausgangswelle vorgebbar sind. Ebenso kann das Computer programmprodukt auch eine Datenschnittstelle zum Ausgeben von Simulationsergebnissen aufweisen. Erfindungsgemäß ist die Ro torwellenanordnung, deren Betriebsverhalten mittels des Com puterprogrammprodukts simulierbar ist, gemäß mindestens einer der oben skizzierten Ausführungsformen ausgebildet. Das Com- puterprogrammprodukt kann dazu beispielsweise als sogenannter Digitaler Zwilling ausgebildet sein. Derartige Digitale Zwil linge sind unter anderem in der Offenlegungsschrift US 2017/0286572 Al dargestellt. Der Offenbarungsgehalt von US 2017/0286572 Al wird durch Verweisung in die vorliegende An meldung mit einbezogen.

Die Lösung der zugrundeliegende Aufgabenstellung erfolgt zu dem durch ein Datenagglomerat mit in einer gemeinsamen Datei zusammengefassten oder über verschiedene Dateien verteilten Datenpaketen zur Abbildung der dreidimensionalen Formgestal tung und/oder der Wechselwirkungen sämtlicher in der erfin dungsgemäßen Rotorwellenanordnung vorgesehenen Bestandteile, wobei die Datenpakete dazu hergerichtet sind bei einer Verar beitung durch eine Datenverarbeitungseinrichtung eine additi ve Herstellung der Bestandteile der Rotorwellenanordnung, insbesondere durch 3D-Druck, und/oder eine Simulation der Funktionsweise der Rotorwellenanordnung durchzuführen. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung von Prototypen und/oder computerbasierten Simulationen, um die Funktionswei se der Rotorwellenanordnung zu studieren, Probleme im konkre ten Anwendungsfall zu identifizieren und Verbesserungen zu finden.

Die Merkmale der einzelnen beanspruchten Gegenstände verwirk lichen ein zusammenhängendes technisches Konzept und sind auch separat ohne Weiteres miteinander kombinierbar. Die Er findung wird im Folgenden anhand einzelner Ausführungsformen in Figuren näher erläutert. Die Figuren sind insoweit in ge genseitiger Ergänzung zu lesen, dass gleiche BezugsZeichen in unterschiedlichen Figuren die gleiche technische Bedeutung haben. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen sind un tereinander auch kombinierbar. Ferner sind die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen mit den oben skizzierten Merkma len kombinierbar. Es zeigen im Einzelnen:

FIG 1 schematisch eine erste Ausführungsform der bean spruchten Rotorwellenanordnung im Längsschnitt; FIG 2 einen schematischen Aufbau einer ersten Ausfüh rungsform des beanspruchten Generatorgetriebes;

FIG 3 eine erste Ausführungsform der beanspruchten Wind kraftanlage in einer geschnittenen Schrägansicht.

In FIG 1 ist schematisch ein Längsschnitt einer ersten Aus führungsform der beanspruchten Rotorwellenanordnung 30 darge stellt, die eine Ausgangswelle 10 umfasst, die als Hohlwelle 11 ausgebildet ist, und eine Rotorwelle 20, die auch als Hohlwelle 21 ausgebildet ist und in Rotorwellenlagern 28 an einem nicht näher dargestellten Gehäuse 34 drehbar aufgenom men ist. Über die Ausgangswelle 10 wird bezogen auf eine Hauptdrehachse 15 ein Drehmoment 25 zugeführt, das auf die Rotorwelle 20 zu übertragen ist. Die Ausgangswelle 10 ist ei ner nicht näher dargestellten Getriebeeinheit 51 auf einer Getriebeseite 31 zugeordnet und die Rotorwelle 20 einer nicht näher gezeigten Generatoreinheit 53 auf einer Generatorseite 33. Die Ausgangswelle 10 ist an einem der Generatorseite 33 zugewandten Ende mit einer Bogenverzahnung 12 versehen, die als Außenverzahnung 13 ausgebildet ist. Die Rotorwelle 20 ist korrespondierend mit einer Bogenverzahnung 22 versehen, die als Innenverzahnung 23 ausgebildet ist und mit der Bogenver zahnung 12 der Rotorwelle 10 kämmt. Die Bogenverzahnungen 12, 22 an der Ausgangswelle 10 und der Rotorwelle 20 gehören da mit zu einer Bogenzahnkupplung 40, die um einen Drehpunkt 45 einen Winkelversatz zwischen der Ausgangswelle 10 und der Ro torwelle 20 erlaubt. Der Winkelversatz kann sich dabei je weils für die Ausgangswelle 10 und die Rotorwelle 20 bezogen auf die Hauptdrehachse 15 einstellen. Dadurch wird eine Win keleinstellbeweglichkeit 49 erzielt, die in FIG 1 durch den entsprechend bezeichneten Doppelpfeil versinnbildlicht ist.

In einem optimal ausgerichteten Zustand, wie in FIG 1 ge zeigt, sind ein Scheitelpunkt 17 der Bogenverzahnung 12 an der Ausgangswelle 10 und ein Scheitelpunkt 27 der Bogenver zahnung 22 an der Rotorwelle 20 in eine Radialrichtung 37 im Wesentlichen fluchtend positioniert. Die Bogenzahnkupplung 40 umfasst auch Stützelemente 42, die umlaufend ausgebildet sind und im Bereich der Bogenverzahnun gen 12, 22 angeordnet sind. Im montierten Zustand sind die Stützelemente 42 mit Sicherungsringen 48 befestigt. Die Stüt zelemente 42 sind lösbar montiert, wobei eine erstes Stütze lement 44, bezogen auf die Bogenzahnkupplung 40, auf der Ge triebeseite 31 angeordnet ist und eine zweites Stützelement 46 auf der Generatorseite 33. Durch das Anordnen der Stütze lemente 42, 44, 46 in einem Bereich 41 der Bogenverzahnungen 12, 22 wird die Winkeleinstellbeweglichkeit 49, also der ma ximal erreichbare Winkelversatz, bestimmt. Die Stützelemente 42, 44, 46 verfügen jeweils über eine Gegenfläche 43, die um laufend und im Wesentlichen konkav ausgebildet ist, und einer Stützfläche 16 an der Ausgangwelle 10 gegenüberliegend ange ordnet ist. Die Stützflächen 16 sind einstückig mit der Aus gangswelle 10 ausgebildet und gehören jeweils zu einer Schul ter 18, die auch einstückig mit der Ausgangswelle 10 ausge bildet ist. Die Stützflächen 16 sind jeweils im Wesentlichen konvex ausgebildet, wobei die Form der Stützflächen 16 mit der konkaven Form der Gegenflächen 43 an der Rotorwelle 20 korrespondieren. Die Stützflächen 16 und die Gegenflächen 43 sind sphärisch ausgebildet und weisen den Drehpunkt 45 der Winkeieinsteilbarkeit 49 als Mittelpunkt auf. Eine derartige sphärische Form der Bogenzahnkupplung 40 bietet für die Win- keleinstellbarkeit 49 eine besondere Leichtgängigkeit. Fer nern ist zumindest eines der Stützelemente 42, 44, 46 im Be reich der Gegenfläche 43 aus einem anderen Werkstoff als eine korrespondierende Stützfläche 16 an der Ausgangswelle 10 her gestellt sein. Zumindest eines der Stützelemente 42, 44, 46 ist aus einem Gleitlagerwerkstoff hergestellt, durch die Rei bung zwischen der entsprechenden Stützfläche 16 und der Stüt zelement 42, 44, 46 minimiert wird. Des Weiteren wird die Bo genzahnkupplung 40, also die Bogenverzahnungen 12, 22 an der Ausgangswelle 10 und der Rotorwelle 20 entlang einer Axial richtung 35 durch die Stützelemente 42, 44, 46 positioniert. Das axiale Positionieren durch die Stützelemente 42, 44, 46 gewährleistet, dass die Bogenverzahnungen 12, 22 in der Brei te, also ihrer Abmessung entlang der Axialrichtung 35, mini- miert wird. Dadurch ist gewährleistet, dass eine maximale Überdeckung der Bogenverzahnungen 12, 22 im Eingriff, also beim Kämmen, vorliegt. Dementsprechend genügt eine minimale Breite für die Bogenverzahnungen 12, 22. Ferner ist in der als Hohlwelle 11 ausgebildeten Ausgangswelle 10 ein Pitchrohr 36 drehbar aufgenommen. Eine generatorseitige Stirnseite 14 der Ausgangswelle 10 liegt entlang der Axialrichtung 35 im Bereich der Rotorwelle 20. Die Ausgangswelle 10 ist damit auf der Generatorseite 33 lagerfrei angeordnet, das wiederum die Anzahl an Bauteilen in der Rotorwellenanordnung 30 reduziert und deren Montage vereinfacht. Die Rotorwellenanordnung 30 in FIG 1 ist ferner in einem Computerprogrammprodukt 80 nachge bildet, das dazu ausgebildet ist, das Betriebsverhalten der Rotorwellenanordnung 30 zu simulieren.

Eine erste Ausführungsform des beanspruchten Generatorgetrie bes 50 ist in FIG 2 in ihrem Aufbau schematisch abgebildet. Das Generatorgetriebe 50 umfasst eine Getriebeeinheit 51, die lösbar mit einer Generatoreinheit 53 verbunden ist. Die Ge triebeeinheit 51 umfasst drei Planetenstufen 55, die hinter einandergeschaltet sind, so dass ein Drehmoment 25, das über eine Eingangswelle 19 zugeführt wird, zwischen den Planeten stufen 55 unverzweigt zur Generatoreinheit 53 transportiert wird. Die Eingangswelle 19 ist um eine Hauptdrehachse 15 des Generatorgetriebes 50 drehbar und ist dabei als eine Haupt welle 74 einer nicht näher gezeigten Windkraftanlage 70 aus gebildet. Die erste, zweite und dritte Planetenstufe 55.1, 55.2, 55.3 weisen jeweils ein Hohlrad 57, einen Planetenträ ger 56 mit mindestens einem Planetenrad 58, und ein Sonnenrad 59 auf. Die Hohlräder 57 sind in einem Gehäuse 34 befestigt, das die Getriebeeinheit 51 zumindest teilweise umschließt.

Das zugeführte Drehmoment 25 wird dementsprechend von der Ge triebeseite 31 in Richtung der Generatorseite 33 transpor tiert, wobei eine Ausgangswelle 10 der Getriebeeinheit 51 mit einem Generator 39 auf der Generatoreinheit 53 drehmomen tübertragend verbunden ist. Die Ausgangswelle 10 ist als eine Sonnenwelle 47 einer der Planetenstufen 55, insbesondere der dritten Planetenstufe 55.3, ausgebildet. Ferner gehört die Ausgangswelle 10 zu einer Rotorwellenanordnung 30, die auch eine Rotorwelle 20 umfasst, wobei die Ausgangswelle 10 und die Rotorwelle 20 mittels einer Bogenzahnkupplung 40 mitei nander verbunden sind. Die Rotorwellenanordnung 30 ist dabei gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen ausge bildet. Eine Getriebeeinheit 51 mit drei Planetenstufen 55, 55.1, 55.2, 55.3, die über eine als Ausgangswelle 10 dienende Sonnenwelle 47 unmittelbar mit einem Generator 39 verbunden ist, bietet ein besonderes Maß an Leistungsfähigkeit, Wirt schaftlichkeit und Zuverlässigkeit für eine Windkraftanlage 70.

FIG 3 zeigt den Aufbau einer ersten Ausführungsform einer be anspruchten Windkraftanlage 70 in einer geschnittenen Schräg ansicht. Die Windkraftanlage 70 umfasst einen Mehrblattrotor 72, der drehbar an einer Gondel 75 angebracht ist und drehmo mentübertragend mit einer Hauptwelle 74 verbunden ist. Die Hauptwelle 75 dient als Eingangswelle 19 eines Generatorge triebes 50, das eine Getriebeeinheit 51 und eine Generator einheit 53 mit einem Generator 39 umfasst. Die Getriebeein heit 51 und die Generatoreinheit 53 sind über eine Rotorwel lenanordnung 30 drehmomentübertragend miteinander verbunden. Die Rotorwellenanordnung 30 umfasst eine Bogenzahnkupplung 40, durch die eine Winkeieinsteilbarkeit 49 zwischen der Ge triebeeinheit 51 und der Generatoreinheit 53 gewährleistet ist. Die Rotorwellenanordnung 30 ist dabei gemäß zumindest einer der oben skizzierten Ausführungsformen ausgebildet.