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Title:
ELECTRICAL MACHINE ASSEMBLY FOR A WIND TURBINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/114852
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electrical machine assembly for a wind turbine. The electrical machine assembly comprises a rotor shaft and at least one electrical machine having a rotating body, wherein coupling means are provided which mechanically couple the rotor shaft and the rotating body of the respective electrical machine to each other in a first position in order to transfer a rotary movement, wherein there is at least one frame, arranged in a stationary manner, wherein each frame receives a plurality of electrical machines, preferably more than 5, more preferably more than 15, and wherein each electrical machine received by the frame is positioned arranged about the rotor shaft. The invention further relates to a wind turbine having an electrical machine assembly.

Inventors:
WITT, Holger (An der Kiesgrube 5, Bühl, 77815, DE)
Application Number:
DE2018/000364
Publication Date:
June 20, 2019
Filing Date:
December 11, 2018
Export Citation:
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Assignee:
WITT, Holger (An der Kiesgrube 5, Bühl, 77815, DE)
International Classes:
F03D9/25; F03D15/20; H02K7/18
Foreign References:
US20090021021A12009-01-22
US20130052013A12013-02-28
JP2001342942A2001-12-14
US20170218922A12017-08-03
EP1536134A22005-06-01
FR2394689A11979-01-12
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche

1. Elektromaschinenbaugruppe (1 ),

mit einer Rotorwelle (2) und

mit zumindest einer, einen Drehkörper (4; 4.1 , 4.2; 16; 17) aufweisenden Elektro- maschine (3, 3A, 3B), wobei Kopplungsmittel (5, 6) vorgesehen sind, die die Rotor- welle (2) und den Drehkörper (4) der jeweiligen Elektromaschine (3, 3A, 3B) in einer ersten Position zur Übertragung einer Drehbewegung mechanisch miteinander koppeln, und mindestens ein ortsfest angeordnetes Gestell (7) vorgesehen ist, und dass jedes Gestell (7) eine Mehrzahl von Elektromaschinen (3, 3A, 3B), bevorzugt mehr als 5, noch mehr bevorzugt mehr als 15 aufnimmt, wobei jede vom Gestell (7) aufgenommene Elektromaschine (3, 3A, 3B) um die Rotorwelle (2) herum positioniert angeordnet ist.

2. Elektromaschinenbaugruppe nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass das jeweilige Kopplungsmittel (5, 6) zwischen Rotorwelle (2) und Drehkörper (4) entweder ein drehkörperseitig vorgesehenes, an der Rotorwelle (2) abrollendes Reibrad oder ein rotorseitig vorgesehenes Zahnrad (5) und ein drehkörperseitig vor- gesehenes, mit dem Zahnrad (5) in kämmender Verbindung stehendes Ritzel (6) umfasst.

3. Elektromaschinenbaugruppe nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Rotorwelle (2) unter einer axialen Last steht,

dass die jeweils kämmende Verbindung zwischen Ritzel (6) und Zahnrad (5) als Schrägverzahnungspaarung ausgebildet ist und

dass jede Schrägverzahnungspaarung zwischen Ritzel (6) und Zahnrad (5) eine axiale Kraft entlang der Drehachse (D) der Rotorwelle (2) erzeugt, wobei alle von den Schrägverzahnungspaarungen erzeugten, auf die Rotorwelle (2) wirkenden axialen Kräfte sich entweder gegenseitig aufheben oder der axialen Last entgegenwirken.

4. Elektromaschinenbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

dass elektrisch, pneumatisch, hydraulisch und/oder mechanisch wirkende Mittel (8) vorgesehen sind, welche zumindest auf die Kopplungsmittel (5, 6) wirken und diese einzeln oder in Gruppen zwischen der ersten Position und einer zweiten, die Kopp- lung zur Rotorwelle (2) beseitigenden Position hin- und herbewegen.

5. Elektromaschinenbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Übersetzungsstufe zwischen Rotorwelle (2) und den jeweiligen Drehkörpern (4) größer 20, größer 50, größer 100 oder größer 200 ist.

6. Elektromaschinenbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet,

dass eine Nachführanordnung (9) vorsehen ist, welche in der ersten Position von Rotorwelle (2) und Kopplungsmittel (5, 6) auf die jeweiligen Kopplungsmittel (5, 6) wirkt und diese in einem konstanten Radialabstand zur Mantelfläche der Rotorwelle (2) hält, mit welcher die Kopplungsmittel (5, 6) gekoppelt sind.

7. Elektromaschinenbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet,

dass mindestens ein Gestell (7) eine erste Reihe und eine zweite Reihe Elektroma- schinen (3, 3A, 3B) aufweist und

dass die Drehkörper (4) der Elektromaschinen (3A), welche in der ersten Reihe zu- sammengefasst sind, zu den Drehkörpern (4) der Elektromaschinen (3B), welche in der zweiten Reihe zusammengefasst sind, in Umfangsrichtung (U) der Rotorwelle (2) um einen Winkelbetrag versetzt angeordnet sind.

8. Elektromaschinenbaugruppe nach jedem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Elektromaschinen (3, 3A, 3B) Generatoren sind, die von der Rotorwelle (2) angetrieben werden.

9. Elektromaschinenbaugruppe nach jedem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

dass die Elektromaschinen (3, 3A, 3B) Elektromotoren sind, die die Rotorwelle (2) antreiben.

10. Windkraftanlage,

dadurch gekennzeichnet,

dass diese eine Elektromaschinenbaugruppe (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.

Description:
Elektromaschinenbaugruppe für eine Windkraftanlaqe

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektromaschinenbaugruppe, insbesondere für eine Windkraftanlage, sowie eine Windkraftanlage mit einer Elektromaschinenbau- gruppe.

Aus dem Stand der Technik sind Windkraftanlagen mit Triebsträngen nach beispielsweise folgenden Prinzipien bekannt:

1 ) Zum einen ist es bekannt, dass eine Rotornabe auf ein Getriebe mit einer Eingangs- und einer Ausgangswelle einwirkt, wobei die Ausgangswelle des Getriebes mit der Eingangswelle eines Generators bzw. einer Elektromaschine verbunden ist.

Aufgrund der sehr hohen Eingangsmomente sind die Belastungen auf die einzelnen Zähne, die die Kräfte zwischen der Rotornabe und dem Getriebe übertragen, sehr hoch, so dass diese sehr massiv ausgeführt werden müssen. Weiterhin führen die Verformungen der Zähne während des Eingriffs zu Schwingungsanregungen.

Diese Getriebe sind deswegen mehrstufig ausgeführt, da die Übersetzungsverhältnisse zur Ausgangswelle in der Größenordnung von 1 zu 50 liegen.

Jedoch verschlechtert sich der Wirkungsgrad des Triebstranges aufgrund der Mehr- stufigkeit des Getriebes und der damit verbundenen Reibung.

Beide Faktoren (Übersetzungsverhältnis und Mehrstufigkeit) resultieren in schweren und aufwendigen Getrieben, so dass für große Windräder bzw. Windkraftanlagen diese Ausführung rückläufig ist.

2) Zum anderen ist es bekannt, dass bei verschiedenen Ausführungen, bei denen die Rotornabe direkt mit dem Generator bzw. mit einer Elektromaschine verbunden ist, Nabe und Generator mit gleicher Drehzahl drehen.

Für die hohen Eingangsdrehmomente müssen diese Generatoren mit einem großen Durchmesser ausgeführt werden (zum Beispiel Größenordnung 12 m).

Aufgrund des großen Durchmessers der Direktgeneratoren muss der Luftspalt groß (in der Größenordnung mehrerer cm) ausgeführt werden, wodurch sich ein hoher

Bestätigungskopie magnetischer Widerstand und eine geringe Nutzung der magnetischen Erregung ergibt.

Im Ergebnis wird beim Einsatz bzw. im Falle von Permanentmagneten für die Erre- gung viel magnetisches Material mit entsprechend hohen Kosten benötigt.

Hinzu kommt, dass aufgrund der Abmessungen diese Generatoren masseintensiv sind.

Es ist demgemäß die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Elektromaschinenbaugruppe sowie eine Windkraftanlage anzugeben, welche die Gesamtmasse und Gesamtkosten, zusammengesetzt aus Generator bzw. Elektromaschine und Getriebe, verringert und/oder Drehmomentschwankungen, welche störende Schwingungen anregen können, verringert bzw. vermeidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Erfindungsgemäß umfasst bei einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Elektromaschinenbaugruppe, insbesondere für eine Windkraftanlage, eine Rotorwelle und zumindest eine, einen Drehkörper aufweisende Elektromaschine, wobei vorzugsweise Kopplungsmittel vorgesehen sind, die die Rotorwelle und den Drehkörper der jeweiligen Elektromaschine in einer ersten Position zur Übertragung einer Drehbewegung mechanisch miteinander koppeln.

Bevorzugterweise ist mindestens ein ortsfest angeordnetes Gestell vorgesehen. Dieses dient der Aufnahme und Weiterleitung von einwirkenden Kräften und Momenten.

Ferner ist es bevorzugt, dass jedes Gestell eine Mehrzahl von Elektromaschinen, bevorzugt mehr als 5, noch mehr bevorzugt mehr als 15 aufnimmt, wobei jede vom Gestell aufgenommene Elektromaschine um die Rotorwelle herum positioniert angeordnet ist.

Mithilfe einer derartigen Ausgestaltung ist es möglich, beispielsweise Elektromaschinen aus dem Bereich der Kraftfahrzeuge bei zum Beispiel einer Windkraftanlage einzusetzen. Durch den Einsatz einer Vielzahl von Elektromaschinen aus dem Bereich der Kraftfahrzeuge und zur Energieerzeugung aus Windkraft wird die Möglichkeit geschaffen, zum einen eine kostengünstige Alternative zu den bereits bestehenden Elektromaschi- nen bei Windkraftanlagen einzusetzen und zum anderen durch die modulare Bauweise eine Wartung und Instandhaltung einfacher zu realisieren.

Elektromaschinen aus dem Bereich der Kraftfahrzeuge weisen vorzugsweise ein Ge- wicht von 100 kg, bevorzugt ein Gewicht von 80 kg, vorzugsweise ein Gewicht von 60 kg, günstigerweise ein Gewicht von 40 kg oder bevorzugt ein Gewicht von 20 kg auf.

Auch ist es von Vorteil, wenn das jeweilige Kopplungsmittel zwischen Rotorwelle und Drehkörper entweder ein drehkörperseitig vorgesehenes, an der Rotorwelle abrollendes Reibrad oder ein rotorseitig vorgesehenes Zahnrad und ein drehkörperseitig vorge- sehenes, mit dem Zahnrad in kämmender Verbindung stehendes Ritzel umfasst. Dadurch, dass das Ritzel mit einem Zahnrad im Eingriff steht oder das Reibrad auf der Rotorwelle abrollt, können mechanische Kräfte und Momente von der Rotorwelle abge- nommen und einer Elektromaschine, z. B. ausgebildet als Generator, zugeführt werden.

Ferner ist es bevorzugt, dass jede Elektromaschine einen Momenteneingang umfasst, um ein Drehmoment von der Rotorwelle aufzunehmen.

Günstigerweise weist der Momenteneingang das Ritzel bzw. ein Generatorritzel und/oder eine Eingangswelle und/oder ein Distanzelement auf.

Günstigerweise dient das Distanzelement, insbesondere ausgebildet als Distanzrad, dazu, den optimalen Abstand zwischen Ritzel bzw. Reibrad und Rotorwelle einzustel- len. Denn ein Über- oder Unterschreiten des Abstandes, der von dem Distanzelement gewährleistet werden soll, kann zu Beschädigungen der Elektromaschine und/oder der Rotorwelle führen. Dieses Distanzelement kann als Führungsgröße wirken, um zusammen mit einer Anpresskraft den Abstand der Verzahnungen in der Nähe eines gewünschten Sollwertes zu halten.

Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn das Distanzelement als Gleitlager oder als Kugellager ausgebildet ist, insbesondere mit einem Außen- und einem Innenring und dazwischen angeordneten Wälzkörpern. Eine derartige Ausbildung reduziert die Reibung zwischen dem Distanzelement und der Rotorwelle bzw. dessen Zahnrad.

Ferner ist es vorgesehen, dass die Rotorwelle unter einer axialen Last steht oder stehen kann. Vorzugsweise ist die jeweils kämmende Verbindung zwischen Ritzel und Zahnrad als Schrägverzahnungspaarung ausgebildet.

Auch ist es günstig, wenn jede Schrägverzahnungspaarung zwischen Ritzel und Zahnrad eine axiale Kraft entlang der Drehachse der Rotorwelle erzeugt, wobei vorzugs- weise alle von den Schrägverzahnungspaarungen erzeugten, auf die Rotorwelle wirkenden axialen Kräfte sich entweder gegenseitig aufheben oder der axialen Last entgegenwirken. Somit kann die einwirkende, mechanische Belastung auf einfache Weise kompensiert bzw. zwischen Rotorwelle und Elektromaschine ausgeglichen / kompensiert werden.

Auch ist es günstig, wenn elektrisch, pneumatisch, hydraulisch und/oder mechanisch wirkende Mittel vorgesehen sind, welche zumindest auf die Kopplungsmittel wirken und diese einzeln oder in Gruppen zwischen der ersten Position und einer zweiten, die Kopplung zur Rotorwelle beseitigenden Position hin- und herbewegen. Somit ist eine geregelte relative Bewegung einer Elektromaschine zu der Rotorwelle realisierbar.

Bevorzugterweise umfasst das elektrisch, pneumatisch, hydraulisch und/oder mechanisch wirkende Mittel wenigstens einen Aktor, um den Abstand zwischen einer Elektromaschine und der Drehachse der Rotorwelle aktiv zu variieren. Auf diese Weise ist es zum Beispiel möglich, einzelne Elektromaschinen zu Wartungszwecken während des Betriebs einer gesamten Windkraftanlage zu warten, ohne dass die Windkraftanlage Stillstehen muss. Auch ist es mithilfe des Mittels möglich, zum Beispiel entsprechend der Windleistung, die auf eine Windkraftanlage einwirkt, einzelne Elektromaschinen zu- oder wegzuschalten. Somit kann also eine Windkraftanlage entsprechend der Windleistung optimal eingestellt werden, sodass im Ergebnis stets ein Maximum an elektrischer Energie aus der einwirkenden Windkraft bzw. aus der einwirkenden Windleistung gewonnen werden kann.

Vorteilhafterweise ist die Übersetzungsstufe bzw. das Übersetzungsverhältnis zwischen Rotorwelle und den jeweiligen Drehkörpern größer 20, größer 50, größer 100 oder größer 200. Somit weist vorteilhafterweise also z. B. die Rotorwelle um den Faktor größer 20, größer 50, größer 100 oder größer 200 mehr Zähne auf als das Ritzel einer Elektromaschine. Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn eine Nachführanordnung vorgesehen ist, welche vorzugsweise in der ersten Position von Rotorwelle und Kopplungsmittel auf die jewei- ligen Kopplungsmittel wirkt und diese in einem konstanten Radialabstand zur Mantelfläche der Rotorwelle hält, mit welcher die Kopplungsmittel gekoppelt sind.

Ferner ist es von Vorteil, wenn die Nachführanordnung als Drehaufhängung zur dreh- beweglichen Anordnung einer Elektromaschine ausgebildet ist.

Des Weiteren ist es günstig, wenn die Drehaufhängung ein Drehgelenk aufweist, um welches eine Elektromaschine relativ zum Gestell dreh- bzw. schwenkbar ist.

Vorzugsweise ist das Drehgelenk der Drehaufhängung bzw. der Nachführanordnung um eine Achse drehbar, die zur Drehachse der Rotorwelle einer Windkraftanlage gleichorientiert ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, wird es also der Drehaufhängung ermöglicht, radial nach innen und/oder radial nach außen zur Drehachse der Rotorwelle zu schwenken. Konkret ausgeführt bedeutet dies, dass es einer Elektromaschine der Elektromaschinenbaugruppe ermöglicht wird, den Abstand zwischen der Drehachse der Rotorwelle und einem Momenteneingang der Elektromaschine zu variieren. Dadurch können auf einfache Weise Toleranzen beim Zusammenbau einer Windkraftanlage ausgeglichen werden und Spiel zwischen einzelnen Teilen, insbesondere zwischen einer Elektromaschine und der Rotorwelle, eliminiert werden.

Auch ist es günstig, wenn die Drehaufhängung bzw. die Nachführanordnung eine Vorspannfeder umfasst, mit deren Hilfe eine Elektromaschine in eine Richtung, insbesondere in Richtung einer Rotorwelle, vorspannbar ist. Mit anderen Worten, wird die Drehaufhängung mithilfe einer Vorspannfeder in die Lage versetzt, den Abstand zwischen der Drehachse der Rotorwelle und einem Momenteneingang der Elektromaschine bzw. dem Ritzel / Reibrad dynamisch zu verkleinern bzw. zu variieren um so immer einen konstanten Abstand zur Mantelfläche der Rotorwelle zu halten. Auf diese Weise kann eine optimale Übertragung von Kräften von der Rotorwelle zu einer Elektromaschine gewährleistet werden.

Auch ist es von Vorteil, wenn die Nachführanordnung als Linearaufhängung zur linearbeweglichen Anordnung einer Elektromaschine ausgebildet ist. So ist es also möglich, eine Elektromaschine entlang einer geraden Strecke oder einer Kurvenbahn zu verfah- ren. Vorzugsweise umfasst die Linearaufhängung ein Feder- und/oder Dämpferelement, entlang welchem eine Elektromaschine relativ zum Gestell oder relativ zur Drehachse der Rotorwelle linear beweglich ist. Günstigerweise ist mit Hilfe der Linearaufhängung eine Elektromaschine in eine Richtung, insbesondere in Richtung der Rotorwelle, vor- spannbar. Mit anderen Worten ausgedrückt, versetzt die Linearaufhängung eine Elekt- romaschine in die Lage, den Abstand zwischen der Drehachse der Rotorwelle und einem Momenteneingang der Elektromaschine bzw. dem Ritzel / Reibrad dynamisch zu variieren.

Günstigerweise ist die Linearaufhängung entlang einer Achse oder Kurvenbahn verschiebbar, die bevorzugterweise senkrecht zur Drehachse der Rotorwelle orientiert ist. Somit ist es auf einfache Weise möglich, den Abstand zwischen einer Elektromaschine und der Drehachse der Rotorwelle zu variieren.

Auch kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Gestell eine erste Reihe und eine zweite Reihe Elektromaschinen aufweist.

Vorteilhafterweise sind die Drehkörper der Elektromaschinen, welche in der ersten Reihe zusammengefasst sind, zu den Drehkörpern der Elektromaschinen, welche in der zweiten Reihe zusammengefasst sind, in Umfangsrichtung der Rotorwelle um einen Winkelbetrag versetzt angeordnet.

Auch können die Drehkörper der Elektromaschinen der beiden Reihen unversetzt zueinander angeordnet sein, wenn die Anbindung zwischen Drehkörper und Momenteneingang mittels eines achsenversetzenden Getriebes oder eine Kardanwelle erfolgt.

Ferner ist es von Vorteil, wenn ein Gestell mindestens zwei Verstrebungen zum Halten der Elektromaschinen umfasst, wobei vorzugsweise die mindestens zwei Verstrebungen die mechanischen Kräfte und Momente der Elektromaschinen aufnehmen und weiterleiten.

Auch ist es vorteilhaft, wenn mindestens zwei Verstrebungen mindestens zwei Elektromaschinen aufnehmen.

Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass ein Gestell vier Verstrebungen zum Halten der Elektromaschinen umfasst. Diese Verstrebungen bilden ein ausreichend stabiles mechanisches Grundgerüst zur Aufnahme und Weiterleitung von mechanischen Kräften. Vorteilhafterweise nehmen jeweils zwei Verstrebungen jeweils mindestens zwei Elekt- romaschinen auf. Somit ist es also günstig, wenn pro Gestell zwei Verstrebungen jeweils mindestens zwei Elektromaschinen aufnehmen.

Günstigerweise weist das Gestell eine erste und eine zweite Verstrebung sowie eine dritte und vierte Verstrebung jeweils zur Aufnahme von Elektromaschinen auf.

Bevorzugterweise sind die Elektromaschinen Generatoren, die von der Rotorwelle angetrieben werden.

Auch ist es bevorzugt, dass die Elektromaschinen Elektromotoren sind, die die Rotor- welle antreiben.

Ferner ist es günstig, dass die Elektromaschinen einzeln oder in Gruppen zueinander bezüglich ihrer Drehmomentwelligkeit phasenverschoben auf die Rotorwelle wirken. Dadurch kann das Anregen des Turms einer Windkraftanlage gemindert werden, was wiederum vorteilhaft in Bezug auf eine Geräuschminderung ist.

Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Windkraftanlage.

Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Merkmale der Elektromaschinenbaugruppe, wie sie unter dem ersten Aspekt erwähnt werden, einzeln oder miteinander kombinierbar bei der Windkraftanlage Anwendung finden können.

Anders ausgedrückt, die oben unter dem ersten Aspekt der Erfindung genannten Merk- male betreffend die Elektromaschinenbaugruppe können auch hier unter dem zweiten Aspekt der Erfindung mit weiteren Merkmalen kombiniert werden.

Selbstverständlich ist es auch möglich, Merkmale der Windkraftanlage mit Merkmalen der Elektromaschinenbaugruppe zu kombinieren.

Vorteilhaftweise umfasst eine Windkraftanlage eine Elektromaschinenbaugruppe nach dem ersten Aspekt.

Ferner ist es bevorzugt, dass die Rotorwelle einen Flansch zur Anbindung einer Ro- tornabe umfasst.

Günstigerweise ist die Rotorwelle mit der Rotornabe der Windkraftanlage verbindbar. Ferner ist es günstig, wenn die Rotorwelle Versteifungsringe, insbesondere an ihren axialen Enden, aufweist. Somit können auf einfache und gewichtssparende Weise mechanische Kräfte aufgenommen und weitergeleitet werden, ohne dass sich die Rotorwelle verformt.

Bevorzugterweise ist die Rotorwelle als Hohlwelle ausgebildet.

Auch ist es bevorzugt, dass die Rotorwelle mindestens ein Zentralzahnrad bzw. ein rotorseitig vorgesehenes Zahnrad bzw. ein Zahnrad umfasst. Mithilfe des Zentralzahnrads bzw. des Zahnrades kann das Drehmoment, das auf die Rotorwelle einwirkt, an die Elektromaschinen übertragen werden.

Ferner ist es möglich, dass pro Gestell außenseitig auf der Rotorwelle ein Zentralzahnrad / Zahnrad angeordnet ist.

Günstigerweise ist das mindestens eine Zentralzahnrad bzw. das rotorseitig vorgesehene Zahnrad / Zahnrad im Querschnitt T-förmig ausgebildet.

Auch kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Zentralzahnrad eine Verzahnung zum Kämmen mit einem Momenteneingang einer Elektromaschine bzw. mit einem Ritzel einer Elektromaschine umfasst. Auf diese Weise kann ein Drehmoment von der Rotorwelle auf die Elektromaschinen der Elektromaschinenbaugruppe übertragen werden, um mechanische Energie in elektrische Energie zu wandeln.

Des Weiteren ist es bevorzugt, dass das mindestens eine Zentralzahnrad ein horizontales Teilelement umfasst, das an seinen Enden jeweils eine Verzahnung zur Kraftweitergabe an Elektromaschinen aufweist. Mithilfe der Verzahnung ist es möglich, ein Drehmoment von der Rotorwelle zu den Elektromaschinen zu übertragen.

Vorzugsweise weist das horizontale Teilelement des Zentralzahnrads eine linke Verzahnung für eine erste Elektromaschine auf und eine rechte Verzahnung für eine zweite Elektromaschine. Auf diese Weise können Elektromaschinen, die links- und rechtsseitig des Zentralzahnrads angeordnet sind, das Drehmoment der Rotorwelle abgreifen. Bei Verwendung einer Schrägverzahnung und einer entgegengesetzten Schrägung der linken und rechten Verzahnung können sich die axialen Kräfte der Elektromaschinen auf der linken und der rechten Seite gegenseitig kompensieren. Oder bei geeigneter Wahl der Schrägungen ergibt sich eine resultierende axiale Kraft auf die Rotorwelle, welche entgegen der axialen Kraft auf die Rotorwelle an einem Flansch der rotorwelle wirkt. Ferner ist bevorzugt, dass die Momenteneingänge der Elektromaschinen, die an der ersten und zweiten Verstrebung angeordnet sind, auf der einen Seite des Zentralzahnrads angeordnet sind, und vorzugsweise die Momenteneingänge der Elektromaschinen, die an der dritten und vierten Verstrebung angeordnet sind, auf der anderen Seite des Zentralzahnrads angeordnet sind. Mit anderen Worten ausgedrückt ist es günstig, wenn sich die Momenteneingänge bzw. das Ritzel/Reibrad der Elektromaschinen der ersten/zweiten Verstrebung und der dritten/vierten Verstrebung an jeweils unterschiedlichen Seiten des Zentralzahnrads angeordnet sind. Im Ergebnis ergeben sich somit vorzugsweise Elektromaschinen, deren Momenteneingang jeweils mit dem Zentralzahnrad interagiert, wobei beispielsweise mindestens zwei Elektromaschinen auf der rechten Seite des Zentralzahnrads und zwei Elektromaschinen auf der linken Seite des Zentralzahnrads angeordnet sind. Hierbei ist günstigerweise die Angabe„linke Seite“ und„rechte Seite“ auf das Zentralzahnrad bezogen, das sich im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckt und um eine Drehachse dreht, die in axialer Richtung orientiert ist.

Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn das mindestens eine Zentralzahnrad eine Lauf- fläche für ein Distanzelement einer Elektromaschine umfasst. Das Distanzelement hilft dabei, Temperaturausdehnungen, Elastizitäten, Fertigungs- und Montagetoleranzen zwischen der Rotorwelle der Elektromaschinenbaugruppe und einer einzelnen Elektromaschine bzw. deren Momenteneingang derart zu kompensieren, dass eine Verzahnung an einem Zentralzahnrad und/oder an einem Momenteneingang einer Elektromaschine unter gutem Wirkungsgrad wirkverbunden sind und nicht beschädigt wird. Mittels des Distanzelements und der Anpresskraft wird vorzugsweise eine gewünscht Eingriffstiefe der Verzahnungen weitgehend eingehalten.

Vorzugsweise ist zwischen den beiden Verzahnungen (linke und rechte Verzahnung) eine Lauffläche für ein Distanzelement angeordnet. Somit stellt also das Zentralzahnrad mit der Lauffläche eine Auflagefläche für ein Distanzelement zur Verfügung, wobei sich das Distanzelement an der Auflagefläche abstützen kann.

Ferner ist bevorzugt, dass das mindestens eine Zentralzahnrad bzw. das mindestens eine rotorseitig vorgesehene Zahnrad ein vertikales Teilelement zur Anbindung an die Rotorwelle umfasst. Mithilfe des vertikalen Teilelements kann auf einfache Weise ein Drehmoment der Rotorwelle zu den Elektromaschinen übertragen werden. Auch ist es möglich, dass die Nachführanordnung auf das Zentralzahnrad derart ein- wirkt, dass das Drehmoment der Rotorwelle über das Zentralzahnrad auf die Elektro- maschinen übertragen wird, um mechanische Energie und elektrische Energie umzuwandeln. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist es von Vorteil, wenn die Nachführanord- nung bzw. die Vorspannfeder der Nachführanordnung die Elektromaschine in Richtung des Zentralzahnrads bewegt bzw. drückt bzw. presst. Somit kann stets eine Verbindung zwischen der Rotorwelle und den einzelnen Elektromaschinen geschaffen werden, so- dass zu jedem Zeitpunkt ein Maximum an elektrischer Energie gewonnen werden kann.

Vorteilhafterweise umfasst jede Elektromaschine einen Momenteneingang, der mit der Verzahnung des Zentralzahnrads kämmt, um mechanische Energie in elektrische Ener- gie umzuwandeln.

Nachfolgend wird der oben dargestellte Erfindungsgedanke ergänzend mit anderen Worten ausgedrückt.

Dieser Gedanke betrifft vorzugsweise - vereinfacht dargestellt - eine Elektromaschi- nenbaugruppe für eine Windkraftanlage, bei der mehrere Elektromaschinen auf einem Umfang von Zentralzahnrädern vorgesehen sind, die günstigerweise an einer Rotorwelle vorgesehen und vorzugsweise mit einer Rotornabe gekoppelt sind.

Vorteilhafterweise sind die Elektromaschinen unter Verwendung von kleinen Ritzeln bzw. Momenteneingängen mit jeweiligen Zentralzahnrädern gekoppelt.

Anders ausgedrückt wird vorzugsweise eine Windkraftanlage mit einem Triebstrang nach folgendem Prinzip geschaffen:

a) Vorteilhafterweise ist eine Rotornabe mit einer Rotorwelle verbunden und treibt diese an, so dass vorzugsweise Rotornabe und Rotorwelle mit gleicher Drehzahl drehen.

b) Auf der Rotorwelle ist vorzugsweise mindestens ein Zentralzahnrad / Zahnrad mit großem Außendurchmesser (z.B. ca. 3 m) und hoher Zähnezahl (z.B. 3163) angeordnet, welches günstigerweise von der Rotorwelle angetrieben werden. c) Auf dem Umfang des mindestens einen Zentralzahnrads bzw. des mindestens einen Zahnrades ist vorzugsweise eine Vielzahl kleiner elektrischer Maschinen bzw. Elektromaschinen (z.B. aus E-Mobility Anwendungen) angeordnet, welche mittels eines Momenteneingangs bzw. mittels kleiner Ritzel (z. B. 31 Zähne) an das zugehörige Zentralzahnrad bzw. an das rotorseitig vorgesehene Zahnrad angebunden und als elektrischer Generator betreibbar sind.

d) Die einzelnen E-Maschinen bzw. jede Elektromaschine ist elastisch montiert, so dass diese einen radialen Positionsfehler der Verzahnung auf dem Zentralzahn- rad ausgleichen können. Axiale Positionsfehler werden vorzugsweise mittels breiter Verzahnungen ausgeglichen.

e) Eine Anpassung an diverse Leistungen kann mittels Variation der Länge der Ro- torwelle und Variation der Anzahl der Zentralzahnräder sowie Anzahl der E-Ma- schinen bzw. Elektromaschinen je Zentralzahnrad erfolgen.

f) Vorzugsweise hat die Zentralverzahnung eine Referenzkontur bzw. eine Refe- renzfläche bzw. eine Lauffläche für ein Distanzelement, welche in radialer Richtung zur Verzahnung auf dem Zentralzahnrad bemaßt ist.

g) Mittels eines Distanzelementes wird vorzugsweise auf Basis der Referenzkontur der Abstand zwischen den Verzahnungen bzw. die Eingriffstiefe der Verzahnungen nahe einem Sollwert gehalten, wobei vorzugsweise ein kleines Verzah- nungsmodul verwendet werden kann, so dass das Verzahnungsmodul günstigerweise klein im Verhältnis zum Durchmesser des Zentralzahnrades gewählt werden kann, insbesondere in einer Größenordnung kleiner 1/50, kleiner 1/100, kleiner 1/200, kleiner 1/500, kleiner 1/1000, kleiner 1/2000.

h) In der Folge kann dann zusammen mit dem Generatorritzel mit nur einer Übersetzungsstufe eine Übersetzung größer 20, größer 50, größer 100 oder größer 200 erreicht werden kann.

Aufgrund des großen Durchmessers eines Zentralzahnrads und der kleinen Ritzel eines Momenteneingangs der einzelnen elektrischen Maschinen bzw. Elektromaschinen wird günstigerweise in nur einer Stufe eine sehr hohe Übersetzung ins Schnelle erzielt, so dass vorzugsweise die kleinen elektrischen Maschinen viel schneller drehen (ca. Faktor 100) als die Hauptwelle bzw. die Rotorwelle. Aufgrund der Vielzahl der kleinen Elektromaschinen mit jeweils einer eigenen Verzah- nungsanbindung an das jeweilige Zentralzahnrad, muss vorzugsweise jede Verzah- nungsanbindung nur ein Bruchteil des Drehmomentes von der Rotornabe übertragen, so dass die einzelnen Zähne nur geringen Belastungen ausgesetzt werden.

Indem bevorzugterweise die Phasen der Drehmomentwelligkeiten der einzelnen Elekt- romaschinen gezielt zueinander versetzt angeordnet werden, ergibt sich vorzugsweise eine Gesamtanregung mit äußerst geringer Erregungsamplitude und sehr hoher Ordnung. Diese sind leichter zu beherrschen.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung eines Ausfüh- rungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Hier- bei zeigen schematisch:

Fig. 1 eine 3-D-Ansicht einer Elektromaschinenbaugruppe;

Fig. 2 einen Schnitt der Elektromaschinenbaugruppe;

Fig. 3 ein Teil der Elektromaschinenbaugruppe ohne Rotorwelle;

Fig. 4 einen Teilbereich der Elektromaschinenbaugruppe;

Fig. 4a einen Schnitt durch eine Elektromaschine;

Fig. 5 die Elektromaschinen einer Elektromaschinenbaugruppe ohne Rotorwelle und ohne Abstützungen;

Fig. 6 einen umrandeten Ausschnitt aus Figur 6 vergrößert;

Fig. 7 einen Schnitt entlang eines Ritzels einer der Elektromaschi- nen;

Fig. 8 einen Schnitt entlang eines Ritzels einer der Elektromaschi- nen ohne Halterung;

Fig. 9 ein Detail Ritzel und Distanzrad; und

Fig. 10 Prinzip einer Kompensation der abweisenden Verzahnungskräfte. Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.

Es wird auf Figuren 1 bis Figur 10 verwiesen.

In der nachfolgenden Beschreibung werden gleiche Bezugszeichen für gleiche Gegen- stände verwendet.

Figur 1 zeigt eine 3-D-Ansicht eine Elektromaschinenbaugruppe 1.

Genauer dargestellt, zeigt Figur 1 , dass die Elektromaschinenbaugruppe 1 eine Rotor- welle 2 und diverse Elektromaschinen 3 hat.

Hierbei weisen die Elektromaschinen 3 jeweils einen Drehkörper 4 auf. Eine Elektroma- schine 3 mit einem Drehkörper 4 ist in Fig. 4a schematisch gezeigt. Der Drehkörper 4, ist -wie bei Elektromaschinen 3- üblicherweise ein Rotor 4.1 , der von einer Welle 4.2 drehbar im Gehäuse 3.1 der Elektromaschine 3 gelagert. Der mit Blickrichtung auf Fig. 4a linke, aus dem Gehäuse 3.1 ragende Teil der Welle 4.2, welcher in Folgendem auch als Eingangswelle 17 bzw. Momenteneingang 16 bezeichnet wird, trägt ein Ritzel 6 und ein Distanzelement 18, worauf in der weiteren Beschreibung noch genauer eingegan- gen wird.

Auch hat die Elektromaschinenbaugruppe 1 Kopplungsmittel 5, 6 (in Figur 1 nicht dargestellt), die die Rotorwelle 2 und den Drehkörper 4 der jeweiligen Elektromaschine 3 in einer ersten Position zur Übertragung einer Drehbewegung mechanisch miteinander koppeln. Auch dieser Sachverhalt wird in der weiteren Beschreibung noch genauer und anschaulicher erläutert.

In Figur 1 ist ferner zu erkennen, dass die Elektromaschinenbaugruppe 1 auch mehrere ortsfest angeordnete Gestelle 7 umfasst, wobei jedes Gestell 7 eine Mehrzahl von Elekt- romaschinen 3 aufnimmt, und wobei jede vom Gestell 7 aufgenommene Elektromaschine 3 um die Rotorwelle 2 herum positioniert ist.

Nachstehend wird Figur 1 weitergehend beschrieben.

Die Elektromaschinenbaugruppe 1 besteht, wie Figur 1 zeigt, aus einer Hauptwelle 2 bzw. einer Rotorwelle 2, welche sich über die gesamte Länge der Elektromaschinen- baugruppe 1 erstreckt. Entlang dieser Hauptwelle 2 bzw. Rotorwelle 2 sind mehrere Gestelle 7 angeordnet. Jedes Gestelle 7 beinhaltet mehrere einzelne Elektromaschinen 3, welche um die Rotorwelle 2 herum angeordnet sind und durch die Rotorwelle 2 angetrieben werden und sich an einem Gestell 7 abstützen.

Die einzelnen Gestelle 7 sind mit dem Gehäuse (nicht dargestellt) bzw. einer Struktur der Gondel (nicht dargestellt) befestigt und stützen sich an dieser ab.

In der nach Figur 1 gezeigten Darstellung hat die Elektromaschinenbaugruppe 1 sechs Gestelle 7, wobei jedes Gestell 2x20 Elektromaschinen 3 beinhaltet.

Es wird darauf hingewiesen, dass dies nur eine beispielhafte Ausführung ist und die Anzahl der Gestelle 7 und der Elektromaschinen 3 je Gestell variiert werden kann.

An einem Flansch 10 am vorderen Ende der Haupt- bzw. Rotorwelle 2 erfolgt die An- bindung zu einer Rotornabe (nicht dargestellt).

Figur 2 zeigt einen Schnitt der Elektromaschinenbaugruppe 1.

Genauer dargestellt, ist in Figur 2 die Elektromaschinenbaugruppe 1 zusammen mit der Rotorwelle 2 und diversen Gestellen 7 geschnitten dargestellt.

Hierbei ist zu erkennen, dass die Rotorwelle 2 diverse Versteifungsringe 1 1 , insbesondere an den axialen Enden der Rotorwelle 2, aufweist, wobei die Rotorwelle 2 als Hohlwelle ausgebildet ist.

Ferner zeigt Figur 2, dass die Rotorwelle 2 an dem einen Ende, an dem der Flansch 10 für eine Rotornabe (nicht dargestellt) angebracht ist, eine Radiallageranordnung 13A und am gegenüberliegenden bzw. anderen Ende eine Schrägkugellageranordnung 13B aufweist.

Zwischen den beiden Enden der Rotorwelle 2 sind die Gestelle 7 in regelmäßigen Abständen angeordnet.

Gemäß Figur 2 weist jedes Gestell 7 diverse elektrische Maschinen bzw. Elektromaschinen 3 zur Erzeugung elektrischer Energie auf.

Die Elektromaschinen 3 sind dabei so an einem Gestell 7 angeordnet, dass ein Drehmoment der Rotorwelle 2 mithilfe der Elektromaschinen 3 in elektrische Energie umwandelbar ist. Des Weiteren geht aus Figur 2 hervor, dass jedes Gestell 7 vier Verstrebungen 12A, 12B, 12C, 12D zum Halten der Elektromaschinen 3 umfasst.

Genauer geschildert, weist jedes Gestell 7 eine erste 12A und eine zweite Verstrebung 12B sowie eine dritte 12C und vierte Verstrebung 12D jeweils zur Aufnahme von Elektromaschinen 3 auf.

Dabei nehmen - wie bereits erwähnt - jeweils zwei Verstrebungen 12A, 12B bzw. 12C, 12D diverse Elektromaschinen 3 auf.

Die Verstrebungen 12A, 12B, 12C, 12D haben dabei die Aufgabe, mechanische Kräfte und Momente der Elektromaschinen 3 und der Rotorwelle 2 aufzunehmen und weiterzuleiten.

Nachstehend wird Figur 2 weitergehend beschrieben.

Sichtbar ist in Figur 2 erneut die Rotorwelle 2 mit dem Flansch 10 für die Anbindung einer Rotornabe (nicht dargestellt).

Weiterhin ist beispielhaft die Lagerung der Rotorwelle 2 dargestellt.

In der Nähe zum Flansch 10 der Rotornabe müssen hohe radiale Kräfte aufgenommen werden und die Lagerung erfolgt mittels Rollenlager 13A bzw. einer Radiallageranordnung 13A.

In der Nähe des entgegengesetzten Endes treten deutlich geringere radiale Kräfte auf, weiterhin müssen noch die axialen Kräfte aufgenommen werden. Dies erfolgt z. B. mittels zweier Schrägkugellager 13B bzw. mittels einer Schrägkugellageranordnung 13B, welche radiale als auch axiale Kräfte aufnehmen können/kann.

Im Bereich der Lager 13A, 13B bzw. der Lageranordnungen 13A, 13B sind Versteifungsringe 11 für die Rotorwelle 2 dargestellt. Aufgrund dieser Lagerung müssen die einzelnen Lager 13A, 13B kaum oder nur geringe Kippmomente aufnehmen, wobei vorzugsweise die einzelnen Lager 13A, 13B einen kleinen Kipp-Freiheitsgrad zulassen (z. B. in Ausführung als Pendelkugellager, Pendelrollenlager, etc.). Dadurch ist es möglich, Ausrichtungsfehler aber speziell auch elastische Verformungen der Rotorwelle 2 während des Betriebes auszugleichen.

Bei den sechs Gestellen 7 ist die Anordnung der einzelnen Elektromaschinen 3 in den einzelnen Gestellen 7 in jeweils zwei Gruppen sichtbar. Ein Teil der Elektromaschinen 3 befindet sich in der linken Hälfte (gebildet von den Verstrebungen 12A, 12B) und der andere Teil in der rechten Hälfte (gebildet von den Verstrebungen 12C, 12D) der Gestelle 7.

Der Bereich„A“ ist in Figur 7 mit mehr Details dargestellt.

Figur 3 zeigt ein einzelnes Gestell 7 ohne Hauptwelle bzw. Rotorwelle 2.

Das Gestell 7 hat gemäß Figur 3 diverse Elektromaschinen 3 zur Erzeugung elektrischer Energie.

Die Elektromaschinen 3 sind dabei so um die Rotorwelle 2 angeordnet, dass ein Drehmoment der Rotorwelle 2 mithilfe der Elektromaschinen 3 in elektrische Energie um- wandelbar ist.

An der Rotorwelle 2, die in Figur 3 nicht dargestellt ist, ist ein Zahnrad 5 bzw. ein Zentralzahnrad 5 angeordnet, um das Drehmoment, das auf die Rotorwelle 2 einwirkt, an die Elektromaschinen 3 zu übertragen.

Ferner ist in Figur 3 die Drehachse D dargestellt, um welche die Rotorwelle 2 sowie das Zahnrad 5 / Zentralzahnrad 5 drehen.

Des Weiteren ist in Figur 3 zu erkennen, dass zwischen den Verstrebungen 12A, 12B, 12C, 12D, jeweils ein Versteifungskranz 14 zur weiteren mechanischen Stabilisierung angeordnet ist.

Nachstehend wird Figur 3 weitergehend beschrieben.

Jedem Gestell 7 ist ein Zentralzahnrad 5 bzw. ein Zahnrad 5 zugeordnet, welches von der Hauptwelle 2 bzw. der Rotorwelle 2 angetrieben wird und auf der Rotorwelle 2 gelagert bzw. befestigt ist.

Rechts und links des Zentralzahnrades 5 sind auf dem Umfang (um die Rotationsachse D der Rotorwelle 2 herum - gekennzeichnet mit Umfangsrichtung U) jeweils mehrere einzelne Elektromaschinen 3, 3A, 3B angeordnet.

Die einzelnen Elektromaschinen 3 eines Gestells 7 werden an einer Generatorhalterung bzw. an den Verstrebungen 12A, 12B, 12C, 12D des Gestells 7 montiert / abgestützt. In der hier gezeigten Ausführung besteht die Generatorhalterung bzw. das Gestell 7 - wie bereits erwähnt - aus mehreren Verstrebungen 12A, 12B, 12C, 12D, welche unter- einander mittels Verbindungs- bzw. Versteifungskränzen 14 verbunden sind.

Figur 4 zeigt einen Teilbereich des Gestells 7.

In der genannten Figur ist sowie auch in Figur 4a gezeigt, dass die Elektromaschinen- baugruppe 1 Kopplungsmittel hat, die die Rotorwelle 2 und den Drehkörper 4 der jewei- ligen Elektromaschine 3 in einer ersten Position zur Übertragung einer Drehbewegung mechanisch miteinander koppeln. Bei der Ausführung gemäß Figur 4a ist dies so realisiert, dass die Welle 4.2 direkt mit einem Ritzel 6 versehen ist, welches mit einem ro- torseitig vorgesehenen Zahnrad 5 (in Fig. 4a nicht sichtbar) in kämmender Verbindung steht.

Hierbei geht aus Figur 4 ferner hervor, dass die Elektromaschinenbaugruppe 1 eine Nachführanordnung 9 zur beweglichen Anordnung einer Elektromaschine 3, 3A, 3B re- lativ zum Gestell 7 umfasst.

Im konkreten Fall nach Figur 4 ist die Nachführanordnung 9 als Drehaufhängung zur drehbeweglichen Anordnung einer Elektromaschine 3, 3A, 3B ausgebildet.

Genauer geschildert, hat die Nachführanordnung 9 bzw. die Drehaufhängung ein Drehgelenk 9.1 , um welches eine Elektromaschine 3A, 3B relativ zum Gestell 7 bzw. relativ zu den Verstrebungen 12A, 12B, 12C, 12D schwenkbar ist, die das Gestell 7 bilden.

Die Dreh- bzw. Schwenkbewegung einer Elektromaschine ist beispielhaft bei einer der Elektromaschinen 3B auf der rechten Seite des Zahnrades 5 bzw. Zentralzahnrads 5 mit Hilfe eines Doppelpfeils S dargestellt.

Das Drehgelenk 9.1 der Nachführanordnung 9 ist um eine Achse drehbar, die zur Drehachse D der Rotorwelle 2 gleichorientiert ist.

Wie Figur 4 zeigt, weist die Nachführanordnung 9 ferner eine Vorspannfeder 15 auf, mit deren Hilfe eine Elektromaschine 3A, 3B in eine Richtung, insbesondere in Richtung der Rotorwelle 2, vorspannbar ist.

Zwar nicht in den Figuren gezeigt, wird jedoch der Vollständigkeit halber erwähnt, dass elektrisch, pneumatisch, hydraulisch und/oder mechanisch wirkende Mittel vorgesehen sein können, welche zumindest auf die Kopplungsmittel 5, 6 ( Zentralzahnrad 5 und Ritzel 6) wirken und diese einzeln oder in Gruppen zwischen der ersten Position und einer zweiten, die Kopplung zur Rotorwelle 2 beseitigenden Position hin- und herbewegen.

Somit kann also der Abstand zwischen einer elektrischen Maschine bzw. einer Elektro- maschine 3, 3A, 3B und der Drehachse D der Rotorwelle 2 aktiv variiert werden. Dies ermöglicht es außerdem, Temperaturausdehnungen, Elastizitäten, Fertigungs- und Montagetoleranzen zwischen der Rotorwelle 2 und einer einzelnen Elektromaschine 3 einfach zu kompensieren. Dadurch ist auch möglich, einzelne Elektromaschine 3 je nach Windleistung einer Windkraftanlage zu zuschalten oder weg zuschalten oder aber auch einzelne Elektromaschinen 3A, 3B zu warten oder diese zu ersetzen, ohne dass die gesamte Elektromaschinenbaugruppe 1 deaktiviert werden muss.

Alternativ zu einem Drehgelenk der Nachführanordnung 9 ist es auch möglich, die Nachführanordnung 9 als Linearaufhängung zur linearbeweglichen Anordnung einer Elektromaschine 3, 3A, 3B auszubilden.

In einem solchen Fall hat günstigerweise die Linearaufhängung ein Feder- und/oder Dämpferelement, entlang welchem eine Elektromaschine 3, 3A, 3B relativ zum Gestell 7 linear beweglich ist.

Auch ist bevorzugt, wenn die Linearaufhängung entlang einer Achse verschiebbar ist, die bevorzugterweise senkrecht zur Drehachse D der Rotorwelle 2 orientiert ist.

Nachstehend wird Figur 4 weitergehend beschrieben.

Sichtbar ist in Figur 4 erneut das Zahnrad bzw. das Zentralzahnrad 5 mit den Elektromaschinen 3A, 3B, welche links (3A) und rechts (3B) des Zentralzahnrades 5 entlang dem Umfang U angeordnet sind.

Die einzelnen Elektromaschinen 3A, 3B sind nicht starr mit der Gestell 7 befestigt, sondern flexibel, so dass die Eingangswellen bzw. Momenteneingänge der Elektromaschinen 3A, 3B eine radiale Bewegung ausführen können, um Positionsfehler einer Verzahnung auf dem Zentralzahnrad 5 auszugleichen.

Die Ursachen für diese Positionsfehler können z. B. sein: Rundlauffehler, Wärmeausdehnungen der Verzahnung auf dem Zentralzahnrad 5, Biegungen der Rotorwelle 2, etc. In der hier dargestellten Ausführung ist dies beispielhaft realisiert, indem jede Elektro- maschine 3A, 3B einen Drehkörper 4 aufweist und mittels eines Drehgelenkes 9.1 be- festigt ist, welches in Umgangsrichtung U seitlich versetzt zur Eingangswelle bzw. zum Momenteneingang der Elektromaschine 3A, 3B angeordnet ist.

Eine Drehung im Drehgelenk 9.1. ermöglicht eine Schwenkbewegung (angedeutet mit dem Doppelpfeil S) der Eingangswelle bzw. des Momenteneingangs (in Figur 4 nicht zu erkennen) der Elektromaschine 3A, 3B um das Drehgelenk 9.1. Dies bewirkt in die- ser Ausführung hauptsächlich eine Bewegung radial zur Umfangsrichtung U.

Mittels einer Abstützung (in dieser Figur nicht sichtbar) vorzugsweise koaxial zur Eingangswelle bzw. zum Momenteneingang (nicht in Figur 4 sichtbar) der Elektromaschine 3A, 3B stützt sich die Elektromaschine 3A, 3B am Zentralzahnrad 5 ab, wobei mittels der Vorspannfeder 15 die Abstützkraft eingestellt werden kann.

Das Drehgelenk zusammen mit der Abstützung am Zentralzahnrad 5 und der Vorspannfeder 15 stellen zusammen eine eindeutige Positionierung der Eingangswelle bzw. des Momenteneingangs der Elektromaschine 3A, 3B relativ zur Umfangsebene des Zentral- zahnrades 5 sicher.

Mittels der Federkraft der Vorspannfedern 15 der einzelnen Elektromaschinen 3A, 3B wird sichergestellt, dass alle Elektromaschinen 3A, 3B eine ähnliche Anpresskraft zur Abstützung am Zentralzahnrad 5 aufweisen.

Aufgrund der Schwerkraft ist für eine ähnliche Anpresskraft der einzelnen Elektroma- schine 3A, 3B gegen das Zentralzahnrad 5, je nach Lage der einzelnen Elektroma- schine 3A, 3B auf dem Umfang, eine unterschiedliche Federkraft der Vorspannfeder 15 notwendig.

Alternativ zu den Vorspannfedern 15 kann auch eine aktive Anpressung bzw. Abstandspositionierung, wie zum Beispiel mithilfe eines Aktors bzw. eines elektrisch, pneumatisch, hydraulisch und/oder mechanisch wirkenden Mittels, ausgeführt werden.

Dies ergibt weiterhin die Möglichkeit einzelne Elektromaschinen 3A, 3B bei Bedarf in eine Position ohne Kontakt zum Zentralzahnrad 5 zu verfahren. Dies erfüllt die Funktion einer steuerbaren Kupplung zwischen der einzelnen Elektromaschine 3A, 3B und der Rotorwelle 2, so dass die einzelnen Elektromaschinen 3A, 3B einzeln oder als Gruppen bei Bedarf vom Triebstrang bzw. von der Rotorwelle 2 an- oder abgekuppelt werden können.

Dies ist z. B. zwecks Anpassung der Anzahl der aktiven Elektromaschinen in Abhängigkeit der aktuell benötigten Generatorleistung bzw. in Abhängigkeit der aktuellen Windverhältnisse notwendig. Weiterhin ermöglicht eine gezielte Abkopplung einzelner Elektromaschinen 3A, 3B die Durchführung von Wartungsarbeiten an diesen, ohne dass der Betrieb der Gesamtanlage unterbrochen werden muss.

Im Falle einer aktiven Abstandspositionierung bzw. einer Bewegungsvorrichtung mit ei- nem Aktor bzw. mit einem elektrisch, pneumatisch, hydraulisch und/oder mechanisch wirkende Mittel pro Elektromaschine ergibt sich die Möglichkeit mittels Sensoren die aktuelle Verzahnungsposition zu erkennen und die Elektromaschinen 3A, 3B entspre- chend aktiv zu positionieren.

Eine aktive Anpressung / Vorspannung kann z. B. mittels eines pneumatischen oder hydraulischen Zylinders bzw. mittels eines elektrisch, pneumatisch, hydraulisch und/o- der mechanisch wirkenden Mittels unterstützend parallel oder alternativ zur Vorspannfeder 15 bzw. zu Nachführanordnung 9 realisiert werden.

Alternativ oder zusätzlich kann die Vorspannfeder 15 mittels eines elektrisch, pneumatisch, hydraulisch und/oder mechanisch wirkende Mittels aktiv in Ihrer Vorspannung verändert werden und somit auch ein Abheben eines Ritzels bzw. des Momenteneingangs einer Elektromaschine 3A, 3B vom Zentralzahnrad 5 erzwungen werden.

Ein erneutes Einspuren während des Betriebes kann erreicht werden, indem die Elektromaschine zuerst auf eine synchrone Drehzahl beschleunigt wird (so dass die Verzahnung des Ritzels bzw. des Momenteneingangs und die Verzahnung des Zentralzahn- rades 5 sich annähernd gleich schnell / synchron zueinander bewegen und erst dann mittels Einschwenken der Elektromaschine 3A, 3B das Ritzel bzw. des Momenteneingangs erneut in Zahnkontakt mit dem Zentralzahnrad 5 gebracht wird.

Zusammengefasst zeigen also Figuren 2 bis 4, dass die Elektromaschinenbaugruppe 1 mit einer Rotorwelle 2 und mit diversen Drehkörpern 4 aufweisenden Elektromaschinen 3, 3A, 3B ausgestattet ist. Auch sind Kopplungsmittel 5, 6 vorgesehen, die betreffend Figuren 5 bis 9 noch genauer erläutert werden, die die Rotorwelle 2 und den Drehkörper 4 der jeweiligen Elekt- romaschine 3, 3A, 3B in einer ersten Position zur Übertragung einer Drehbewegung mechanisch miteinander koppeln.

Auch umfasst die Elektromaschinenbaugruppe 1 mehrere ortsfest angeordnete Gestelle 7, wobei jedes Gestell 7 eine Mehrzahl von Elektromaschinen 3, 3A, 3B aufnimmt, und wobei jede vom Gestell 7 aufgenommene Elektromaschine 3, 3A, 3B um die Rotorwelle 2 herum positioniert angeordnet ist.

Figur 5 zeigt die Elektromaschinen 3A, 3B eines Gestells 7 ohne Zentralwelle 2 bzw. Rotorwelle 2 und ohne Abstützungen 12A bis 12D bzw. Verstrebungen 14.

Zwecks Darstellung sind also die Zentralwelle 2 bzw. Rotorwelle 2 und die Verstrebungen 12A bis 12D für die Elektromaschinen 3A, 3B ausgeblendet.

Ansonsten sind die gleichen Elemente sichtbar, welche bereits in den vorhergehenden Figuren beschrieben wurden.

Mehr Details zur Ausführung werden in Figur 6 dargestellt bzw. beschrieben.

Figur 6 zeigt den umrandeten Ausschnitt der Figur 5 vergrößert.

Wie zu erkennen, hat jede Elektromaschine 3A, 3B einen Momenteneingang 16, um ein Drehmoment von der Rotorwelle 2 abzugreifen und in elektrische Energie umzuwandeln. Ferner hat - wie bereits erwähnt - die Elektromaschinenbaugruppe 1 Kopplungsmittel 5, 6, die die Rotorwelle 2 und den Drehkörper 4 der jeweiligen Elektromaschine 3, 3A, 3B in einer ersten Position zur Übertragung einer Drehbewegung mechanisch miteinander koppeln.

Gemäß Figur 6 umfasst das jeweilige Kopplungsmittel 5, 6 zwischen Rotorwelle 2 (nicht dargestellt) und Drehkörper 4 ein rotorseitig vorgesehenes Zahnrad 5 bzw. das Zentralzahnrad 5 und ein drehkörperseitig vorgesehenes, mit dem Zahnrad 5 in kämmender Verbindung stehendes Ritzel 6.

Anders ausgedrückt, umfasst der Momenteneingang 16 ein Ritzel 6 bzw. ein Generatorritzel 6, eine Eingangswelle 17 und ein Distanzelement 18. Hierbei ist das Distanzelement 18 als Kugellager ausgebildet, mit einem Außen- 18A und einem Innenring 18B und dazwischen angeordneten Wälzkörpern (vergleiche hierzu auch Figur 9).

Das Distanzelement 18 bzw. das Distanzrad dient dabei dazu, den Abstand einer Lauf- fläche 19 des Zentralzahnrads 5 zu einer Drehachse des Momenteneingangs 16 nicht zu unterschreiten. Denn ein Unterschreiten eines minimalen Abstandes, der von dem Distanzelement 18 gewährleistet werden soll, kann zu Beschädigungen an der Verzah- nung des Momenteneingangs 16 bzw. des Ritzels 6 einer Elektromaschine 3, 3A, 3B und an der Verzahnung des Zentralzahnrads 5 führen.

Alternativ ist es möglich, dass das Distanzelement 18 als Gleitlager ausgebildet ist.

Auch ist in Figur 6 die Nachführanordnung 9 gezeigt, ausgestaltet mit einem Drehgelenk 9.1 und einer Vorspannfeder 15.

Die Nachführanordnung 9 bewirkt, dass das Drehmoment der Rotorwelle 2 über das Zentralzahnrad 5 auf die Elektromaschinen 3A, 3B übertragen wird, um mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln.

Hierbei kämmt der Momenteneingang 16 einer Elektromaschine 3A, 3B bzw. das Ritzel

6 mit der Verzahnung 5A, 5B des Zentralzahnrads 5, um - wie bereits geschildert - ein mechanisches Drehmoment in elektrische Energie umzuwandeln.

Nochmals mit anderen Worten beschrieben, zeigt Figur 6, dass die Nachführanordnung 9 in der ersten Position von Rotorwelle 2 und Kopplungsmittel 5, 6 auf die jeweiligen

Kopplungsmittel 5, 6 wirkt und diese in einem konstanten Radialabstand zur Mantelflä- che der Rotorwelle 2 hält, mit welcher die Kopplungsmittel 5, 6 gekoppelt sind.

Ferner ist bei der Zusammenschau der Figuren 5 und 6 zu erkennen, dass ein Gestell

7 eine erste Reihe und eine zweite Reihe Elektromaschinen 3, 3A, 3B aufweist und dass die Drehkörper 4 der Elektromaschinen 3A, welche in der ersten Reihe zusam- mengefasst sind, zu den Drehkörpern 4 der Elektromaschinen 3B, welche in der zweiten Reihe zusammengefasst sind, in Umfangsrichtung U der Rotorwelle 2 um einen Winkelbetrag versetzt angeordnet sind.

Nachstehend wird Figur 6 weitergehend beschrieben. Die Elektromaschinen 3A, 3B sind mittels eines Drehgelenks am Gestell 7 bzw. mithilfe der Nachführanordnung 9 am Gestell 7 befestigt, so dass die Eingangswelle 17 bzw. der Momenteneingang 16 der Elektromaschinen 3A, 3B eine Schwenkbewegung durchführen kann. Diese Schwenkbewegung ermöglicht einen zur Rotationsachse bzw. zur Drehachse D der Rotorwelle 2 radialen Freiheitsgrad der Eingangswelle 17 bzw. des Momenteneingangs 16 der Elektromaschinen 3A, 3B.

Das Zentralzahnrad 5 weist eine rechte 5B und eine linke Verzahnung 5A auf. Die ein- zelnen Elektromaschinen 3A, 3B weisen - wie bereits erwähnt - Eingangswellen 17 auf, an denen außenverzahnte Ritzel 6 bzw. Generatorritzel 6 angeordnet sind.

Die einzelnen Ritzel 6 zahnen bzw. kämmen mit der rechten 5B oder der linken Verzah- nung 5A des Zentralzahnrades 5. Mittels dieser Zahneingriffe treibt das Zentralzahnrad 5 die Elektromaschinen 3A, 3B an.

Die Distanzräder bzw. Distanzelemente 18 für die Elektromaschinen 3A auf der linken Seite bzw. auf Seiten der linken Verzahnung 5A als auch die Distanzräder bzw. Distan- zelemente 18 für die Elektromaschinen 3B auf der rechten Seite bzw. auf Seiten der rechten Verzahnung 5B laufen auf einer gemeinsamen Lauffläche 19 des Zentralzahn- rads 5.

Die Lauffläche 19 auf dem Zentralzahnrad 5 hat eine definierte Höhe zu den Verzah- nungen„links“ 5A und„rechts“ 5B auf dem Zentralzahnrad 5. Die Distanzräder 18 bzw. die Distanzelemente 18 haben auf ihrer Außenkontur jeweils einen weitgehend kon- stanten Radius zur Rotationsachse des Ritzels 6 auf der Eingangswelle 17 des Momen- teneingangs 16 der Elektromaschine 3A, 3B.

Indem die Distanzräder 18 bzw. Distanzelemente 18 sich mit ihrer Außenkontur auf der Lauffläche 19 abstützen, haben die Verzahnungen 5A, 5B des Ritzels 6 und des Zentralzahnrades 5 einen weitgehend konstanten Abstand.

Die Kraft, mit der sich die Distanzräder 18 auf der Lauffläche 19 des Zentralzahnrades 5 abstützen, wird durch die Vorspannfeder 15 eingestellt. Die flexible Montage durch die Nachführanordnung 9 mit Drehgelenk stellt den notwendigen Freiheitsgrad sicher.

Figur 7 zeigt einen Schnitt entlang der Eingangswelle 17 bzw. des Momenteneingangs 16 einer der Elektromaschinen 3A. Die Ausführungen betreffend die Figuren 5 und 6 treffen selbstverständlich auch auf Figur 7 zu, wobei Figur 7 einige Teilaspekte detaillierter beschreibt.

So ist Figur 7 zu entnehmen, dass pro Gestell 7 außenseitig auf der Rotorwelle 2 ein Zentralzahnrad 5 angeordnet ist, das im Querschnitt T-förmig ausgebildet ist.

Hierbei hat das Zentralzahnrad 5 ein horizontales Teilelement zur Verbindung mit den Elektromaschinen 3A, 3B und ein vertikales Teilelement zur Anbindung an die Rotor- welle 2.

Das horizontale Teilelement des Zentralzahnrads 5 weist an seinen Enden jeweils eine Verzahnung 5A, 5B zur Kraftweitergabe an Elektromaschinen 3, 3A, 3B auf, wobei das horizontale Teilelement eine linke Verzahnung 5A für eine erste Elektromaschine 3A hat und eine rechte Verzahnung 5B für eine zweite Elektromaschine 3B.

Genannte Verzahnung 5A, 5B des Zentralzahnrads 5 dient dem Kämmen mit einem Momenteneingang 16 bzw. mit dem Ritzel 6 einer Elektromaschine 3A, 3B.

Ferner erstreckt sich die Verzahnung 5A, 5B des Zentralzahnrads 5 in radialer Richtung R nach außen.

Auch hat das Zentralzahnrad 5 - wie bereits zu den vorangehenden Figuren geschildert - eine Lauffläche 19 für ein Distanzelement 18 einer Elektromaschine 3, 3A, 3B, wobei zwischen den beiden Verzahnungen 5A, 5B die Lauffläche 19 für ein Distanzelement 18 angeordnet ist.

Des Weiteren ist zu erwähnen, was jedoch nicht Figur 7 zu entnehmen ist, dass die Rotorwelle 2 unter einer axialen Last steht, und dass die jeweils kämmende Verbindung zwischen Ritzel 6 und Zahnrad 5 bzw. Zentralzahnrad 5 als Schrägverzahnungspaarung ausgebildet ist.

Jede Schrägverzahnungspaarung zwischen Ritzel 6 und Zentralzahnrad bzw. Zahnrad 5 erzeugt eine axiale Kraft entlang der Drehachse D der Rotorwelle 2, wobei alle von den Schrägverzahnungspaarungen erzeugten, auf die Rotorwelle 2 wirkenden axialen Kräfte sich entweder gegenseitig aufheben oder der axialen Last entgegenwirken.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist die Übersetzungsstufe zwischen Rotorwelle 2 und den jeweiligen Drehkörpern 4 größer 100.

Nachstehend wird Figur 7 weitergehend beschrieben. Der in Figur 7 dargestellte Schnitt verläuft entlang einer Ebene, welche durch die Dreh- achse der Eingangswelle 17 des Momenteneingangs 16 der Elektromaschinen 3A und durch die Drehachse D der Rotorwelle 2 verläuft.

Die Elektromaschine 3A ist nur als Umriss skizziert, da dieser Aufbau unabhängig von der Art der Elektromaschine ist. Es können PMSM, fremderregte Synchronmaschinen, ASM und doppeltgespeiste ASM und weitere Arten von Elektromaschinen eingesetzt werden. Vorzugsweise wird eine Elektromaschine aus der Elektromobilität verwendet, da diese aufgrund steigender Stückzahlen günstig verfügbar sind und aufgrund der ho- hen Qualitätsanforderungen der KFZ-Industrie eine hohe Verfügbarkeit aufweisen.

Insbesondere kann die hier als Elektromaschine 3A, 3B bezeichnete Einheit auch wei- tere Baugruppen (wie z. B. ein integriertes Getriebe) beinhalten. Ein integriertes Ge- triebe ermöglicht beispielsweise eine weitere Drehzahlanpassung zwischen dem Dreh- körper 4 einer Elektromaschine 3A, 3B und der Eingangswelle 17 bzw. des Momen- teneingangs 16 der Elektromaschine 3A, 3B.

Bei einer Ausführung mit integriertem Getriebe müssen die Eingangswelle zur Elektro- maschine 3A, 3B und die Drehachse des Rotors nicht mehr konzentrisch und auch nicht achsparallel verlaufen, sondern die Drehachse des Rotors und die Drehachse des Ge- neratorritzels 6 bzw. des Ritzels 6 zum Zentralzahnrad 5 können auch achsparallel oder windschief ausgeführt werden.

Das Zentralzahnrad 5, welches auf der Rotorwelle 2 befestigt ist, weist eine - wie be- reits erwähnt - linke 5A und eine rechte Verzahnung 5B auf. Zwischen den beiden Ver- zahnungen 5A, 5B befindet sich eine Lauffläche 19 bzw. eine Referenzfläche für die Distanzräder bzw. Distanzelemente 18, welche einen konstanten Abstand der Verzah- nungen 5A, 5B des Zentralzahnrades 5 und des Ritzels 6 auf der Eingangswelle 17 der Elektromaschine 3A, 3B sicherstellt.

Diese Referenzfläche 19 bzw. Lauffläche 19 kann auch anders angeordnet werden, wichtig ist vorzugsweise ein konstantes relatives Abstandsmaß zur Verzahnung des Zentralzahnrades 5.

Die Verzahnung des Ritzels 6 ist auf der Eingangswelle 17 der Elektromaschine 3A, 3B deutlich breiter als die Verzahnung 5A, 5B auf dem Zentralzahnrad 5. Das breite Ritzel 6 ermöglicht einen Ausgleich von Positionsabweichungen in axialer Richtung A zwischen der Rotorwelle 2 und der Position der Elektromaschinen 3A, 3B bzw. zwischen dem mit dem Zahnrad 5 kämmenden Ritzel 6. Diese treten zwangsweise aufgrund Temperaturausdehnung, Elastizitäten, Fertigungs- und Montagetoleranzen auf.

Wie Figur 7 zeigt, ist das Distanzrad bzw. Distanzelement 18 an der Elektromaschine 3A befestigt und stützt sich auf der Lauffläche 19 des Zentralzahnrades 5 ab und stellt somit einen weitgehend konstanten Abstand zwischen der Eingangswelle 17 der Elekt- romaschine 3A zur Verzahnung 5A auf dem Zentralzahnrad 5 sicher.

Die Lauffläche 19 auf dem Zentralzahnrad 5 ist breit ausgeführt, um einen Ausgleich von Positionsabweichungen in axialer Richtung A zwischen Laufrad bzw. Momenteneingang 16 und Zentralzahnrad 5 sicher zu stellen.

Bei entsprechender Ausführung der Verzahnung, so dass diese auch radiale Kräfte ab- stützen kann, kann auf ein Distanzrad bzw. Distanzelement 18 verzichtet werden und der Abstand der Verzahnungen direkt über die Verzahnungen selber oder mittels weiterer Konturen in der Nähe des Zahnrades sichergestellt werden.

Figur 8 zeigt einen Schnitt entlang einer Eingangswelle 17 bzw. eines Momentenein- gangs 16 einer der Elektromaschinen 3A, 3B ohne Halterung bzw. ohne Gestell 7.

Ferner zeigt Figur 8 einen Schnitt entlang einer Ebene, welche durch die Rotationachse der Rotorwelle 2 und auch durch die Eingangswelle bzw. durch die Momenteneingang 16 einer der Elektromaschine 3B auf der rechten Seite geht.

Der Bereich„c“ wird in Figur 9 größer dargestellt.

Sichtbar sind in einer weiteren Perspektive verschiedene Elemente, welche bereits in einigen der vorherigen Figuren erläutert wurden. Es wird daher der Einfachheit und Kürze halber auf die Ausführungen betreffend die vorangehenden Figuren verwiesen.

Figur 9 zeigt als Detail einen Momenteingang 16 bzw. ein Ritzel 6 und ein Distanzele- ment 18 bzw. Distanzrad 18 sowie eine Eingangswelle 17.

In dieser Figur ist der Ausschnitt„c“ aus der Figur 8 vergrößert dargestellt.

In der hier gezeigten Ausführung ist das Distanzrad bzw. das Distanzelement 18 als Kugellager ausgeführt. Der Außenring 18A stützt sich auf der Lauffläche 19 des Zentralzahnrades 5 ab. Der Innenring 18B des Kugellagers bzw. des Distanzelements 18 ist auf der Eingangswelle 17 bzw. auf dem Momenteneingang 16 der Elektromaschine 3B montiert und dreht sich mit der gleichen Drehzahl wie das Ritzel 6 der Elektromaschine 3B.

Das Kugellager muss somit nur noch geringe Drehzahlunterschiede zwischen dem In- nenring 18B und dem Außenring 18A ausgleichen und nur eine geringe Rollarbeit leisten.

Je nach Auslegung des Durchmessers des Laufrades im Verhältnis zum Abrolldurch- messer des Ritzels 6 und der Höhe der Lauffläche 19 auf dem Zentralzahnrad 5 relativ zur Verzahnung 5A, 5B auf dem Zentralzahnrad 5, kann die relative Drehzahl des In- nenringes 18B zum Außenring 18A verändert werden.

Bei geeigneter Wahl der Abmessungen, kann die relative Drehzahl größer, kleiner oder gleich null abgestimmt werden. Bei einer Abstimmung mit nur noch sehr kleinen Rela- tivdrehzahlen, kann das Kugellager auch durch ein Gleitlager ersetzt werden. Im Ext- remfall bei einer Abstimmung auf eine Relativdrehzahl nahe„null“ kann das Lager kom- plett entfallen, so dass das Distanzrad 18 bzw. das Distanzelement 18 nur noch aus einem massiven Teil besteht, welches auf der Eingangswelle 17 der Elektromaschine 3A, 3B befestigt ist und auf der Lauffläche 19 des Zentralzahnrades 5 abrollt.

Figur 10 zeigt eine Kompensation der abweisenden Verzahnungskräfte.

Die Vorspannfeder 15 erzeugt eine Anpresskraft des Distanzrades bzw. des Distan- zelements 18 gegen die Lauffläche 19, so dass der Abstand der Verzahnungen zwi- schen Ritzel 6 und Zentralzahnrad 5 definiert ist.

Unter Drehmomentbelastung der Verzahnung des Ritzels 6 entstehen weitere drehmo- mentproportionale Kräfte an der Verzahnung des Ritzels 6, welche in eine tangentiale Kraft TF und eine abweisende Kraft AF unterteilt werden können.

Ohne Gegenmaßnahmen würden die abweisenden Kräfte AF gegen die Vorspannfeder 15 wirken. Bei nicht ausreichender Kraft der Vorspannfeder 15 hebt das Distanzrad 18 bzw. das Distanzelement 18 von der Lauffläche 19 ab. Gleichzeitig verändert sich der Abstand der Verzahnungen des Ritzels 6 zur Verzahnung des Zentralzahnrades 5, so dass ein sicherer Zahneingriff nicht mehr gewährleistet ist. Um einen sicheren Zahneingriff auch ohne sehr starker Vorspannfeder 15 zu gewährleisten, wird eine drehmomentabhängige zusätzliche Anpresskraft bzw. Kompensation der abweisenden Verzahnungskräfte vorgeschlagen.

In Figur 10 wird das Prinzip dieser Kompensation der abweisenden Verzahnungskräfte stark vereinfacht dargestellt.

Figur 10 zeigt die Verzahnung des Zentralzahnrades 5, das Ritzel 6 auf der Eingangs- welle 17 bzw. den Momenteneingang 16 der Elektromaschine 3, 3A, 3B und die Dreh- achse 9.1 des Drehgelenkes bzw. der Nachführanordnung 9 zur Befestigung der Elekt- romaschine 3A, 3B an dem Gestell 7.

Die abweisende Verzahnungskraft AF bewirkt aufgrund des Abstandes D2 zum Dreh- gelenk 9.1 parallel zur tangentialen Richtung U ein abweisendes Drehmoment M1 . In- dem das Drehgelenk 9.1 senkrecht zur Tangentialen beabstandet ist (Abstandsmaß D1 ), erzeugt die tangentiale Kraft TF ein Drehmoment M2, welches entgegen das ab- weisende Drehmoment M1 wirkt.

Da das abweisende M1 und das anpressende Drehmomente M2 proportional zum über- tragenen Drehmoment sind kann mittels Auslegung der Abstände eine Kompensation erfolgen. Diese wird vorzugsweise so ausgelegt, dass das anpressende Drehmoment M2 leicht stärker ist als das abweisende Drehmoment M1 , so dass ein sicherer Zahn- eingriff gewährleistet ist.

Es sei noch erwähnt, dass mit dem Bezugszeichen 20 die mechanische Verbindung einer Elektromaschine 3 an einem Drehgelenk 9.1 bezeichnet wird.

Das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel weist vorzugsweise die folgenden Eigen- schaften auf:

- vorzugsweise Verwenden einer Vielzahl kleiner Generatoren bzw. Elektroma- schinen aus Serienfertigung (z. B. Automobilbereich - E-Mobility), welche zu- sammen die geforderte Gesamtleistung ergeben.

- vorzugsweise Anbindung der einzelnen Generatoren bzw. Elektromaschinen 3 an die Rotorwelle 2 mittels eines großen Zentralzahnrades 5 auf der Rotorwelle 2 und kleine Ritzel 6 auf der Generatorwelle 17 bzw. auf der Eingangswelle 17, wobei das Modul der Verzahnung an die geringen Momente eines einzelnen Generators 3 angepasst ist. Dies ergibt vorzugsweise ein kleines Verzahnungsmo- dul (z. B. in der Größenordnung 2) im Verhältnis zum Durchmesser des Zentralzahnrades 5. Daraus folgt eine hohe Zähneanzahl (Größenordnung 1000 Zähne und mehr) des Zentralzahnrades 5, welche in Kombination mit dem kleinen Ritzel 6 an der Generatorwelle 17 eine einstufige Übersetzung in der Größenordnung von z. B. 50 bis mehreren 100 ermöglicht. Falls die Übersetzung vom Zentralzahnrad 5 auf das Ritzel 6 des Generators bzw. der Elektromaschine 3 nicht ausreichend ist, kann für eine weitere Drehzahlanpassung, vor den einzelnen Generatoren 3 eine dedizierte Getriebestufe je Generator / Elektromaschine 3 ergänzt werden.

- vorzugsweise Aufhängung des Generators 3 bzw. der Elektromaschine 3 mittels eines Gelenkes bzw. eines Drehgelenks, so dass der Generator bzw. die Elektromaschine radiale Fehler (radiale Bewegungen) mittels einer Bewegung im Gelenk bzw. im Drehgelenk ausgleichen kann.

- vorzugsweise stellt ein Distanzrad bzw. ein Distanzelement 18 sicher, dass der Achsabstand (Abstand der Verzahnungen) konstant bleibt. Dieses kann z. B. als Kugellager ausgeführt sein. Je nach Auslegung erfolgt nur eine geringe Dreharbeit über dieses Lager, so dass auch auf Gleitlager ausgewichen werden kann.

- vorzugsweise erfolgt die Aufhängung des Generators 3 mittels Gelenk so, dass die abweisenden Verzahnungskräfte drehmomentabhängig kompensiert werden können.

- vorzugsweise wird mittels einer Feder bzw. einer Vorspannfeder 15 eine ausreichende Vorspannung erzeugt und eventuell die Gewichtskraft kompensiert, so dass eine Abstützung über das Distanzrad bzw. das Distanzelement 18 gewährleistet ist.

- vorzugsweise werden, zum Ausgleich axialer Positionsfehler zwischen Ritzel 6 und Zahnrad 5, die beispielsweise durch Fertigungsungenauigkeiten oder unterschiedliche Wärmeausdehnungen hervorgerufen werden, besonders breite Ritzel 6 eingesetzt. - vorzugsweise sind die Verzahnungen für die rechte und linke Hälfte der Genera- torkränze eines Zentralzahnrades 1x rechts und 1x links schrägverzahnt, so dass die axialen Kräfte aufgrund der Schrägverzahnung entgegengesetzt wirken. Auf das Zentralzahnrad 5 wirken somit nur minimale axiale Kräfte. Die Motorkränze rechts und links eines Zentralzahnrades 5 stützen sich gegenseitig in axialer Richtung A ab.

- vorzugsweise Phasenversatz zwischen den einzelnen Generatoren bzw. Elekt- romaschinen 3, so dass die Restwelligkeiten des Drehmomentes der einzelnen Generatoren 3 zueinander phasenverschoben auf das Zentralzahnrad 5 wirken. Ggf. sind rotationssymmetrisch einzelne Generatoren bzw. Elektromaschinen 3 auch in Phase zueinander, so dass radiale Kräfte auf die Zentralwelle 2 bzw. Rotorwelle 2 minimiert werden.

- vorzugsweise kann ein Zugang zum Innenbereich der Rotornabe für Zuleitungen und Wartungsarbeiten durch den Innendurchmesser der Hauptwelle 2 bzw. Rotorwelle 2 erfolgen, welche vorzugsweise aus Gewichtsgründen hohl ausgeführt ist.

Mit dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel werden günstigerweise die folgen- den Vorteile erzielt:

- vorzugsweise geringeres Gesamtgewicht (ca. 100 To statt ca. 220 To).

- vorzugsweise modularer Aufbau, so dass eine einfache Skalierung der Leistung möglich ist.

- vorzugsweise hohe Wiederverwendbarkeit der komplexen Bauteile (Generato- ren, Leistungselektronik), Anpassungen an Leistung, etc. erfolgt mittels relativ einfachem Maschinenbau.

- vorzugsweise geringer bzw. dünner magnetischer Luftspalt, geringe Magneti- sche Widerstände im Generator/Elektromaschine => Hohe Leistungsdichte, bei reduziertem Aufwand zur magnetischen Erregung.

- vorzugsweise geringerer Materialeinsatz für Elektromaschine, da nur auf dem Umfang verteilt (innerer Bereich "Hohl") - vorzugsweise verwenden von E-Motoren bzw. Elektromaschinen aus der Serie. Hohe Stückzahlen des einzelnen E-Motors (Skaleneffekte bei der Herstellung). => Geringere Gesamtkosten als für einen großen Generator in Sonderfertigung.

- vorzugsweise ist der Motor für das E-Wheel-Drive ist bereits für flexible Aufhän- gung ausgelegt.

- vorzugsweise Modularität / Fehlertoleranz bei Ausfall einzelner E-Motoren bzw. einzelner Elektromaschinen.

- vorzugsweise Verteilung der Zahnbelastung auf viele kleine Kontakte (Zahnräder müssen nicht so massiv ausgeführt werden wie bei einem zentralen Getriebe).

- vorzugsweise Schwingungen mit nur geringer Amplitude und hoher Frequenz aufgrund der Vielzahl der Quellen (leichter zu isolieren / teilweise gegenseitige Auslöschung).

- vorzugsweise Dank der vielen Generatoren viele Freiheitsgrade um Schwingun- gen aktiv zu dämpfen.

- vorzugsweise mögliche weitere Gewichtsreduzierung in der Gondel, indem die Hauptwelle bzw. die Rotorwelle 2 aus Verbund-Werkstoff hergestellt wird.

- vorzugsweise mehr Freiheitsgrade zur Lagerung der Hauptnabe der Windkraft- anlage. Die lange Hauptwelle 2 ermöglicht z. B. die Lagerung auf zwei relativ weit auseinanderliegender Lager aufzuteilen. Z.B. vorne in der Nähe der Nabe ein Lager spezialisiert auf hohe radiale Kräfte. Am anderen Ende günstigerweise ein Lager für axiale Kräfte und nur geringere radiale Kräfte.

Obgleich die vorliegende Erfindung vorhergehend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben worden ist, versteht es sich, dass verschiedene Ausgestaltungen und Än- derungen durchgeführt werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen, wie er in den beiliegenden Ansprüchen definiert ist.

Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung wird ausdrücklich auf die Offenbarung der Zeichnung verweisen. Bezugszeichenliste Abtrieb einer Windkraftanlage

Rotorwelle

Elektromaschine

.1 Gehäuse

A Elektromaschine links

B Elektromaschine rechts

Drehkörper

.1 Rotor

.2 Welle

Zahnrad

A Verzahnung links

B Verzahnung rechts

Ritzel

Gestell

elektrisch, pneumatisch, hydraulisch und/oder mechanisch wirkendes Mittel Nachführanordnung

.1 Drehgelenk

0 Flansch

1 Versteifungsring

2A Verstrebung

2B Verstrebung

2C Verstrebung

2D Verstrebung

3A Radiallageranordnung

3B Schrägkugellageranordnung

4 Versteifungskranz

5 Vorspannfeder

6 Momenteneingang

7 Eingangswelle

8 Distanzelement 18A Außenring

18B Innenring

19 Lauffläche für Distanzelement

20 Verbindung elektrische Maschine an Drehgelenk

AF abweisende Verzahnungskraft

TF tangentiale Kraft aufgrund des übertragenen Drehmoments

M1 abweisendes Drehmoment

M2 anpressendes Drehmoment

D1 Abstand Drehachse des Drehgelenks zur tangentialen Kraft

D2 Abstand Drehachse des Drehgelenks zum Angriffspunkt der Verzahnung parallel zur tangentialen Kraft

D Drehachse

U Umfangsrichtung

A axiale Richtung

R radiale Richtung

S Doppelpfeil