Planetengetriebe, Antriebsstrang, Windkraftanlage und Indust rie-Applikation

Die Erfindung betrifft Planetengetriebe mit einer Mehrzahl an Getriebestufen und einen Antriebsstrang für eine Windkraftan lage, der mit einem entsprechenden Planetengetriebe ausge stattet ist. Die Erfindung betrifft auch eine Windkraftanla ge, die über einen entsprechenden Antriebsstrang verfügt. Ferner betrifft die Erfindung eine Industrie-Applikation, die mit einem erfindungsgemäßen Planetengetriebe ausgestattet ist .

Aus der bisher nicht veröffentlichten Europäischen Patentan meldung mit dem Aktenzeichen EP 17152660.1 ist ein Planeten getriebe für eine Windkraftanlage bekannt, das eine erste und eine zweite Getriebestufe aufweist, wobei die zweite Getrie bestufe mit einer Stirnradstufe verbunden ist.

Die Offenlegungsschrift DE 10 2011 106 534 Al offenbart ein Getriebe für eine Windkraftanlage, das zwei Planetenstufen umfasst, die mit einem Summiergetriebe verbunden sind. Das Summiergetriebe ist über eine Stirnradstufe mit einem Genera tor verbunden.

Ferner ist aus dem Dokument WO 2016/016645 A2 ein Getriebe bekannt, das zum Antreiben einer Schneckenzentrifuge ausge bildet ist. Das Getriebe weist zwei Eingangswellen auf, die mit unterschiedlichen Planetenstufen verbunden sind. In einer ersten Planetenstufe ist ein Stufenplanet aufgenommen. Eine der Eingangswellen ist zum Bereitstellen einer Grundantriebs leistung ausgebildet und die andere Eingangswelle zum Bereit stellen einer Regelantriebsleistung.

WO 2009/016508 A2 offenbart ein Getriebe zum Verwendung in einer Windkraftanlage, das zwei hintereinandergeschaltete Planetenstufen aufweist. Die hintereinandergeschalteten Pla- netenstufen sind über eine Stirnradstufe mit einer weiteren Planetenstufe gekoppelt. Eine Sonnenwelle der weiteren Plane tenstufe ist über eine Kupplung mit einem Hilfsmotor bzw. Hilfsgenerator verbindbar. Durch den Hilfsmotor bzw. Hilfsge nerator ist eine Ausgangsdrehzahl, mit der ein Hauptgenerator angetrieben wird, einstellbar.

In der Getriebetechnik besteht Bedarf an Getrieben, die dazu geeignet sind, höhere Wellenleistungen von einer Eingangswel le zu einer Ausgangswelle zu transportieren und dabei die Drehzahl und korrespondieren das vorliegende Drehmoment in einem angestrebten Ausmaß zu verändern. Insbesondere werden höhere Gesamtübersetzungsverhältnisse für höhere Antriebs leistungen angestrebt. Gleichzeitig bestehen Anforderungen an eine einfache und wirtschaftliche Herstellung entsprechender Getriebe. Ebenso wird eine kompakte Bauform solcher Getriebe gewünscht. Diese Zielsetzungen bestehen in besonderem Umfang im Bereich der Windkraftanlagentechnik und bei Getrieben für industrielle Anlagen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrun de, ein Getriebe bereitzustellen, das in zumindest einem die ser Aspekte eine Verbesserung bietet.

Die Aufgabenstellung wird durch das erfindungsgemäße Plane tengetriebe gelöst. Das Planetengetriebe umfasst zumindest drei hintereinandergeschaltete Getriebestufen, die miteinan der in Eingriff stehen. Durch die Hintereinanderschaltung wird eine zugeführte Antriebsleistung vollständig, also un verzweigt, durch jede Getriebestufe geführt. Die erste und zweite Getriebestufe sind dabei als Planetenstufen ausgebil det, wobei jede der Planetenstufen als Getriebekomponenten ein Hohlrad, einen Planetenträger mit darin drehbar aufgenom menen Planetenrädern, und ein Sonnenrad umfasst. Die zweite Getriebestufe ist unmittelbar zwischen der ersten und dritten Getriebestufe angeordnet. Erfindungsgemäß ist die zweite Ge triebestufe mit der dritten Getriebestufe gekoppelt, die als Planetenstufe mit einer stationären Getriebekomponente ausge bildet ist. Alternativ kann die dritte Getriebestufe auch als Stirnrad stufe ausgebildet sein. Eine solche als Stirnradstufe ausge bildete dritte Getriebestufe ist wiederum mit einer vierten Getriebestufe gekoppelt, die ebenfalls als Stirnradstufe aus gebildet ist. Folglich weist die skizzierte Alternative des Planetengetriebes eine Hintereinanderschaltung von zwei Pla netenstufen und zwei Stirnradstufen auf. Der Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass mittels einer Hintereinanderschaltung von zumindest drei Planetenstufen o- der von zwei Planetenstufen und zwei Stirnradstufen ein er höhtes Gesamtübersetzungsverhältnis und einer erhöhte Drehmo mentdichte erzielbar ist. Gleichzeitig sind entsprechende Planetengetriebe auch bei einer Auslegung für erhöhte An triebsleistungen überraschend kompakt. Das erhöhte Gesamt übersetzungsverhältnis wiederum erlaubt bei Windkraftanlagen den Einsatz von Generatoren mit einer reduzierten Anzahl an Polpaaren. Je niedriger die sogenannte Polpaarzahl ist, umso einfacher und wirtschaftlicher ist der Generator herstellbar. Insbesondere sind, je nach Ausführungsform der Erfindung bei gleichbleibend dimensionierten Windkraftanlagen, Generatoren mit lediglich vier Polpaaren einsetzbar, vorzugsweise sogar Generatoren mit lediglich zwei Polpaaren. Das erfindungsgemä ße Planetengetriebe erlaubt es, bei gleichbleibender Dimensi onierung der Windkraftanlage, für diese einfachere Generato ren einzusetzen. Gleichermaßen bietet das erfindungsgemäße Getriebe eine vorteilhafte Möglichkeit, bestehende Windkraft anlagen im Zuge einer Nachrüstung wirtschaftlicher zu machen.

Weiter erfindungsgemäß ist jeweils ein Hohlrad der ersten und zweiten Getriebestufe als stationäre Getriebekomponente aus gebildet, also das entsprechende Hohlrad sich im Betrieb nicht um die Hauptdrehachse des Planetengetriebes dreht.

Hohlräder stellen typischerweise die schwersten Getriebekom ponenten dar, so dass durch ein stationäres Hohlrad die ro tierenden Massen reduziert werden, was wiederum die Laufruhe des Planetengetriebes erhöht. Bei derartigen Planetenstufen werden Antriebsleistung und Abtriebsleistung nur über den zu gehörigen Planetenträger bzw. das Sonnenrad zu- und abge- führt. Dementsprechend sind derartige Planetenstufen in ein facher Weise mit benachbarten Getriebestufen koppelbar. Ins gesamt ist so eine einfache, zuverlässige und geräuscharme Kombination mehrerer Planetenstufen oder einer Planetenstufe mit einer Stirnradstufe erzielbar.

In einer Ausführungsform des beanspruchten Planetengetriebes, in der die dritte Getriebestufe als Planetenstufe ausgebildet ist, ist diese zu einer direkten Kopplung mit einem Generator ausgebildet. Dabei weist der Generator vorzugsweise drei oder vier Polpaare auf. Unter einer direkten Kopplung ist eine drehmomentübertragende Verbindung zu verstehen, bei der die vorliegende Drehzahl und das vorliegende Drehmoment gleich bleiben, also keine Getriebewirkung mehr vorliegt. Bei der so erzielten Hintereinanderschaltung von drei Planetenstufen sind die Eingangswelle und eine Ausgangswelle des Planetenge triebes im Wesentlichen koaxial ausgebildet, das in eine Ra dialrichtung eine Platzersparnis bietet. Ferner weist ein entsprechendes Planetengetriebe ein Gesamtübersetzungsver hältnis von 20 bis 200, vorzugsweise von 40 bis 120. Derarti ge Drehzahlen erlauben es, basierend auf den übliche Rotor drehzahlen einer Windkraftanlage, einen Generator mit zwei bis vier Polpaaren einzusetzen.

Alternativ kann die dritte Getriebestufe auch mit einer vier ten Getriebestufe verbunden sein, die als Stirnradstufe aus gebildet ist. Ein entsprechendes Planetengetriebe weist drei hintereinandergeschaltete Planetenstufen und eine dahinter geschaltete Stirnradstufe auf. Bei einem solchen Planetenge triebe wird das Gesamtübersetzungsverhältnis durch die Kombi nation von vier Getriebestufen erzielt, die jeweils eine re duzierte Standübersetzung aufweisen. Durch die reduzierten Standübersetzungen der Getriebestufen werden diese bei gleichbleibender zu transportierender Antriebsleistung mecha nisch geringer beansprucht. Dies erlaubt es wiederum, die einzelnen Getriebestufen, insbesondere die erste und/oder zweite Getriebestufe, in Radialrichtung platzsparend auszu bilden und dadurch ein kompaktes Planetengetriebe bereitzu- stellen. Ferner ist bei gleichbleibenden Abmessungen ein er höhtes Gesamtübersetzungsverhältnis erreichbar. Im Einzelnen weist ein entsprechendes Planetengetriebe ein Gesamtüberset zungsverhältnis von 50 bis 350 auf, bevorzugt von 100 bis 220 auf. Je höher das Gesamtübersetzungsverhältnis des bean spruchten Planetengetriebes ist, umso geringer ist die erfor derliche Polpaaranzahl des anzutreibenden Generators. Vor zugsweise ist das beanspruchte Planetengetriebe an der vier ten Getriebestufe zu einer direkten Kopplung mit einem Gene rator mit zwei oder drei Polpaaren ausgebildet.

Gemäß einer der skizzierten Alternativen kann im beanspruch ten Planetengetriebe eine vierte Getriebestufe vorgesehen sein, die als Stirnradstufe ausgebildet ist. Die vierte Ge triebestufe ist dabei mit der dritten Getriebestufe verbun den, die auch als Stirnradstufe ausgebildet ist. Bei dieser Alternative weist das beanspruchte Planetengetriebe eine Hin tereinanderschaltung von zwei Planetenstufen und zwei Stirn radstufen auf. Des Weiteren kann die vierte Getriebestufe zu einer direkten Kopplung mit einem Generator ausgebildet sein, der zwei, drei, vier acht oder 16 Polpaare aufweist. Das Pla netengetriebe bietet ein erhöhtes Gesamtübersetzungsverhält nis, durch das eine Verwendung eines Generator mit einer ent sprechend niedrigen Anzahl an Polpaaren ermöglicht wird.

Dadurch wird die Verwendung eines einfacheren und kosteneffi zienteren Generators ermöglicht. Das Planetengetriebe bietet ferner eine Platzersparnis in axialer Richtung, also entlang einer Hauptdrehachse des Planetengetriebes. Darüber hinaus sind Stirnradstufen in einfacher und kosteneffizienter Weise herstellbar. Insgesamt wird die Wirtschaftlichkeit eines An triebsstrangs einer Windkraftanlage, der mit einem entspre chenden Planetengetriebe ausgestattet ist, erhöht.

Im beanspruchten Planetengetriebe kann die erste Getriebestu fe fünf bis zwölf, vorzugsweise sieben bis zehn Planetenräder aufweisen. Je höher die Anzahl an Planetenrädern in einer Planetenstufe ist, umso geringer ist die mit der Planetenstu fe erzielbare Standübersetzung. Gleichzeitig werden die me- chanischen Beanspruchungen, die sich aus der eingeleiteten Antriebsleistung ergeben, auf eine erhöhte Anzahl an Plane tenrädern und Kontaktstellen im Hohlrad verteilt. Eine derar tige gleichmäßigere Verteilung bietet eine lokale Reduzierung der mechanischen Beanspruchungen, was wiederum mit einer er höhten Drehmomentdichte, einer erhöhten Lebensdauer und er höhten Zuverlässigkeit der Planetenstufe einhergeht. Die Ver wendung von drei oder vier Getriebestufen erlaubt es somit, bei reduzierten Standübersetzungen in der ersten und/oder zweiten Getriebestufe ein insgesamt erhöhtes Gesamtüberset zungsverhältnis zu erzielen und gleichzeitig die Zuverlässig keit der Planetenstufen, also der ersten und/oder zweiten Ge triebestufe, zu erhöhen. Insbesondere bei Ausführungsformen, die aus drei hintereinandergeschalteten Planetenstufen beste hen, ist eine erste Getriebestufe mit mindestens 7, besonders bevorzugt mit sieben bis zehn Planetenrädern vorteilhaft. Ei ne derartige erste Getriebestufe ist vorzugsweise mit einer zweiten Getriebestufe gekoppelt, die fünf bis zwölf, vorzugs weise sieben bis zehn Planetenräder aufweist. Weiter bevor zugt können die Planetenräder derart ausgestaltet sein, dass die im Wesentlichen die gleichen Abmessungen aufweisen, be sonders bevorzugt gegenseitig austauschbar ausgebildet sind. Dies erlaubt es, die Planetenräder für die erste und zweite Getriebestufe aus den gleichen Rohteilen zu fertigen, was die Herstellung des Planetengetriebes vereinfacht. Bei Verwendung von Planetenrädern in der ersten und zweiten Getriebestufe, die gegeneinander austauschbar sind, ist eine Gleichteilever wendung möglich, was wiederum eine noch größere Vereinfachung in der Herstellung erlaubt. Dem liegt unter anderem die über raschende Erkenntnis zugrunde, bei der Wahl der entsprechen den Anzahlen an Planetenrädern in den einzelnen Getriebestu fen sowohl die Drehmomentdichte erhöht wird und gleichzeitig die Fertigung erheblich einfacher und wirtschaftlicher wird. Die dritte Getriebestufe weist bei einer solchen Ausführungs form mindestens drei, vorzugsweise mindestens vier oder fünf Planetenräder auf. Bei entsprechenden Anzahlen an Planetenrä dern in den einzelnen Getriebestufen werden die technischen Vorteile des beanspruchten Planetengetriebes in besonderem Umfang erzielt. Insbesondere erlaubt ein entsprechendes Pla netengetriebe es, zweistufige Planetengetriebe in technisch zumindest gleichwertiger Weise kosteneffizient zu ersetzen. Ferner kann durch eine geeignete Wahl an Anzahlen von Plane tenrädern das beanspruchte Planetengetriebe auf eine Vielzahl an Gesamtübersetzungsverhältnissen eingestellt werden, was ein breites mögliches Einsatzspektrum bietet.

In einer weiteren Ausführungsform des beanspruchten Planeten getriebes ist eine Eingangswelle zu einem Einleiten eines Drehmoments von mindestens 1500 kNm ausgebildet. Dies ent spricht circa einer Windkraftanlage mit 1,5 MW Nennleistung. Bevorzugt ist die Eingangswelle zu einem Einleiten eines Drehmoments von 1500 kNm bis 20000 kNm ausgebildet. Bei Ver wendung in einer Onshore-Windkraftanlage ist die Eingangswel le vorzugsweise zum Einleiten eines Drehmoments von 1500 kNm bis 10000 kNm ausgebildet. Bei Verwendung in einer Offshore- Windkraftanlage ist die Eingangswelle vorzugsweise zum Ein leiten eines Drehmoments von 5000 kNm bis 20000 kNm ausgebil det. Diese Wertebereiche korrespondieren im Wesentlichen mit den Nennleistungsbereichen entsprechender Windkraftanlagen. Darüber hinaus ist das beanspruchte Planetengetriebe auch da zu geeignet, mit einer Eingangswelle ausgestattet zu sein, die dazu ausgelegt ist, auch Drehmomente über 20000 kNm ins Planetengetriebe einzuleiten. Infolgedessen ist das bean spruchte Planetengetriebe skalierbar und auch für künftige Windkraftanlagen geeignet, die noch höhere Nennleistungen bieten werden. Dem beanspruchten Planetengetriebe liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass bereits ab Antriebs leistungen mit einem Drehmoment von ca. 1500 kNm zumindest eine zusätzliche Getriebestufe neben einem erhöhten Gesamt übersetzungsverhältnis auch eine verringerte oder zumindest gleichbleibende Größe, insbesondere in puncto Außendurchmes ser, bietet und gleichzeitig in einfacher und wirtschaftli cher Weise herstellbar ist.

In einer weiteren Ausführungsform des beanspruchten Planeten getriebes kann die erste Getriebestufe eine Standübersetzung von 2,5 bis 4,4 aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann die zweite Getriebestufe eine Standübersetzung von 2,5 bis 6 aufweisen. Vorzugsweise sind die Standübersetzungen der ers ten und zweiten Getriebestufe im Wesentlichen gleich groß, so dass die Standübersetzungen der ersten und zweiten Getriebe stufe entsprechend minimiert sind. Dadurch werden der größte Außendurchmesser, die Getriebelänge des Planetengetriebes und dessen Gewicht, die für einen Transport des Planetengetriebes maßgeblich sind, reduziert. Das beanspruchte Planetengetriebe ist infolgedessen einfach zu transportieren, was wiederum ei ne vereinfachte Montage mit erhöhter Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung einer Windkraftanlage erlaubt. Des Weiteren wird die Turmkopfmasse einer Windkraftanlage mit einem ent sprechenden Planetengetriebe reduziert, wodurch weitere kon struktive Einsparungen an der Windkraftanlage erzielt werden können, beispielsweise durch eine leichtere Turmkonstruktion.

Ferner kann im beschriebenen Planetengetriebe der Planeten träger der zweiten Getriebestufe drehstarr mit einem Sonnen rad der ersten Getriebestufe verbunden sein. Eine derartige drehstarre Verbindung kann in einfacher Weise über eine Kurz verzahnung an einer Nabe des Planetenträgers der zweiten Ge triebestufe und am Sonnenrad der ersten Getriebestufe herge stellt werden. Dies erlaubt eine vorteilhafte Hintereinander schaltung der ersten und zweiten Getriebestufe. Eine derarti ge drehstarre Verbindung zwischen der ersten und zweiten Ge triebestufe ist in einfacher Weise herstellbar und ist auch schnell montierbar. Diese Verbindung kann alternativ oder er gänzend auch starr ausgeführt werden, beispielsweise durch StoffSchluss oder Formschluss.

Im beanspruchten Planetengetriebe kann ferner der Planeten träger der ersten und/oder der dritten Getriebestufe jeweils drehbar in einem Lager aufgenommen sein, das an einer Wandung des Gehäuses angebracht ist. Infolgedessen sind die Getriebe stufen, die als Planetenstufen ausgebildet sind, nur einsei tig am Gehäuse gelagert. Die weiteren Getriebekomponenten stellen sich in ihrer Lage durch die im Betrieb vorliegende Antriebsleistung ein, die durch die Getriebekomponenten ge leitet wird. Hierdurch wird im Betrieb eine sich selbst ein stellende Zentrierung erzielt. Insbesondere wird durch die Reduzierung der eingesetzten Lager die Anzahl an mechanischen Zwangsbedingungen reduziert. Für die Planetenträger der zwei ten und dritten Getriebestufe beispielsweise sind jeweils Ra diallager entbehrlich. Stattdessen können die Planetenträger der zweiten und dritten Getriebestufe nur mit Führungslagern, vorzugsweise für reduzierte Drehmomentbereiche, ausgestattet sein. Die Verwendung von Axiallagern ist für die Planetenträ ger der zweiten und dritten Getriebestufe nur dann erforder lich, wenn eine Schrägverzahnung eingesetzt wird. Die verwen deten Lager, die an der Wandung des Gehäuses angebracht sind, können dabei als Wälzlager oder Gleitlager ausgebildet sein. Bei der Verwendung von Gleitlagern wird der Aufwand zur Be reitstellung von Schmierstoff, beispielsweise durch Schmier stoffkanäle, verringert, was wiederum die Herstellung des Planetengetriebes vereinfacht. Des Weiteren wird der Aufwand zur Einstellung der Lager, sowohl bei Wälzlagern als auch bei Gleitlagern, erheblich reduziert. Ferner wird der Bedarf an präzise gefertigten Lageraufnahmen verringert, was die Ferti gung des Planetengetriebes weiter vereinfacht und kosteneffi zienter gestaltet.

In einer weiteren Ausführungsform des beanspruchten Planeten getriebes ist zumindest eine der Getriebestufen dazu ausge bildet, in das Planetengetriebe eine Regelleistung einzukop peln. Die Regelleistung dient dazu, eine schwankende An triebsleistung auszugleichen und einen möglichst konstanten Betrieb eines angeschlossenen Generators oder einer mechani schen Anwendung zu gewährleisten. Die Regelleistung ist durch eine Regelvorrichtung kann als elektrische Maschine, insbe sondere als Motor-Generator, ausgebildet sein. Eine elektri sche Maschine erlaubt ein schnelles Umschalten von einem Mo torbetrieb auf einen Generatorbetrieb, so dass zusätzlich ein antreibendes oder bremsendes Drehmoment bereitstellbar ist. Dazu kann bei der Getriebestufe, die mit der Regelvorrichtung verbunden ist, jedes der Getriebekomponenten drehbar ausge- bildet sein. Beispielsweise kann ein Hohlrad der entsprechen den Getriebestufe mit der Regelvorrichtung drehmomentübertra gend verbunden sein. Ferner kann die Getriebestufe, die mit der Regelvorrichtung verbunden ist, eine Planetenstufe sein. Vorzugsweise ist die dritte Getriebestufe als Planetenstufe ausgebildet und mit der Regelvorrichtung gekoppelt. In der dritten Getriebestufe liegen Drehzahlen vor, die in vorteil haft einfacher Weise eine genaue Regelung der Abtriebsleis tung erlaubt, die an den Generator oder die mechanische An wendung weitertransportiert wird. Unter der Regelung mittels der Regelvorrichtung ist hierbei sowohl eine Beeinflussung mit einer geschlossenen Regelschleife und/oder einer offenen Regelschleife, also eine Steuerung, zu verstehen.

Die beschriebene Aufgabenstellung wird auch durch einen er findungsgemäßen Antriebsstrang gelöst. Der Antriebsstrang ist zur Verwendung in einer Windkraftanlage ausgelegt und umfasst eine Rotorwelle, die mit einem Rotor der Windkraftanlage ver bindbar ist. Der Antriebsstrang umfasst auch ein Getriebe, das drehmomentübertragend mit der Rotorwelle verbunden ist. Ferner weist der Antriebsstrang einen Generator auf, der auch drehmomentübertragend mit dem Getriebe verbunden ist. Erfin dungsgemäß ist das Getriebe als ein Planetengetriebe ausge bildet nach einer der oben beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet. Ein entsprechender Antriebsstrang weist gegen über den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen bei gleichbleibenden Abmessungen eine erhöhte Leistungsfähigkeit auf, ist also dazu ausgebildet, höhere Antriebsleistungen vom Rotor der Windkraftanlage zum Generator zu transportieren. Alternativ weist ein erfindungsgemäßer Antriebsstrang bei gleichbleibender Antriebsleistung reduzierte Abmessungen ge genüber den bekannten Lösungen, insbesondere einen reduzier ten Außendurchmesser am Getriebe auf. Ferner weist der Gene rator des Antriebsstrangs zwei bis vier Polpaare auf. Ein derartiger Generator ist einfach und kosteneffizient her stellbar. Insgesamt wird so die Wirtschaftlichkeit des An triebsstrangs gesteigert. Gleichermaßen wird die skizzierte Aufgabenstellung durch eine erfindungsgemäße Windkraftanlage gelöst. Die Windkraftanlage weist einen Rotor auf, der an einer Gondel angebracht ist.

Der Rotor ist drehmomentübertragend mit der Rotorwelle ver bunden, die wiederum einem Antriebsstrang der Windkraftanlage zugeordnet ist. Eine Drehung des Rotors wird so über die Ro torwelle in den Antriebsstrang übertragen. Die beanspruchte Windkraftanlage ist mit einem Antriebsstrang gemäß den oben beschriebenen Aspekten der Erfindung ausgebildet, verfügt al so über ein Getriebe, das als Planetengetriebe nach einer der skizzierten Ausführungsformen ausgebildet ist. Durch die technischen Vorzüge des beschriebenen Antriebsstrangs ist die erfindungsgemäße Windkraftanlage leistungsfähiger, kompakter und kosteneffizienter als bekannte Windkraftanlagen.

Die zugrundeliegende Aufgabenstellung wird auch durch eine erfindungsgemäße Industrie-Applikation gelöst, die ein An triebsmittel aufweist, das mit einem Getriebe drehmomentüber tragend verbunden ist. Das Antriebsmittel kann dabei bei spielsweise als Elektromotor, als Verbrennungsmotor, oder als Hydraulikmotor ausgebildet sein. Das Getriebe ist dazu ausge bildet, eine vom Antriebsmittel bereitgestellte Antriebsleis tung unter Wandlung von Drehzahl und Drehmoment als Abtriebs leistung an eine mechanische Anwendung weiter zu transportie ren. Dazu ist eine drehmomentübertragende Verbindung zwischen dem Getriebe und der mechanischen Anwendung hergestellt. Die mechanische Anwendung kann dabei als Mühle, Vertikalmühle, Zuckermühle, Zementmühle, Gesteinsbrecher, Förderband, Pumpe, Rollenpresse, Plattenband, Rohrmühle, Drehrohrofen, Drehwerk, Rührwerk, Hubvorrichtung Müllpresse oder Schrottpresse ausge bildet sein. Erfindungsgemäß ist das Getriebe in der Indust rie-Applikation als ein Planetengetriebe nach einer der skiz zierten Ausführungsformen ausgebildet. Dabei kann das Plane tengetriebe auch derart mit dem Antriebsmittel und der mecha nischen Anwendung verbunden sein, dass vom Antriebsmittel zur mechanischen Anwendung hin eine Reduzierung der vorliegenden Drehzahl erzielt wird. Bei der erfindungsgemäßen Industrie- Applikation wird die vorliegende Drehmomentdichte erhöht, was beispielsweise eine kompakte Bauform erlaubt. Die technischen Vorzüge des beanspruchten Planetengetriebes werden in korres pondierender Weise auf eine Industrie-Applikation übertragen. Dabei entspricht die mechanische Anwendung technisch im We sentlichen dem Generator, wenn das Planetengetriebe statt in einer Windkraftanlage in einer Industrie-Applikation einge setzt wird. Der Rotor der Windkraftanlage korrespondiert hierbei mit dem Antriebsmittel.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand einzelner Ausführungs formen beschrieben. Die Merkmale der einzelnen Ausführungs formen sind dabei untereinander kombinierbar. Die Figuren sind insoweit in gegenseitiger Ergänzung zu lesen, dass glei che Bezugszeichen in den Figuren auch die gleiche technische Bedeutung haben. Es zeigen im Einzelnen:

FIG 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausfüh rungsform des beanspruchten Planetengetriebes;

FIG 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausfüh rungsform des beanspruchten Planetengetriebes;

FIG 3 eine schematische Darstellung einer ersten Ausfüh rungsform einer Getriebestufe eines beanspruchten Planetengetriebes im Querschnitt;

FIG 4 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausfüh rungsform einer Getriebestufe eines beanspruchten Planetengetriebes im Querschnitt;

FIG 5 eine geschnittene Schrägansicht einer Ausführungs form der beanspruchten Windkraftanlage mit dem be anspruchten Antriebsstrang;

FIG 6 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des beanspruchten Antriebsstrangs; FIG 7 eine schematische Darstellung einer beanspruchten

Industrie-Applikation .

FIG 1 zeigt schematisch den Aufbau einer ersten Ausführungs form des beanspruchten Planetengetriebes 10, das unter ande rem zur Verwendung in einer nicht näher dargestellten Wind kraftanlage 70 ausgebildet ist. Das Planetengetriebe 10 weist eine erste, eine zweite und eine dritte Getriebestufe 20, 30, 40 auf, die als Planetenstufen 19 ausgebildet sind. Die Ge triebestufen 20, 30, 40, die als Planetenstufen 19 ausgebil det sind, weisen jeweils eine Mehrzahl an Getriebekomponenten 11 auf. Zu den Getriebekomponenten 11 gehören unter anderem je Planetenstufe 19 ein Hohlrad 12, ein Planetenträger 14, an dem eine Mehrzahl an Planetenrädern 16 drehbar angebracht ist, und ein Sonnenrad 18. Das Planetengetriebe 10 weist eine Eingangswelle 22 auf, die bei einer Verwendung des Planeten getriebes 10 in einer Windkraftanlage 70 mit einer nicht nä her dargestellten Rotorwelle 62 verbindbar ist oder einstü ckig mit der Rotorwelle 62 ausgebildet ist. Über die Ein gangswelle 22 ist eine Antriebsleistung 25 ins Planetenge triebe 10 einleitbar. Die Eingangswelle 22 ist mit einer Kurzverzahnung 28 versehen, die in eine korrespondierende Kurzverzahnung 28 an einer sogenannten langen Nabe 24 des Planetenträgers 14 der ersten Getriebestufe 20 eingreift. Im Bereich der Kurzverzahnung 28 ist der Planetenträger 14 der ersten Getriebestufe 20 drehbar in einem Lager 27 aufgenom men, das an einer Wandung 31 eines Gehäuses 17 befestigt ist. Das Lager 27 ist dabei als zweireihiges Wälzlager ausgebil det. Über die Kurzverzahnung 28 und den Planetenträger 14 der ersten Getriebestufe 20 wird die Antriebsleistung 25 in das Planetengetriebe 10 eingeleitet. Das Hohlrad 12 der ersten Getriebestufe 20 ist drehstarr mit dem Gehäuse 17 verbunden, so dass das Hohlrad 12 im Betrieb keine Drehung um eine

Hauptdrehachse 15 des Planetengetriebes 10 vollführt. In das Hohlrad 12 der ersten Getriebestufe 20 greifen Planetenräder 16 ein, die jeweils auf einer Planetenradachse 26 drehbar aufgenommen sind. Die erste Getriebestufe 20 weist eine

Standübersetzung 33 von im Wesentlichen 2,5 bis 4,4 auf. Die Planetenräder 16 der ersten Getriebestufe 20 stehen wie derum im Eingriff mit einem Sonnenrad 18, das mit einer Kurz verzahnung 28 versehen ist. Darüber ist das Sonnenrad 16 der ersten Getriebestufe 20 mit der langen Nabe 24 des Planeten trägers 14 der zweiten Getriebestufe 20 verbunden. Die zweite Getriebestufe ist im Wesentlich so aufgebaut wie die erste Planetenstufe. Die erste Getriebestufe 20 weist mindestens fünf, vorzugsweise sechs oder sieben Planetenräder 16 auf, durch die die Standübersetzung 33 der ersten Getriebestufe 20 beeinflusst wird. Die zweite Getriebestufe 30 weist mindes tens vier, vorzugsweise sechs oder sieben Planetenräder 16 auf. Wie bei der ersten Getriebestufe 20, wird durch die An zahl der Planetenräder 16 mit definiert, welche Standüberset zung 33 die zweite Getriebestufe 30 aufweist. Die zweite Ge triebestufe 30 weist eine Standübersetzung 33 von im Wesent lichen 2,5 bis 6,0 auf. In gleicher Weise wie die erste und die zweite Planetenstufe 20, 30 ist die dritte Getriebestufe 40 hinter die zweite Getriebestufe 30 geschaltet. Die An triebsleistung 25, die über die Eingangswelle 22 in das Pla netengetriebe 10 eingeleitet wird, wird im Betrieb somit von der ersten Getriebestufe 20 an die zweite Getriebestufe 30 und von dort an die dritte Getriebestufe 40 weitertranspor tiert. Die dritte Getriebestufe 40 ist auch als Planetenstufe 19 ausgebildet und weist einen Planetenträger 14 auf, der drehbar in einem Lager 27 aufgenommen ist. Das Lager 27 ist als zweireihiges Wälzlager ausgebildet und ist an einer Wan dung 31 des Gehäuses 17 befestigt. Ferner weist die dritte Getriebestufe 50 mindestens drei Planetenräder 16, vorzugs weise vier oder fünf Planetenräder 16 auf. Die drei Getriebe stufen 20, 30, 40 sind aufseiten der Eingangswelle 22 und ei ner Ausgangswelle 23 in lediglich zwei Lagern am Gehäuse 17 gelagert. Dadurch sind die mechanischen Zwangsbedingungen, die auf die Getriebekomponenten 11 im Betrieb einwirken, re duziert. Zwischen den Getriebekomponenten 11 wird im Betrieb vorrangig durch die eingeleitete Antriebsleistung 25, und die daraus resultierenden Kräfte, ein Gleichgewichtszustand her vorgerufen. Dadurch wird die Geräuschentwicklung im Betrieb reduziert . Das Sonnenrad 18 der dritten Getriebestufe 40 ist ferner mit einer vierten Getriebestufe 50 verbunden, die als Stirnrad stufe 21 ausgebildet ist. Die Stirnradstufe 21 umfasst ein Stirnrad 51 und ein korrespondierendes Ritzel 52 und weist eine Standübersetzung 33 auf. Die Stirnradstufe 21 weist fer ner eine Ausgangswelle 23 auf, an der eine Abtriebsleistung 29 aus dem Planetengetriebe 10 ausleitbar ist. Die Abtriebs leistung 29 entspricht, unter Berücksichtigung von mechani schen Verlusten, im Wesentlichen der Antriebsleistung 25. Die Drehzahl der Abtriebsleistung 29 ist gegenüber der Drehzahl der Antriebsleistung 25 korrespondierend zu einem Gesamtüber setzungsverhältnis 35 gesteigert, das wiederum durch die Standübersetzungen 33 der vier Getriebestufen 20, 30, 40, 50 bestimmt ist. Das erzielte Gesamtübersetzungsverhältnis 35 des Planetengetriebes 10 ist derart ausgebildet, dass die Ausgangswelle 23 direkt mit einem nicht näher dargestellten Generator 64 koppelbar ist, der lediglich zwei oder drei Pol paare 67 aufweist, die in FIG 1 nicht näher dargestellt sind. Durch die entsprechende Anzahl an Planetenrädern 16 in den Planetenstufen 19 der ersten, zweiten und dritten Getriebe stufe 20, 30, 40 weisen die erste, zweite und dritte Getrie bestufe 20, 30, 40 einen im Wesentlichen gleichen Außendurch messer 42 auf. Dadurch wird der für einen Transport des Pla netengetriebes 10 maßgebliche größte Außendurchmesser 43, mi nimiert. Die Abmessungen von Drehmomentstützen 37, die am Ge häuse 17 befestigt sind, bleiben bei dieser Betrachtung unbe rücksichtigt .

In FIG 2 ist schematisch der Aufbau einer zweiten Ausfüh rungsform des beanspruchten Planetengetriebes 10 dargestellt, das zur Verwendung in einer nicht näher abgebildeten Wind kraftanlage 70 ausgelegt ist. Das Planetengetriebe 10 weist eine erste und eine zweite Getriebestufe 20, 30 auf, die je weils als Planetenstufen 19 ausgebildet sind. Jede der Plane tenstufen 19 weist eine Mehrzahl an Getriebekomponenten 11 auf, zu denen unter anderem jeweils ein Hohlrad 12, ein Pla netenträger 14 und ein Sonnenrad 18 gehören. Im Planetenträ ger 14 ist in jeder der beiden Planetenstufen 19 eine Mehr- zahl an Planetenrädern 16 jeweils auf einer Planetenradachse 26 drehbar aufgenommen, die mit dem zugehörigen Hohlrad 12 und dem zugehörigen Sonnenrad 18 in Eingriff stehen. Ferner weist das Planetengetriebe 10 eine Eingangswelle 22 auf, die mit einer nicht näher dargestellten Rotorwelle 62 verbindbar ist oder mit dieser einstückig ausgebildet ist. Die Eingangs welle 22 ist mit einer Kurzverzahnung 28 versehen, die in ei ne korrespondierende Kurzverzahnung 28 an einer sogenannten langen Nabe 24 eingreift. Über die Eingangswelle 22 wird eine Antriebsleistung 25 in die erste Getriebestufe 20, nämlich in den zugehörigen Planetenträger 14, eingeleitet und an die zweite Getriebestufe 30 weitergeleitet. Der Planetenträger 14 der ersten Getriebestufe 20 ist drehbar in einem Lager 27 aufgenommen, das an einer Wandung 31 des Gehäuses 17 ange bracht ist. Dabei ist das Lager 27 als zweireihiges Wälzlager ausgebildet. Ein Sonnenrad 18 der ersten Getriebestufe 20 ist mit einer Kurzverzahnung 28 versehen, in die eine lange Nabe 24 des Planetenträger 14 der zweiten Getriebestufe 30 ein greift. Dazu ist der Planetenträger 14 an der langen Nabe 24 mit einer korrespondierenden Kurzverzahnung 28 ausgestattet. Die zweite Getriebestufe 30 ist im Wesentlichen wie die erste Getriebestufe 20 aufgebaut. Das Sonnenrad 18 der zweiten Ge triebestufe 30 ist darüber hinaus über eine Sonnenwelle 32 mit der dritten Getriebestufe 40 gekoppelt. Die dritte Ge triebestufe 40 ist als Stirnradstufe 21 ausgebildet und weist als Getriebekomponenten 11 ein Stirnrad 51 auf, das mit einem Ritzel 52 kämmt. Das Ritzel 52 der dritten Getriebestufe 40 gehört auch zur vierten Getriebestufe 50, die auch als Stirn radstufe 21 ausgebildet ist. Ferner weist die vierte Getrie bestufe 50 ein Stirnrad 51 auf, das mit einem Ritzel 52 kämmt, das wiederum mit einer Ausgangswelle 23 des Planeten getriebes 10 verbunden ist. Die dritte und vierte Getriebe stufe 40, 50 weisen jeweils eine Standübersetzung 33 auf, durch die eine Drehzahl des Sonnenrads 18 der zweiten Getrie bestufe 30 weiter gesteigert wird. An der Ausgangswelle 23 des Getriebes ist ein nicht näher dargestellter Generator 64 anschließbar, der in vorteilhafter Weise lediglich zwei Pol paare 67 aufweist, die in FIG 2 nicht näher dargestellt sind. Über die Ausgangswelle 23 wird eine Abtriebsleistung 29 an den Generator 64 abgegeben, die im Wesentlichen, unter Be rücksichtigung mechanischer Verluste, der Antriebsleistung 25 entspricht. Bei der Abtriebsleistung 29 ist gegenüber der An triebsleistung 25 die vorliegende Drehzahl gemäß einem Ge samtübersetzungsverhältnis 35 erhöht. Das Gesamtübersetzungs verhältnis 35 wird durch die Verkettung, also die Hinterei nanderschaltung der vier Getriebestufen 20, 30, 40, 50 be stimmt .

Ferner ist in FIG 3 im Querschnitt eine erste Ausführungsform einer Getriebestufe 20, 30, 40 abgebildet, die als Planeten stufe 19 ausgebildet ist. Die Planetenstufe 19 umfasst als Getriebekomponenten 11 ein Hohlrad 12, das mit fünf Planeten rädern 16 kämmt. Jedes der Planetenräder 16 ist dazu drehbar auf einer Planetenradachse 26 aufgenommen. Jede der Planeten radachsen 26 ist mit einem Planetenträger 14 verbunden. Die Planetenräder 16 rotieren im Betrieb um eine Hauptdrehachse 15 eines nicht näher dargestellten Planetengetriebes 10. Die Planetenräder 16 wiederum kämmen mit einem Sonnenrad 18, über das eine Antriebsleistung 25 zu einer benachbarten Getriebe stufe 20, 30, 40 drehmomentübertragend weitertransportierbar ist. Die Planetenstufe 19 nach FIG 3 ist als erste, zweite oder dritte Getriebestufe 20, 30, 40 in einem Planetengetrie be 10 einsetzbar und bietet eine feststehende Standüberset zung 33.

Korrespondierend zu FIG 4 zeigt FIG 3 im Querschnitt eine zweite Ausführungsform einer Planetenstufe 19, die als erste, zweite oder dritte Getriebestufe 20, 30, 40 einsetzbar ist. Gleiche Bezugszeichen haben in FIG 3 und FIG 4 die gleiche technische Bedeutung. Im Unterschied zu FIG 3 weist die Pla netenstufe 19 in FIG 4 sieben Planetenräder 16 auf. Die Pla netenräder 16 in FIG 3 und FIG 4 weisen im Wesentlichen glei che Größen auf und sind aus dem gleichen Rohling herstellbar. Dadurch wird eine erheblich Vereinfachung in der Herstellung des zugehörigen Planetengetriebes 10 erreicht. Darüber hinaus werden mechanische Beanspruchungen in den Planetenräder 16 auf entsprechend viele Kontaktstellen am Hohlrad 12 verteilt. Je höher die Anzahl der Planetenräder 16 ist, umso gleichmä ßiger ist diese Verteilung der mechanischen Beanspruchung.

In FIG 5 ist in einer geschnittenen Schrägansicht eine Aus führungsform einer erfindungsgemäßen Windkraftanlage 70 dar gestellt. Die Windkraftanlage 70 umfasst einen Rotor 63, der durch Wind in Drehung versetzbar ist. Der Rotor 63 ist über eine Rotorwelle 62 mit einem Getriebe 66 drehmomentübertra gend verbunden. Das Getriebe 66 wiederum ist drehmomentüber tragend mit einem Generator 64 verbunden. Die Rotorwelle 62, das Getriebe 66 und der Generator 64 gehören zu einem An triebssatz 60 der in einer Gondel 65 der Windkraftanlage 70 aufgenommen ist. Der Generator 64 weist zwei, drei oder vier Polpaare Das Getriebe 66 ist gemäß einer der oben beschriebe nen Ausführungsformen ausgebildet. Durch ein entsprechend ausgebildetes Getriebe 66 wird die Effizienz der Windkraftan lage 70 gesteigert. Insbesondere bietet ein beanspruchtes Planetengetriebe 10 einen reduzierten Durchmesser 42, was die Montage der Windkraftanlage 70 erleichtert.

FIG 6 zeigt einen schematischen Aufbau einer weiteren Ausfüh rungsform des beanspruchten Antriebsstrangs 60, der in einer nicht näher dargestellten Windkraftanlage 70 oder einer nicht näher dargestellten Industrie-Applikation 80 einsetzbar ist. Der Antriebsstrang 60 umfasst ein Getriebe 66, das mit ein gangsseitig mit einem Antriebsmittel 82 oder einem Rotor 63 der Windkraftanlage 70 verbunden ist und dem so eine An triebsleistung 25 zugeführt wird. In einer Windkraftanlage 70 erfolgt die mittels einer Rotorwelle 62. Das Getriebe 66 ist als Planetengetriebe 10 ausgebildet und umfasst eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte Getriebestufe 20,

30, 40, 50, die jeweils eine Mehrzahl an Getriebekomponenten 11 umfassen. Die erste, zweite und dritte Getriebestufe 20, 30, 40 sind jeweils als Planetenstufen 19 ausgebildet. Die vierte Getriebestufe 50 ist als Stirnradstufe 21 ausgebildet. Die Getriebestufen 20, 30, 40, 50 sind hintereinandergeschal tet und geben eine Abtriebsleistung 29 an einen Generator 64 oder eine mechanische Anwendung 84 ab. Die dritte Getriebe stufe 40 weist als Getriebekomponente 11 ein Hohlrad 12 auf, das drehbar ausgebildet ist. Insgesamt weist die dritte Ge triebestufe 40 keine stationäre Getriebekomponente 11 auf.

Die dritte Getriebestufe 40 ist mit einer Regelvorrichtung 57 gekoppelt, die dazu ausgebildet ist, eine Regelleistung 55 in die dritte Getriebestufe 40 einzukoppeln. Dazu ist die Regel vorrichtung 57 mit dem Hohlrad 12 der dritten Getriebestufe 40 drehmomentübertragend verbunden. Die Regelvorrichtung 57 ist als elektrische Maschine ausgebildet und dazu geeignet, als Regelleistung 55 entweder ein antreibendes oder ein brem sendes Drehmoment bereitzustellen. Damit sind Schwankungen in der Antriebsleistung 25, die vom Antriebsmittel 82 oder dem Rotor 63 bereitgestellt wird, zumindest vorübergehend aus gleichbar. Alternativ oder ergänzend ist dadurch für den Ge nerator 64 oder die mechanische Anwendung 84 ein gewünschter Betriebspunkt einstellbar. Die Regelvorrichtung 57 ist dazu ausgebildet, einen geschlossenen Regelkreis oder einen offe nen Regelkreis, also eine Steuerung, oder auch eine Kombina tion aus beidem, zu verwirklichen.

In FIG 7 ist schematisch der Aufbau einer Ausführungsform ei ner Industrie-Applikation 80 dargestellt, die über ein An triebsmittel 82 verfügt. Das Antriebsmittel 82 ist dazu aus gebildet, eine Antriebsleistung 25 bereitzustellen, die durch eine drehmomentübertragende Verbindung an ein Getriebe 66 transportiert wird. Das Getriebe 66 wiederum ist drehmomen tübertragend mit einer mechanischen Anwendung 84 verbunden um eine Abtriebsleistung 29 zur mechanischen Anwendung 84 zu transportieren. Das Getriebe 66 ist dazu als ein Planetenge triebe 10 nach einer der oben skizzierten Ausführungsformen ausgebildet .