Übersetzungsgetriebe sowie Windkraftanlage und elektrischer Antrieb für

Fahrzeuge mit einem solchen Übersetzungsgetriebe

Die Erfindung betrifft ein Übersetzungsgetriebe nach Anspruch 1 sowie eine Windkraftanlage nach Anspruch 24 und einen elektrischer Antrieb für Fahrzeuge nach Anspruch 25 mit einem solchen Übersetzungsgetriebe.

In Windkraftan lagen und auch in elektrischen Antrieben für Fahrzeuge und andere Anwendungen werden häufig Planetengetriebe eingesetzt, wie z. B. die Winergy Multi Duored Gearbox der Winergy AG bzw. der Flender GmbFI. Diese Getriebe werden in Windrädern benötigt, um die niedrige Rotationsgeschwindigkeit der Rotoren auf höhere Drehzahlen zum Betreiben von Generatoren zu übersetzen und in elektrischen Antrie- ben für Fahrzeuge, um die hohen Drehzahlen von leistungsfähigen Elektromotoren in niedrigere Drehzahlen mit hohen Drehmomenten zu übersetzen. Planetengetriebe sind Zahnradgetriebe und daher anfällig gegen Stoß- und Schlagbeanspruchung, wie sie z. B. durch Windböen bei Windrädern verursacht werden. Zusätzlich sind sie vergleichs- weise schwer.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Übersetzungsgetriebe anzu- geben, das bei gleicher Leistung leichter ist als ein herkömmliches Planetengetriebe und das zudem unempfindlicher gegen Schlag- und Stoßbeanspruchungen ist. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung eine Windkraftanlage und einen elektrischen Antrieb für Fahrzeuge mit einem solchen Übersetzungsgetriebe anzugeben.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 24 und 25.

Die Erfindung stellt ein Planetengetriebe mit Zahnrad- und Treibriemenkomponen- ten dar. Herkömmliche Planetengetriebe mit Zahnrädern können sicher hohe Drehmo- mente und Leistungen übertragen. Durch die Kombination mit Treibriemen welche Wel- lenräder antreiben, sind weniger Zahnräder nötig und das Gewicht sinkt. Zusätzlich wir- ken die Treibriemen als Dämpfungselement, das Schlag- und Stoßbeanspruchen abfe- dert und dämpft. Durch die Planetenwellenräder der Planeteneinheit(en) erfolgt die Übertragung auf die Planetenwellenräder und die Kopplung mittels Treibriemen auf we- nigstens eine Schnellläufer-Einheit. Jede Planeten-Einheit ist mittels eines eigenen Treibriemens mit einem Schnellläuferwellenrad einer Schnellläufer-Einheit gekoppelt.

Vorzugsweise wird eine von Mehrzahl der Planeten-Einheiten eingesetzt, wodurch sich hohe Drehmomente und Leistungen übersetzen lassen.

Vorzugsweise sind diese Planeteneinheiten identisch aufgebaut, was zu Kosten- einsparungen führt.

Vorzugsweise ist der Schnellläufer-Einheit eine weitere Getriebestufe mit einer weiteren schnelllaufenden Getriebewelle nachgeschaltet.

Vorzugseise verlaufen alle Wellenachsen parallel, jedoch könnte aufgrund des Treibriemens die schnell laufende Getriebewelle auch im spitzen Winkel zu den ande- ren Getriebewellen angeordnet sein.

Vorzugsweise sind die Planeten-Einheiten symmetrisch um das Sonnenrad ange- ordnet, um die Belastungen gleichmäßig zu verteilen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind bei der Hälfte Planeten-Einheiten die jeweiligen Planetenwellenräder nach einer Seite versetzt zu dem Sonnenrad und bei der anderen Hälfte der Planten-Einheiten sind die jeweiligen Planetenwellenräder nach der anderen Seite versetzt zu dem Sonnenrad angeordnet. Die Zahl der Planetenzahn- räder ist damit gleich der Planetenwellenräder, die größeren Planetenwellenräder sind jedoch zu beiden Seiten des Sonnenrades angeordnet, wodurch sich ein einfacherer Aufbau ergibt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die Planeteneinheiten ein Planetenzahnrad, das mit dem Sonnenrad in Eingriff steht und zwei links und rechts neben dem Planetenzahnrad angeordnete Planetenwellenräder. Auf diese Weise wer- den die zu übertragenden Momente auf die doppelte Anzahl von Wellenrädern und de- ren Treibriemen übertragen.

Die als An- oder Abtrieb wirkenden Schnellläufereinheiten werden zwischen zwei Planeten-Einheiten über die Treibriemen abgegriffen.

Die Planetenwellenräder zu beiden Seiten des Sonnenzahnrades bzw. die zuge- hörigen Treibriemen können über eine oder mehrere Schnellläufer-Einheiten mit zwei Schnellläuferwellenrädern auf der gemeinsamen schnell laufenden Getriebewelle oder über eine oder mehrere Schnellläufer-Einheiten mit einem Schnellläuferwellenrädern auf zwei unabhängigen schnell laufenden Getriebewellen geführt werden. Bei zwei un- abhängigen schnell laufenden Getriebewellen können zum Beispiel zwei Generatoren angetrieben werden.

Die einzelnen Getriebewellen können in einem gemeinsamen Rahmen oder Trä- ger gelagert werden. Der Träger kann mehrere Elemente umfassen zwischen denen die Getriebewellen gelagert sind und ein einzelnes Element in der die Getriebewellen gela- gert sind.

Das Übersetzungsgetriebe wird vorzugsweise mit einer Kühleinrichtung und die Zahnradkomponenten mit einer aktiven Schmiereinrichtung ausgestattet.

Über eine Spannvorrichtung mit Rollen werden der oder die Treibriemen auf der notwendigen Spannung gehalten um die auftretenden Drehmomente sicher zu übertra- gen.

Die Treibriemen sind vorzugsweise Zahnriemen und die Kraftübertragung zwi- schen den Wellenräder ohne Schlupf zu gewährleisten. Auch Treibriemen mit Noppen und komplementären Ausnehmungen in den Wellenrädern oder Wellenräder mit Nop- pen oder Zähnen, die in komplementäre Ausnehmungen im Treibriemen eingreifen, sind geeignet. Bei Verwendung von Glattriemen müssten diese mit sehr hohen Vor- Spannkräften montiert werden, um Schlupf zu verhindern. Diese hohen Vorspannkräfte verringern die Standzeit von Glattriemen.

Als Treibriemen eignen sich besonders Treibriemen aus hochfesten faserverstärktem Kunststoff oder Titan. Geeignete Kunststoffe sind insbesondere Polyamid, mit Carbon- fasern verstärkte Kunststoffe und Aramide (z. B, Kevlar). Auch die Planetenwellenräder und/oder die Zahnradkomponenten können aus diesen Materialien hergestellt sein. Bei geringeren Leistungen, z. B. beim Einsatz als Getriebe in E-Bikes können die Zahnrä- der und/oder die Wellenräder auch aus nicht-faserverstärktem Kunststoff bestehen.

Das erfindungsgemäße Übersetzungsgetriebe kann vorteilhaft als Getriebe zwi- schen Rotor und Generator bei Windrädern eingesetzt werden. Hierbei ist die langsam drehende Rotorwelle mit der langsam drehenden Getriebewelle des Übersetzungsge- triebes gekoppelt.

Das Übersetzungsgetriebe kann mit mehreren Generatoren gekoppelt sein. Hier- bei ist es vorteilhaft möglich wahlweise einen oder mehrere Generatoren mit dem Über- setzungsgetriebe zu koppeln. Auf diese Weise kann einem Teillastbereich Rechnung getragen werden. Bei starkem Wind werden z.B. zwei Generatoren mit dem Überset- zungsgetriebe gekoppelt und bei schwachem Wind bleibt nur ein Generator mit dem Übersetzungsgetriebe gekoppelt und der zweite Generator wird entkoppelt und dadurch geschont.

In einer anderen Ausgestaltung ist das erfindungsgemäße Übersetzungsgetriebe mit einem Elektromotor gekoppelt. Hierbei stellt die schnell drehende Getriebewelle den Antrieb und die langsam drehende Getriebewelle den Abtrieb des Übersetzungsgetrie- bes dar.

Es ergeben sich für das Übersetzungsgetriebe gemäß vorliegender Erfindung nachfolgende Vorteile im Vgl. zu herkömmlichen Getrieben:

1. Die Riemen sorgen für deutlich mehr Laufruhe und sind sehr einfach zu tauschen. 2. Das Getriebe hat weniger komplexe bewegte Teile. Eine Schmierung entfällt teil- weise.

3. Das Getriebe ist deutliche leichter als vergleichbare herkömmliche Getriebe.

4. Die Gewichtseinsparung wirkt sich positiv bei Montage und Betrieb, bzw.

der Wartung des Getriebes aus.

5. Die Zahnriemen können vorbeugend im Rahmen der regulären Wartung

mit relativ wenig Aufwand getauscht werden.

6. Die Leistung kann über mehrere weitgehend voneinander entkoppelten

Zahnrädern vom Sonnenrad auf die jeweilige Wellenräder übertragen werden.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform.

Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform von einer Seite des Sonnenrades betrachtet;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der ersten Ausführungsform von der anderen

Seite des Sonnenrades betrachtet auf der die Generatoren angeordnet sind;

Fig. 3 eine Ansicht der ersten Ausführungsform von der Seite der Generatoren her betrachtet;

Fig. 4 eine Fig. 3 entsprechende Darstellung der ersten Ausführungsform mit bei- spielhafter Bemaßung in mm;

Fig. 5 eine Seitenansicht in Richtung des Pfeils A in Fig. 3 mit Bemaßung in mm;

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung eines Windrades mit dem Übersetzungsge- triebe nach Fig. 1 bis 6und zwei Generatoren; Fig. 7 eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform mit zwei Pla- neten-Einheiten, einer Schnellläufer-Einheit und einem Generator; und

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung einer dritten Ausführungsform mit einer Pla- neten-Einheit, einer Schnellläufer-einheit und einem Generator.

Die Figuren 1 bis 6 zeigen eine erste Ausführungsform eines Übersetzungsgetrie- bes 1 mit einem Sonnenrad bzw. Sonnenzahnrad 1 , vier Planten-Einheiten 6 und zwei Schnellläufer-Einheiten 14, die jeweils über eine dritte Getriebestufe zwei Generatoren 34 antreiben. Das Sonnenrad 2 ist zwischen einer ersten und einer zweiten Halteplatte 22-1 , 22-2 auf einer langsam drehenden Getriebewelle 4 angeordnet, die in den beiden Halteplatten 22-1 , 22-2 gelagert ist. Die beiden Halteplatten 22-1 , und 22-2 bilden einen gemeinsamen Rahmen oder Träger 22. Die vier Planeten-Einheiten 6 umfassen jeweils ein Planetenzahnrad 8 und ein Planetenwellenrad 10, die auf einer gemeinsamen Pla- netenwelle 12 in den Halteplatten 22-1 , 22-2 gelagert sind. Die kleineren Planetenzahn- räder 8 kämmen mit dem Sonnenrad 2 und drehen die größeren Planetenwellenräder, die damit eine erste Getriebestufe bilden. Zwei Planeten-Einheiten 6 sind in der ersten Halteplatte 22-1 gelagert und zwei Planeten-Einheiten 6 sind in der zweiten Halteplatte 22-2 gelagert. Jeweils eine in der ersten und zweiten Halteplatte 22-1 , 22-2 gelagerte Planten-Einheit 6 ist über einen Treibriemen 20 mit einer der beiden Schnellläufer- Einheiten 14 gekoppelt. Die Schnellläufer-Einheiten 14 umfassen jeweils eine schnell drehende Getriebewelle 18, die in der ersten und zweiten Halteplatte 22-1 , 22-2 gela- gert sind. Jede Schnellläufer-einheit 14 umfasst zwei Schnellläuferwellenräder 16, die auf den Außenseiten der beiden Halteplatten 22-1 und 22-2 im Endbereich der jeweil i- gen schnell drehenden Getriebewelle 18 angeordnet sind. Die Treibriemen 20 koppeln die vier Planetenwellenräder 10 mit den vier Schnellläuferwellenrädern 16. Der Durch- messer der Planetenwellenräder 10 ist größer als der Durchmesser der Schnellläufer- wellenräder 16, wodurch eine zweite Getriebestufe gebildet ist. Auf den Generatoren 24 zugewandten Enden der beiden schnell drehenden Getriebewellen 18 ist jeweils ein erstes Wellenrad 24 der dritten Getriebestufe angeordnet, das über einen Treibriemen 20 mit einem zweiten Wellenrad 26 der dritten Getriebestufen gekoppelt ist. Das zweite Wellenrad 26 weist einen kleineren Durchmesser als das erste Wellenrad 24 auf. Das zweite Wellenrad 26 der dritten Getriebestufe ist auf einer weiteren schnelllaufenden Getriebewelle 28 angeordnet, die die Generatorwelle bildet und die beiden Generatoren 34 antreibt.

Alternativ (nicht dargestellt) ist es auch möglich, dass die beiden zweiten Wellen- räder 26 der dritten Getriebestufe auf einer gemeinsamen weiteren schnell drehenden Getriebewelle 28 angeordnet sind, die Generatorwelle eines einzigen Generators 34 bildet.

Fig. 7 zeigt schematisch die Nutzung des Übersetzungsgetriebes 1 in einer Wind- kraftanlage mit einem Rotor 30, der auf einer Rotorwelle 32 auf einer gemeinsamen Plattform 36 angeordnet ist. Die Rotorwelle 32 bildet die langsam drehende Getriebe- welle 4 des Übersetzungsgetriebes 1.

Mit dem in den Figuren 1 bis 7 dargestellten Übersetzungsgetriebe sind folgende Übersetzungen möglich:

Sonnenrad / Planetenzahnräder 1 :10

Planetenwellenrad / Schnellläuferwellenrad 1 : 3,571

Dritte Getriebestufe 1 : 3,571

Bei einer Rotordrehzahl einer Windkraftanlage von 12 Umdrehungen pro Minute ergibt sich eine Gesamtdrehzahl am Generator von 1530,42 Umdrehungen pro Minute. D. h. es können vergleichsweise kleine und damit leichte Generatoren eingesetzt wer- den.

Fig. 7 zeigt eine Fig. 1 entsprechende Darstellung einer zweite Ausführungsform der Erfindung, die sich von der ersten Ausführungsform nach den Figuren 1 bis 7 dadurch unterscheidet, dass das Übersetzungsgetriebe lediglich zwei Planeten- Einheiten 6, eine Schnellläufer-Einheit 14 und einen Generator 34 aufweist und keine dritte Getriebestufe vorgesehen ist. Die schnell laufende Getriebewelle 18 bildet die Generatorwelle des einzigen Generators 34. Fig. 8 zeigt eine Fig. 2 entsprechende Darstellung einer dritten Ausführungsform der Erfindung, die sich von der ersten Ausführungsform nach den Figuren 1 bis 7 dadurch unterscheidet, dass das Übersetzungsgetriebe lediglich eine Planeten-Einheit 6, eine Schnellläufer-Einheit 14 und einen Generator 34 aufweist und keine dritte Ge- triebestufe vorgesehen ist. Die schnell laufende Getriebewelle 18 bildet die Generator- welle des einzigen Generators 34.

Die zweite und dritte Ausführungsform sind für geringere Leistungen geeignet und einfacher im Aufbau.

Bezugszeichenliste: Übersetzungsgetriebe

Sonnenrad

langsam drehende Getriebewelle Planeten-Einheiten

Planetenzahnrad

Planetenwellenrad

Planetenwelle

Schnellläufer-Einheit

Schnellläuferwellenrad

schnell drehende Getriebewelle Treibriemen

gemeinsamer Rahmen oder Träger-1 erste Halteplatte

-2 zweite Halteplatte

erstes Wellenrad dritte Getriebestufe zweites Wellenrad dritte Getriebestufe weitere schnelllaufende Getriebewelle Rotor

Rotorwelle

Generator

gemeinsame Plattform