Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe für höhere Übersetzungen, welches in Maschinen und Anlagen, insbesondere Windkraftanlagen, bei denen hohe Drehmomente und Leistungen übertragen werden müssen, eingesetzt werden kann. Die Erfindung betrifft insbesondere ein solches Planetengetriebe, welches durch eine spezielle neuartige Konstruktion besonders schallentkoppelt ist in Bezug auf insbesondere radial und torsional gerichtete Schallereignisse, die beim Betrieb der Maschine oder Anlage häufig auftreten.

Planetengetriebe werden im Maschinenbau sehr häufig eingesetzt, um höhere Übersetzungen zu erzielen. Ein Planetengetriebe besteht aus vier wesentlichen Komponenten, nämlich Sonnenrad, Planetenräder, Hohlrad und Planetenradträger. Dabei können die Räder unterschiedlich bewegt werden. Bei der Umlaufübersetzung sind das Sonnenrad und die Planetenräder die drehenden Getriebeglieder; das Planeten-Hohlrad hingegen steht still und ist feststehend zwischen antriebsseitigem und abtriebsseitigem Planetenträger verbaut. Bei dieser Ausführung befinden sich die Planetenträger im Umlauf der Sonne. Mit einem solchen Umlaufgetriebe lassen sich höhere Übersetzungen als beim Standardgetriebe erreichen und deshalb sind die Getriebe von großen Anlagen, insbesondere Windkraftanlagen in dieser Weise aufgebaut.

Die herkömmlichen Planetengetriebe für Windkraftanlagen weisen keine oder nur übliche Dämpfungseinrichtungen auf, so dass alle genannten Lasten von den Einzelteilen der Räder, Lager und Getriebe aufgenommen und getragen werden müssen. Es ist nunmehr auch möglich die Lager der einzelnen bewegten Räder durch elastische Buchsen zu dämpfen (WO 2015/055291).

Ein Hauptproblem ist aber dennoch geblieben und hat sich durch den Einsatz von immer größer werdenden Windkraftanlagen mit immer höheren zu übertragenen Drehmomenten verstärkt, insbesondere dann, wenn mehrere Getriebe- / Planetenstufen zum Einsatz kommen müssen. Und das ist die Geräuschentwicklung, die durch bei einem großen Planetengetriebe, wie es in Windkraftanlagen üblicherweise eingesetzt wird, verstärkt auftritt.

Jedes Getriebe erzeugt beim Abwälzen der Verzahnung Körperschall. Dieser wird von den Planeten auf das Planeten-Hohlrad übertragen. In der Regel ist das Planeten-Hohlrad bei Windkraftanlagen feststehend und zwischen den Gehäusehälften eingebaut. Somit wird der durch die Verzahnung erzeugte Körperschall auf das Getriebegehäuse übertragen. Das Getriebegehäuse als solches ist fest, oder auch schallisoliert, mit dem Maschinenträger und damit auch mit dem Turm verbunden. Die Körperschallisolation zwischen Getriebe und Maschinenträger muss die großen Drehmomente bei gleichzeitiger Schallentkopplung übertragen. Dabei hat sich gezeigt, dass vor allem radial oder torsional zur Rotor-/ Getriebewelle gerichteter Schall, insbesondere in der 2. Getriebestufe, gehäuft zu Problemen und Beschwerden führt. Diese unerwünschten Schallereignisse treten insbesondere im Frequenzbereich zwischen 150 und 250 Hertz auf und sind nur schwer mit den üblichen Mitteln in den Griff zu bekommen.

Es bestand somit die Aufgabe, herkömmliche Planetengetriebe so zu modifizieren, dass sie eine verbesserte Schallentkopplung bezüglich radial oder torsional auftretenden Schwingungen im hörbaren Frequenzbereich, insbesondere zwischen 100 und 300 Hz aufweisen.

Diese Aufgabe wurde durch das im Folgenden beschriebene und in den Ansprüchen charakterisierte Planetengetriebe gelöst.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein schallentkoppeltes Planetengetriebe zur Vermeidung oder Verminderung von radial und/oder torsional gerichteten Schallereignissen. Es umfasst einen in axialer Richtung antriebsseitigen äußeren Getriebeflansch, einen abtriebsseitigen äußeren Getriebeflansch und ein dazwischen angeordnetes feststehendes Hohlrad, wobei erfindungsgemäß

(i) zwischen den beiden Getriebeflanschen ein separates mittleres, zylindrisches Getriebeteil positioniert ist, in welchem das feststehendes Hohlrad Platz findet, wobei die besagten zwei äußeren Getriebeteile und das mittlere Getriebeteil mit Hilfe von Befestigungsmitteln (2) fest miteinander verbunden sind,

(ii) das besagte Hohlrad mit seinem gesamten stirnseitigen Umfang durch einen Spalt kontaktlos gegenüber der Innenfläche des umgebenden mittleren zylindrischen Getriebeteils angeordnet ist, und

(iii) elastische ringförmige Bauteile vorgesehen sind, welche auf beiden Seiten des feststehenden Hohlrades angeordnet und einerseits über ihren elastischen Teil mit den beiden Seitenflächen des Hohlrades und andrerseits mit den jeweils angrenzenden äußeren Getriebeflansch-Bauteilen verklemmt, bzw. verbunden sind.

Aufgabe des Spaltes sowie der ringförmigen elastischen Bauteile ist es, das Planeten- Hohlrad körperschalltechnisch von den antriebsseitigen und abtriebsseitigen Getriebegehäusen zu trennen. Die beiden Getriebegehäuse werden nicht mehr, wie erwähnt, üblicherweise über das Planeten Hohlrad miteinander verbunden, sondern durch einen zusätzlichen mittleren zylindrischen Ring, der ein Außenrohr für das Planeten-Hohlrad bildet. Der innere Durchmesser dieses als Außenrohr fungierenden zylindrischen Rings ist dabei erfindungsgemäß größer gewählt als der Außendurchmesser des Planeten-Hohlrades, sodass es durch den entstehenden Spalt zu keinem Kontakt zwischen dem Außenrohr bzw. den damit verbundenen anderen Planetenträgerteilen und dem Hohlrad kommen kann.

Um die beschriebene Funktion zu gewährleisten, bestehen beide links und rechts vom Hohlrad angebrachten ringförmigen elastischen Bauteile im Wesentlichen jeweils aus einem ringförmigen Außenblech, einem ringförmigen Innenblech sowie einer zwischen den besagten Blechen angeordneten elastischen Schicht, wobei das ringförmige Außenblech dem jeweiligen benachbarten Getriebeflansch und das ringförmige Innenblech der jeweiligen benachbarten Seitenfläche des Hohlrades zugewandt ist. Das ringförmige Außenblech ist dabei im Durchmesser größer ist als der Durchmesser des ringförmigen Innenblechs und weist so einen überstehenden Bereich auf, der nicht mit der elastischen Schicht aber mit Bohrungen versehen ist, und dazu dient, mit dem jeweiligen äußeren Getriebeflansch verbunden zu werden. Die Elastomerschicht ist zwischen den beiden Blechen im Bereich des Innenbleches angebracht. Die besagten ringförmigen elastischen Bauteile sind mittels von Befestigungsmitteln, beispielsweise Verschraubungen, jeweils an oder auf ihren ringförmigen Innenblechen mit den betreffenden Seitenflächen des Hohlrades verbunden. Das Planeten-Hohlrad wird also bei dieser erfindungsgemäßen Konstruktion über seine ringförmige Seitenflächen mit dem Teil der benachbarten ringförmigen Bauteile festgehalten, welcher die elastischen Schichten aufweisen, und ist somit nicht unmittelbar, wie im Stand der Technik bislang in der Regel üblich, direkt mit den Getriebeflanschen, bzw.

Planetenträgerteilen verbunden. Damit kann eine Schallübertragung radial nach außen oder torsional weitgehend vermieden werden, und es ist nur noch axialer Schall zu einem gewissen Teil übertragbar.

Die elastischen ringförmigen Bauteile können zusammengesetzt sein aus zwei oder mehr Ringsegmenten, was in Bezug auf die Herstellung derartiger Bauteile deutlich vorteilhafter ist. Bei großen Windkraftanlagen mit entsprechend großen Hohlrädern von bis zu 250 cm Durchmesser kann der Ring mit den elastischen Schichten aus beispielsweise 10, 15 oder 20 einzelnen Segmenten bestehen.

Hierbei muss jedoch ein anderes Problem vermieden werden, welches sich aus dem Zusammenfügen der Bauteile ergibt, nämlich die Dichtigkeit gegenüber Flüssigkeiten, insbesondere Ölen im Inneren des Getriebes. Dazu ist es notwendig, dass die zwei oder mehr Kreissegmente der ringförmigen Bauteile geeignete Dichtungsmittel aufweisen. Der Einfachheit halber können diese Dichtungsmittel Ausprägungen oder Ausformungen wie Wülste oder Lippen, der elastomeren Schicht an allen oder einigen Verbindungsstellen sein. Diese sorgen bei axialer Verspannung der Ringsegmente oder bei torsionalen Schubkräften, für eine Abdichtung. Dabei ist es auch wichtig, dass die Seitenflächen (39) der einzelnen Ringsegmente, die beim Zusammenfügen gemeinsame Berührungsflächen sind, plan zueinander sind, damit die Dichtungsmittel effektiv wirksam sind. Ebenso sollte nach Zusammenfügen der einzelnen Ringsegmente eine möglichst planare Ringfläche vorliegen. Die für die ringförmigen elastischen Bauteile geeigneten Elastomere sind prinzipiell im Stand der Technik bekannt. Im einfachsten Fall kann Naturkautschuk oder davon abgeleitete Gummis eingesetzt werden. Aber auch übliche moderne Kunststoffe, wie z.B. Polyurethane eigen sich auf Grund ihrer höheren Festigkeit sehr gut. Bei höheren Drehmomenten sind nämlich die elastischen Elemente relativ hohen Scherkräften ausgesetzt, so dass eine ausreichende Festigkeit der Elastomerschicht der Elemente gewährleistet sein muss. Die Elastomere sollten auch widerstandsfähig gegenüber der im Getriebe befindlichen Flüssigkeiten, bzw. der Öle sein. Dies gilt insbesondere auch für die Dichtungen zwischen den einzelnen Kreissegmententen der elastischen ringförmigen Bauteile auf beiden Seiten des Hohlrades. Falls die eingesetzten Kunststoffe zwar ausreichend fest sind aber gegenüber organischen Ölen unbeständig sind, können ölbeständige Dichtungen zusätzlich eingesetzt werden.

Die erfindungsgemäßen Planetengetriebe können vorzugsweise als zweite Planeten-/ Getriebestufe zur Reduzierung von radial und/oder torsional gerichteten Körperschall, insbesondere im Bereich zwischen 150 und 250 Hz eingesetzt werden und eignen sich deshalb bestens für den Einbau in Windkraftanlagen. Prinzipiell sind die erfindungsgemäßen Planetengetriebe auch für die erste Planetenstufe einsetzbar, bei der in der Regel höhere Drehmomente auftreten.

Gegenstand der Erfindung ist somit auch eine Windkraftanlage umfassend Turm, Gondel, Rotor, Getriebe und Generator, bei der das Getriebe ein Planetengetriebe wie beschrieben und charakterisiert ist.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Abbildungen näher beschrieben.

Fig. 1 stellt im Querschnitt (a) und in der Seitenansicht (b)(c) ein Planetengetriebe mit feststehendem Planetenhohlrad und Planetenträgerteilen nach dem Stand der Technik dar. Die anderen Räder und Teile eines Planetengetriebes sind weggelassen.

Das Hohlrad (4) besteht hier aus dem eigentlichen Zahnradkranz (4.1) und dem ringförmigen Rand (4.2). Dieser Rand ist sowohl mit dem antriebsseitigen Getriebeflansch (1) als auch mit dem abtriebsseitigen Getriebeflansch (8) über die Verschraubungen (2) fest verbunden, so dass jeglicher radial gerichteter Schall vom Zahnkranz des Hohlrades nach außen direkt in die Flanschteile geleitet wird. Fig. 2 zeigt eine perspektivische Explosionsgrafik eines erfindungsgemäßen Planetengetriebes ohne innere Bauteile, wie Sonnenrad und Planetenräder in hälftiger Ansicht. Der so abgebildete Gegenstand umfasst einen ersten äußeren Getriebeflansch (1) der an seinem äußeren Umfang eine Vielzahl von axialen Bohrungen (1.1 ) aufweist. Bereits gezeigt sind Schraubbolzen (2) welche durch die Bohrungen (1.1 ) gesteckt sind und so lang sind, dass sie durch alle weiteren Bauteile geführt werden können.

Es folgt ein erstes ringförmiges Bauteil (3), welches erfindungswesentlich ist. Dies Bauteil besteht im konkreten Fall aus einer Vielzahl von Kreissegmenten (3.5), welche dicht zusammengefügt sind. Im gezeigten Fall würde das vollständige Ringelement (3) aus 15 Kreissegmenten (3.5) aufgebaut sein. Das Ringelement (3), bzw. jedes einzelne Kreissegment (3.5) besteht aus einem äußeren Blech (33) und einem inneren Blech (32). Das äußere Blech ist dem Getriebebauteil (1) zugewandt, und das innere Blech ist gegenüber dem in der Reihe der Explosionsgrafik folgendem Hohlrad (4) angeordnet. Zwischen äußerem und inneren Blech ist eine elastische Schicht (31) mit einer Schichtdicke (34) von 10 - 20 mm vorgesehen. Das äußere Blech (33) hat einen größeren äußeren Durchmesser als das innere Blech (32). Die ringförmige Elastomerschicht zwischen äußerem und innerem Blech wird vollständig von dem inneren Blech (32) bedeckt, weist also den gleichen äußeren Durchmesser auf. Das äußere Blech (33) des ringförmigen Bauteils (3), bzw. jedes einzelne Segment davon, weist also am äußeren Umfang einen Überstand (33') auf, in dem eine Vielzahl von Bohrungen (3.1) vorgesehen sind, welche in Anzahl und Flucht der Anzahl und Anordnung der Bohrungen (1.1) im Getriebeflansch (1) entsprechen. Durch diese Bohrungen werden die Schraubbolzen (2) nach Zusammenbau geführt. Das Ringelement (3) weist weitere Bohrungen zur Aufnahme von Schrauben auf. Die Bohrungen haben im Bereich des Bleches (33) und in der Elastomerschicht einen größeren Durchmesser um den Schraubenkopf nebst dem erforderlichen Schrauben Anzugs Werkzeug aufnehmen zu können. Die Bohrungen in den Bleche (32) haben den Durchmesser des Schraubenschaftes. (4.1) sind entsprechende Gewindebohrungen um die Ringelemente (3) mit den Schrauben (6) am Hohlrad (4) zu befestigen.

Es folgen die Bauteile (5) und (4). Das mittlere zylindrische, bzw. ringförmige Getriebeteil (5) ist mindestens genauso breit wie das darunter eingeschobene Hohlrad (4) mit dem Zahnradkranz (4.5). Vorzugsweise ist das ringförmige Getriebeteil (5) breiter als das Hohlrad, Somit ergibt die Differenz zwischen Breite des Bauteils (5) und dem Hohlrad (4) das Vorspannmaß der Elastomerelemente (3) und (3‘).

Das Bauteil (5) weist ebenfalls eine Vielzahl von Bohrungen (5.1 ) auf, welche in Anzahl und Ausrichtung der Anzahl und Anordnung der Bohrungen (1.1 ) und (3.1) im Getriebeflansch (1 ) und im Bauteil (3) entsprechen. Das Hohlrad (4) besitzt einen äußeren Durchmesser, welcher kleiner ist als der innere Durchmesser des darüber angeordneten Bauteils (5). Die Durchmesser sind so gewählt, dass eine Spalt mit einer Spaltdicke von 5 - 15 mm gebildet wird. Somit hat die Innenfläche (5.3) des mittleren Rings (5) keinerlei Kontakt mit der Außenfläche (4.3) des Hohlrades (4). Das Hohlrad (4) weist beidseitig Gewindebohrungen (4.1 ) auf, um die Bauteile (3)(4)(3') miteinander über die elastischen Elemente (31 (34) zu verbinden. Zusätzlich zu den Gewindebohrungen ist es zur besseren Kraftübertragung möglich, auch zusätzliche Stifte zur Übertragung der Schubkräfte vorzusehen.

Das Bauteil (3') auf der gemäß Darstellung hinteren Seite des Hohlrades (4), bzw. des Außenringes (5) entspricht im Wesentlichen dem Ringelement (3) auf der vorderen Seite des Hohlrades (4) / Außenrings(5). Diese hat hier noch Verschraubungen (6), welche benötigt werden, um die Bauteile (3')(4) und (3) über die elastischen Schichten (31) miteinander zu verbinden.

Abschließend ist das hintere äußere Getriebebauteil (8) abgebildet, welches am äußeren Umfang angeordnete Bohrungen (8.1) aufweist, um durch die Schraubbolzen (2) mit den Bauteilen (1 )(3)(5) und (3') verbunden und verspannt zu werden.

Fig. 2 zeigt ferner einen vergrößerten Ausschnitt aus dem elastischen ringförmigen Bauteil (3) im Bereich zweier zusammenstoßender Kreis- oder Ringsegmente (3.5)(3.5'). Durch entsprechende Anordnung und Ausformung als Dichtwulst (36)(37(38) bewirken Teile der Elastomerschicht (31) eine ausreichende Abdichtung nachdem sie zusammengefügt worden sind.

Fig. 3 zeigt einzelne Schnitte des erfindungsgemäßen Planetengetriebes. Insbesondere wird ein vergrößerter perspektivischer Detail-Ausschnitt im Bereich des Hohlrades (4), des ringförmigen Getriebeteiles (5), der seitlichen elastischen Teile (3)(3') und der Getriebeflansche (1 )(8). Die Darlegungen unter Fig. 2 sind anzuwenden.

Fig. 4 zeigt einzelne Darstellungen der erfindungsgemäßen elastischen Ringelemente (3)(3') bzw. deren Kreissegmente (3.5), aus denen sie zusammengesetzt sind.

(а) und (b) zeigen mittig ein einzelnes Kreissegment (3.5) des erfindungsgemäßen ringförmigen Bauteils (3) mit 5 Bohrungen (3.1 ) und 3 Bohrungen (3.2) mit Verschraubungen

(б). Links und rechts sind Seitenansichten der Teile (3) und (3') abgebildet. Die einzelnen Segmente (3.5) berühren sich mit ihren plan gefertigten Flächen (39): Dichtungsmittel in Form von entsprechend dimensionierten Dichtwulsten (36)(37)(38) sind am unteren Rand sowie an den Ecken der einzelnen Segmente (3.5) vorgesehen.

(c) zeigt einen vergrößerten Ausschnitt eines Eckbereiches eines Kreissegmentes des erfindungsgemäßen ringförmigen elastischen Getriebeteils (3) oder (3'). Zusammengefasst lässt sich folgendes feststellen:

Ein erfindungsgemäßes elastisches Ringelement (3) oder (3') ist ein Sandwich-Element, bestehend aus einem Elastomer (31 )und zwei planen Scheiben (32) und (33)(33'), wie oben schon beschrieben. Aufgabe dieser Elemente ist es, das Planeten-Hohlrad (4) körperschalltechnisch von den Getriebegehäusen (1 ) und (8) zu trennen. Die beiden Getriebegehäuse werden erfindungsgemäß nicht mehr über das Planeten-Hohlrad miteinander verbunden, sondern durch einen zusätzlichen Ring, das Planeten Außenrohr (5). Der der innere Durchmesser des Außenrohrs ist größer als der Außendurchmesser des Planeten-Holrohres wird ein Spalt (9) geschaffen, welcher die Schallübertragung verhindert. In axialer Richtung vor und hinter dem Planeten-Hohlrad werden die besagten Sandwich- Ringe (3) und (3'), welche aus Herstellungsgründen aus einer Vielzahl von Ringsegmenten (3.5)(3.5') zusammengesetzt sein können, eingefügt und zwischen Planeten-Hohlrad und jeweiligem Getriebegehäuse (1 )(8) verklemmt. Grundsätzlich werden die Ringe (3)(3'), bzw. die Elastomer-Kreissegmente (3.5) dabei axial so weit vorgespannt, dass die Übertragung der torsional auftretenden Drehmomente als Schub über die Kreissegmente übertragen wird. Die für das Drehmoment erforderliche Kraftübertragung zwischen elastischen Ringen (3)(3') bzw. deren Kreissegmenten und Hohlrad (4), bzw. Getriebegehäusen (1 )(8) erfolgt bei Bedarf durch Reibung. Gleichzeitig werden die Elastomer-Kreissegmente (3.5) über Bohrungen (3.1 ) im Umfang (33') des über den Durchmesser des Elastomers hinausragenden Außenblechs (33) und Bohrungen (5.1 ) im Planeten Außenrohr (5) sowie Bohrungen (1 .1 ) und (8.1 ) in den beiden Gehäusehälften (1 )(8) mit den axial angeordneten Schraubbolzen (2), verbunden. Die Kreissegmente (3.5) der elastischen Ringe (3)(3'), enthalten zusätzliche, in der Regel, kreisförmige, Aussparungen oder Bohrungen (3.2) zur Aufnahme einer oder mehrerer Befestigungsschraube (6), wodurch das Innenblech (32) mit dem Planeten Hohlrad (4) axial verbunden wird. Damit wird das Torsionsmoment über Reibschluss durch die Vorspannung der Elastomerelemente und gleichzeitig durch Verschraubung sicher übertragen. Das Planeten-Hohlrad, ist somit vollkommen vom Getriebegehäuse entkoppelt.

In der Planetenstufe werden beim Zahneingriff der Planeten im Hohlrad hauptsächlich Schwingungen in radialer Richtung und besonders in Umfangsrichtung erzeugt. Während die Elastomerelemente in axialer Richtung eine hohe Steifigkeit aufweisen, sind diese in Schubrichtung, d.h. in radialer Richtung und in Torsionsrichtung relativ nachgiebig, was eine gute Isolation des auftretenden Körperschalls bedeutet. Das Verhältnis zwischen axialer Steifigkeit und Schubsteifigkeit ist ungefähr 100 : 1.