Die Erfindung betrifft ein Windkraftanlagengetriebe, insbesondere ein Planetengetriebe, mit zumindest einem Zahnrad, das auf einer Achse gelagert ist, wozu zwischen dem Zahnrad und der Achse eine Gleitschicht angeordnet ist.

Weiter betrifft die Erfindung eine Windkraftanlage mit einem Rotor und einem Generator, wobei zwischen dem Rotor und dem Generator ein Windkraftanlagengetriebe, insbesondere ein Planetengetriebe, angeordnet ist, das in Wirkverbindung mit dem Rotor und dem Generator steht.

Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Achse für ein Windkraftanlagengetriebe, insbesondere ein Planetengetriebe.

Planetengetriebe für Windkraftanlagen zur Erzeugung von elektrischem Strom, wie sie zum Beispiel aus der DE 102 60 132 AI bekannt sind, werden dazu verwendet, um die relativ geringe Drehzahl des Rotors der Windkraftanlage in eine höhere Drehzahl des Generatorrotors zu übersetzten. Üblicherweise werden in derartigen Planetengetrieben, wie dies ebenfalls in der DE 102 60 132 AI beschrieben ist, Wälzlager als Lagerelemente für die Planetenräder verwendet. Der Stand der Technik beschreibt aber auch Gleitlager als Lagerelemente, beispielsweise die EP 1 544 504 A2 oder die AT 509 624 AI . Als Gleitlager werden dabei üblicherweise Gleitlagerbüchsen verwendet, die auf die Achse aufgeschrumpft oder in das Planetenrad eingepresst sind. Der Austausch derartiger Gleitlager im Falle einer Wartung oder im Falle von Verschleiß ist aufwändig und damit kostenintensiv.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gleitlagerlösung für ein Windkraftanlagengetriebe zur Verfügung zu stellen, die einfach zu Warten ist. Die Aufgabe wird mit dem eingangs genannten Windkraftanlagengetriebe gelöst, bei dem die Gleitschicht mittels eines thermischen Spritzverfahrens direkt auf die Achse oder unter Zwischenanordnung von zumindest einer weiteren Schicht auf die Zwischenschicht aufgespritzt ist. Weiter wird die Aufgabe mit der eingangs genannten Windkraftanlage gelöst, bei der das Windkraftanlagengetriebe erfindungsgemäß ausgebildet ist. Zudem wird die Aufgabe der Erfindung mit dem eingangs genannten Verfahren gelöst, dass die Schritte Bereitstellen der Achse und Aufspritzen einer Gleitschicht aus einem Spritzwerkstoff mit einem thermischen Spritzverfahren direkt auf die Achse oder nach dem Auftrag zumindest einer metallischen Zwischenschicht auf die Zwischenschicht umfasst. Von Vorteil ist dabei, dass durch die Aufgespritzte Gleitschicht die Wartung des Gleitlagers insofern vereinfacht werden kann, da damit das Gleitlager durch relativ einfach realisierbaren Ausbau der Achse zugänglich wird. Dies kann sogar auf dem Turm der Windkraftanlage erfolgen, wodurch Zeit und damit Kosten eingespart werden können. Darüber hinaus hat die aufgespritzte Gleitschicht im Vergleich zu Gleitlagerbüchsen den Vorteil, dass Positionsver- luste der Gleitlagerung durch Kriech- und Relaxationseffekte ausgeschlossen werden können. Das thermische Aufspritzen der Gleitschicht hat dabei den Vorteil, dass die Achse selbst während des Beschichtens thermisch nicht bzw. kaum belastet wird. Zudem flachen die Partikel beim Auftreffen auf die Achse ab, sodass sie in Richtung der Drehbewegung des Zahnrades ausgerichtet werden können, wodurch schierende Schichtbestandteile ihre Schmierwirkung durch einen längeren Laufweg in Umfangsrichtung besser ausbilden können.

Nach einer Ausführungsvariante des Windkraftanlagengetriebes kann vorgesehen sein, dass die Gleitschicht () aus einem Werkstoff besteht oder diesen umfasst, der ausgewählt ist aus einer Gruppe umfassend Aluminiumbasislegierungen, Bismutbasislegierungen, Silberbasisle- gierungen, Kupferbasislegierungen. Insbesondere diese verschleißresistenten und tribologisch besonders wirksamen Werkstoffe haben sich in kompakten Windkraftanlagengetrieben mit hoher Leistungsdichte und ohne den Einsatz von Lastausgleichstechnologien, wie zum Beispiel die so genannte„Flexible Pin Lösung", als besonders vorteilhaft herausgestellt. Zudem lassen sich diese Legierungen relativ einfach mit thermischen Spritzverfahren verarbeiten.

Es ist weiter möglich, dass auf der Gleitschicht eine polymerbasierte Einlaufschicht angeordnet ist, um damit eine bessere Anpassungsfähigkeit der Gleitlagerlauffläche an die Gegenlauffläche während des Einlaufens des Gleitschicht zu erreichen, wobei zusätzlich von Vorteil ist, dass diese Einlaufschicht ebenfalls die Tribologie des Gleitlagers an sich verbessert. Dabei ist von Vorteil, dass diese polymerbasierte Einlaufschicht mit einem Sprühverfahren aufgetragen werden kann, also mit einem Verfahren, dass eine gewisse Ähnlichkeit zu thermischen Spritzverfahren zeigt. Es kann damit die Herstellung der beschichteten Achse vereinfacht werden.

Nach einer anderen Ausführungsvariante des Windkraftanlagengetriebes kann vorgesehen sein, dass auf der Achse zwei in axialem Abstand zueinander angeordnete Gleitschichten mittels eines thermischen Spritzverfahrens aufgespritzt sind. Durch den Abstand der beiden Gleitschichten wird zwischen diesen eine Zwischenraum gebildet, der für die Ölzuführung über die Achse genutzt werden kann, wodurch eine bessere Beölung der Gleitschichten erreicht werden kann. Dabei ist von Vorteil, dass dieser Zwischenraum mittels dem thermischen Spritzverfahren einfach und ohne mechanische Bearbeitung hergestellt werden kann.

In der Gleitschicht können Hartpartikel und/oder Weichphasenpartikel eingelagert sein. Hier- bei ist wieder von Vorteil, dass diese Partikel mit dem thermischen Spritzverfahren einfach mitverarbeitet werden können, sodass deren Einmischung in die Gleitschicht kein Problem darstellt, wie dies beispielsweise in Folge von Seigerungen in der Schmelzmetallurgie der Fall sein kann. Von Vorteil ist dabei, dass mit den Partikel u.a. auch die Körnigkeit des Gefüges der Gleitschicht einfach eingestellt werden kann. Es ist damit eine grobkörnige Gefügeausbil- dung einfach einstellbar, wodurch Diffusionsprozesse entlang der Korngrenzen und damit auch Versagensmechanismen die damit verbunden sind, wie z.B. das Korngrenzenkriechen oder die Abnahme des Gehalts eines Legierungselementes, vermindert werden, wodurch ein längerer Betrieb der Gleitlagerung möglich ist. Die Hartpartikel sind bevorzugt ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Metalloxide, Metallnitride, Metallcarbide, Metallboride, Metall silizide. Es werden also bevorzugt keramische Hartpartikel eingesetzt, die einen relativ hohen Schmelzpunkt aufweisen. Es kann damit eine Vergröberung der Hartpartikel infolge von Diffusionserscheinungen besser vermieden werden, wodurch die Einstellbarkeit von bestimmten gewünschten tribologischen Eigenschaften der Gleitschicht mittels des thermischen Spritzverfahrens verbessert werden kann. Die Weichphasenpartikel können ausgewählt sein aus einer Gruppe umfassend Graphit, hexa- gonales BN, Metallsulfide, wie M0S2, WS2 und ähnliche. Von Vorteil ist dabei, dass insbesondere BN reaktionsträge ist und beim Aufspritzen nicht oxidiert. Graphit verbrennt zwar teilweise während des Auftragens, die Oxide werden aber nicht in die Schicht eingebaut son- dem verflüchtigen sich gasförmig. Sulfide können ebenfalls die Selbstschmiereigenschaften der Gleitschicht deutlich verbessern.

Nach einer Ausführungsvariante des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Hartpartikel und/oder Weichpartikel während des Aufspritzens in der festen Form belassen werden. Diese Partikel schmelzen also während des Aufspritzens der Gleitschicht nicht, wodurch die Gefahr einer unbeabsichtigten Phasenänderung beim Spritzen verringert werden kann. Zudem kann damit eine Veränderung der Korngröße dieser Partikel besser vermieden werden. Dadurch ist wiederum die voranstehend genannte Gefügekorngröße der Legierung der Gleitschicht definierter einstellbar.

Das thermische Spritzenverfahren kann bevorzugt ausgewählt sein aus einer Gruppe bestehend aus Flammspritzen, Plasmaspritzen, Kaltgas spritzen, Laserspritzen, da diese Verfahren relativ einfach durchführbar sind. Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung: Fig. 1 eine Windkraftanlage in Seitenansicht;

Fig. 2 ein Windkraftanlagengetriebe in Form eines Planetengetriebes in Seitenansicht geschnitten; Fig. 3 einen Ausschnitt aus dem Windkraftanlagengetriebe in Seitenansicht geschnitten; einen Ausschnitt aus einer Ausführungsvariante eines Windkraftanlagengetriebe in Seitenansicht geschnitten. Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf glei- che Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Fig. 1 zeigt eine Windkraftanlage 1. Diese Windkraftanlage 1 entspricht prinzipiell dem Stand der Technik, d.h. sie umfasst einen Turm 2 auf dem unter Zwischenanordnung einer Windrichtungsnachführeinrichtung 3 eine Gondel 4 angeordnet ist, an deren vorderen Ende ein Rotor 5 mit Rotorblättern 6 und an deren hinterem Ende ein Generator 7 angeordnet ist. Zwischen dem Rotor 5 und dem Generator 7, d.h. einem nicht weiter dargestellten Läufer des Ge- nerators, ist ein Windkraftanalgengetriebe 8 angeordnet, das einerseits mit dem Rotor 5 und andererseits dem Läufer des Generators 7 verbunden ist. Das Windkraftanlagengetriebe 8 dient der Erhöhung der Drehzahl des Läufers im Vergleich zum Rotor 5. Am unteren Teil des Turms 2 ist schließlich noch ein Netzanschluss 9 vorhanden. Da diese Bestandteile prinzipiell aus dem Stand der Technik für Windkraftanlagen 1 bekannt sind, sei an dieser Stelle auf die einschlägige Literatur hierzu verwiesen. Es sei jedoch erwähnt, dass die Windkraftanlage 1 nicht zwingend auf den in Fig. 1 dargestellten Typ beschränkt ist. Fig. 2 zeigt das Windkraftanlagengetriebe 8 in Form eines einfachen Planetengetriebes in Seitenansicht geschnitten.

Das Windkraftanlagengetriebe 8 weist ein Sonnenrad 10 auf, das mit einer Welle 11, die zum Generatorrotor führt, drehfest verbunden ist. Das Sonnenrad 10 ist von mehreren Zahnrädern 12 in Form von Planetenrädern, beispielsweise zwei, vorzugsweise drei oder vier, umgeben. Das Sonnenrad 10 und die Zahnräder 12 weisen Stirnverzahnungen 13, 14 auf, die in kämmenden Eingriff miteinander stehen, wobei diese Stirnverzahnungen 13, 14 in Fig. 1 mit einem Kreuz angedeutet sind. Die die Zahnräder 12 sind auf einer Achse 15 (Planetenbolzen) gelagert. Diese Achsen 15 sind in Bohrungen eines Achsträgers 16 (Planetenträger) eingesetzt. Über den Zahnrädern 12 ist ein Hohlrad 17 angeordnet, das an einer inneren Oberfläche ebenfalls zumindest teilweise eine Verzahnung 18 aufweist, die in kämmenden Eingriff mit der Stirnverzahnung 14 der Zahnräder 12 steht. Das Hohlrad 17 ist drehfest mit einer Rotor- welle 19 des Rotors 5 der Windkraftanlage 1 (Fig. 1) verbunden. Die Stirnverzahnungen 13, 14 bzw. die Verzahnung 18 können als Geradverzahnung oder Schrägverzahnung ausgeführt sein.

Da derartige Planetengetriebe sind dem Prinzip nach ebenfalls bereits aus dem Stand der Technik bekannt sind, erübrigt sich eine weitere Erörterung an dieser Stelle. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass nicht nur einstufige Ausführungen von Planetengetrieben möglich sind, sondern auch mehrstufige, beispielsweise zwei- oder dreistufige.

Es sei darauf hingewiesen, dass im Folgenden hinsichtlich des Zahnrades 12 die Einzahl ver- wendet wird. Es versteht sich aber von selbst, dass die Erfindung auf sämtliche Zahnräder 12 eines derartigen Windkraftanlagengetriebes 8 anwendbar ist.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus dem Windkraftanlagengetriebe 8 in Seitenansicht geschnitten im Bereich der Lagerung des Zahnrades 12 auf der Achse 15. Das Zahnrad 12 ist auf der Achse über eine Gleitlagerung gelagert. Dazu ist zwischen der Achse 15 und dem Zahnrad 12 eine Gleitschicht 20 angeordnet. Die Gleitschicht 20 ist direkt auf der Achse 15 angeordnet und mit dieser verbunden. Dazu wird der Werkstoff für die Gleitschicht 20 auf die Achse 15 mittels eines thermischen Spritzverfahrens aufgebracht. Nach einer Ausführungsvariante dazu kann bei Bedarf vorgesehen sein, dass vor dem Auftragen der Gleitschicht 20 auf die Achse 15 zumindest eine weitere Schicht 21 aufgebracht wird, wie dies in Fig. 3 strichliert angedeutet ist. Vorzugsweise wird die weitere Schicht 21 ebenfalls mit einem thermischen Spritzverfahren auf die Achse 15 aufgebracht. Die weitere Schicht 21 kann beispielsweise eine Diffusionssperrschicht und/oder eine Haftvermittler- schicht und/oder eine Lagermetallschicht sein. Die Gleitschicht 20 wird bei dieser Ausführungsvariante direkt auf die weitere Schicht 21 aufgetragen. Die Gleitschicht 20 ist eine metallische Schicht, insbesondere bestehend aus einer Metalllegierung bzw. diese umfassend. Der Werkstoff kann bevorzugt ausgewählt ist aus einer Gruppe umfassend Aluminiumbasislegierungen, Bismut-basislegierungen, Silberbasislegierungen, Kupferbasislegierungen. Es sind aber auch andere Legierungen verwendbar, bei- spielsweise Legierungen auf Indiumbasis, auf Bleibasis bzw. hochbleihältige CuPb-Basisle- gierungen. Bevorzugt werden jedoch bleifreie Legierungen eingesetzt. Bleifreie Legierungen sind dabei Legierungen, die Blei in einem maximalen Anteil enthalten, der dem Anteil an üblichen Verunreinigungen in derartigen Legierungen entspricht. Die weitere Schicht 21 kann beispielsweise eine Aluminiumbasislegierungen, eine Zinnba- sislegierungen, eine Kupferbasislegierungen, eine CuPb -Basislegierungen, eine AlSn-Basisle- gierungen, eine Legierungen auf AlZn-, AISi-, AlSnSi-, CuAl-, CuSn-, CuZn-, CuSnZn-, CuZnSn-, CuBi- sowie AlBi-Basis, eine Reinmetallschicht aus AI, Ni, Co, Sn, etc., sein, mit der Maßgabe, dass sich die Zusammensetzung der weiteren Schicht 21 von jener der Gleit- schicht 20 unterscheidet.

Es kann nach einer anderen Ausführungsvariante vorgesehen sein, dass auf der Gleitschicht 20 eine Einlaufschicht 22 angeordnet ist, die in diesem Fall die radial äußere Schicht bildet und in gleitendem Kontakt mit dem Zahnrad 12 gebracht wird. Die Einlaufschicht 22 kann beispielsweise eine Reinmetallschicht sein, z.B. Zinn. Bevorzugt ist die Einlaufschicht 22 allerdings eine polymerbasierte Einlaufschicht 22. Als Polymer wird insbesondere ein Polyimid oder eine Polyamidimid eingesetzt. Weiter kann die Einlaufschicht auch einen Anteil an Festschmier Stoffen enthalten, beispielsweise M0S2 und/oder Grafit. Der Anteil an dem Polymer an der Einlaufschicht 22 kann zwischen 40 Gew.-% und 80 Gew.-% betragen. Den Rest auf 100 Gew.-% bilden die Festschmierstoffe.

Es ist weiter möglich, dass in der Gleitschicht 20 Hartpartikel und/oder Weichphasenpartikel eingelagert sind. Die Hartpartikel können ausgewählt sein aus einer Gruppe umfassend Metalloxide, wie beispielsweise MgO, T1O2, ZrCh, AI2O3, Metallnitride, Metallcarbide, wie bei- spielsweise SiC, WC, B ₄ C Metallboride, Metallsilizide. Die Weichphasenpartikel können ausgewählt sein aus einer Gruppe umfassend Graphit, hexagonales BN, Metall sulfide. Es sei erwähnt, dass die Hartpartikel eine größere Härte aufweisen, als die Matrix der Gleitschicht 20, in der sie eingebettet sind. Die Weichphasenpartikel weisen hingegen eine kleinere Härte auf, als die Matrix der Gleitschicht 20, in der sie eingebettet sind. Der Anteil der Hartpartikel und/oder Weichphasenpartikel an der Gleitschicht 20 kann ausgewählt sein aus einem Bereich von 3 Gew.% bis 25 Gew.%, insbesondere von 5 Gew.% bis 20 Gew.%).

Gemäß einer anderen Ausführungsvariante kann die mittlere Partikelgröße der Weichphasen- partikel und/oder Hartphasenpartikel zwischen 1 μιη bis 100 μιτι, vorzugsweise 5 μιη bis 20 μιη, betragen.

In Fig. 4 ist ein Ausschnitt einer weiteren Ausführungsvariante des Windkraftanlagengetrie- bes 8 im Längsschnitt dargestellt. Zum Unterschied zur voranstehend ausgeführten Ausfüh- rungsvariante des Windkraftanlagengetriebes 8 sind bei dieser Ausführungsvariante auf der Achse 15 zwei in axialem Abstand zueinander angeordnete Gleitschichten 20 mittels eines thermischen Spritzverfahrens aufgespritzt. Durch die axiale Beabstandung der beiden Gleitschichten 20 ist zwischen diesen ein Zwischenraum 23 ausgebildet. Dieser kann zur Zuführung eines Schmiermittels verwendet werden. Die Schmiermittelzuführung kann dabei (aus- schließlich) über die Achse 15 erfolgen wie dies strichliert angedeutet ist.

Zur besseren Verteilung des Schmiermittels über zumindest annähernd die ge-samten Laufflächen kann der Zwischenraum 7 über zumindest eine Ver-bindungsleitung mit der Umgebungsatmosphäre verbunden sein. Bevorzugt verläuft die Verbindungsleitung in der Achse 15.

Es sei erwähnt, dass anstelle von zwei Gleitschichten 20 auch mehr als zwei Gleitschichten 20 auf die Achse 15 aufgespritzt sein können.

Wie bereits erwähnt, wird die Gleitschicht 20 mit einem thermischen Spritzverfahren auf die Achse 15 aufgespritzt. Bevorzugt wird dazu ein Spritzverfahren eingesetzt, das ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Flammspritzen, beispielsweise Drahtflammspritzen oder Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen, z.B. HVOF (High-Velocity-Oxygen-Fuel) oder HVAF (High-Velocity-Air-Fuel), Plasmaspritzen, Kaltgas spritzen, Laserspritzen. Nach einer Ausführungsvariante dazu kann vorgesehen sein, dass ein Spritzwerk-stoff verwendet wird, in dem die Hartpartikel und/oder Weichphasenpartikel enthalten sind, wobei die Hartpartikel und/oder die Weichphasenpartikel während des Aufspritzens in der festen Form belassen werden. Es wird dazu eine metallische Legierung gewählt, die einen geringeren Schmelzpunkt aufweist, als die Hartpartikel und/oder die Weichphasenpartikel.

Vor dem Aufspritzen der Gleitschicht 20 oder der weiteren Schicht 21 auf die Achse 15, die insbesondere aus einem Stahl besteht, wird die Achse vorzugsweise vorbehandelt. Diese Vor- behandlung umfasst vorzugsweise eine Aufrauhung der Oberfläche der Achse 15 zumindest im dem Bereich, in dem die Gleitschicht 20 oder die weitere Schicht 21 aufgebracht wird. Insbesondere wird die Achse 15 in diesem Bereich gestrahlt.

Danach wird die Achse 15 vorzugsweise gereinigt.

Der Spritzwerkstoff kann in Draht- oder Pulverform eingesetzt werden.

Das Aufspritzen der Gleitschicht 20 und/oder der weiteren Schicht 21 kann auch unter Vakuum oder Schutzgasatmosphäre erfolgen.

Nach dem Aufspritzen kann die Gleitschicht 20 und/oder die weitere Schicht 21 nachbehandelt werden.

Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten, wobei an dieser Stelle be- merkt sei, dass auch Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind.

Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Windkraftanlagengetriebes 8 bzw. der Windkraftanlage 1 diese nicht zwingenderweise maß- stäblich dargestellt sind. Bezugszeichenaufstellung

Windkraftanlage

Turm

Windri chtungsnachführeinri chtung

Gondel

Rotor

Rotorblättern

Generator

Windkr aftanl agengetri eb e

Netzanschluss

Sonnenrad

Welle

Zahnrad

Stirnverzahnung

Stirnverzahnung

Achse

Planetenträger

Hohlrad

Verzahnung

Rotorwelle

Gleitschicht

Schicht

Einlauf Schicht

Zwischenraum