专利名称：风力发电设备的传动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种 用于风カ发电设备的传动装置、特别是ー种行星齿轮传动装置，所述传动装置包括多个传动齿轮、特别是行星齿轮，这些行星齿轮分别经由支承元件支承在轴上，并且本发明涉及ー种风カ发电设备，该风カ发电设备包括转子和发电机，其中，在转子与发电机之间设置传动装置、特别是行星齿轮传动装置，其与转子和发电机处于作用连接。
背景技术：
用于风カ发电设备的行星齿轮传动装置，如其例如由DE 10260132A1所已知的那样为此使用，以便将风カ发电设备的转子的相对低的转速转换为发电机转子的ー较高的转速。通常，在这样的行星齿轮传动装置中，如这同样在DE 10260132A1中描述的，采用滚动轴承作为行星齿轮的支承元件。当然EP 1544504A2已描述一种在风カ发电设备的行星齿轮传动装置的范围内的滑动轴承应用。行星齿轮传动装置的转动的部件对此连接于ー转子并且连同转子支承于ー大型轴承中，该大型轴承设置在内齿轮的外圆周上。大型轴承构成为滑动轴承，其一轴承表面通过内齿轮的径向外部的圆周表面构成。由此能够较简单和成本较低地构成行星齿轮传动装置。在轴承表面与轴承对应表面之间存在一润滑间隙并且在内齿轮的圆周表面上的轴承表面中和在壳体的对置于内齿轮的端面的轴承对应表面中制出静液压的润滑凹槽。此外EP 1544504A2描述，在连接于风カ发电设备的转子的行星齿轮传动装置具有大尺寸且由此产生的作用到滑动轴承上的力和カ矩时，为了实现轴承表面和轴承对应表面彼此的分离，油泵循环只须施加一较小的静カ的油压。因此虽然已描述了滑动轴承在现有技术中原则上应用于风カ发电设备，但在专业界关于这种滑动轴承应用仍然存在保留。这样在现有技术中观点是，一静液压的系统是必要的，至少在起动阶段，以便由此不仅关于油量而且关于油压实现轴承表面的油供给，由于高的比负荷与低的滑动速度相结合不允许ー纯动液压的系统。特别是由此出发，在混合摩擦的区域内导致局部的温升和提高的磨损，从而在一风カ发电设备的行星齿轮传动装置中几乎不能实现纯动液压设计的滑动轴承。
发明内容
本发明的目的是，提供ー种行星齿轮传动装置，该行星齿轮传动装置具有改善的操作特性。该目的在开头所述传动装置中这样达到，即支承元件是ー多层滑动轴承，并且该目的通过包括该传动装置的风カ发电设备和与此无关也通过ー多层滑动轴承在风カ发电设备的传动装置、特别是一行星齿轮传动装置中的应用来实现。滑动轴承的多层的实施形式的优点在于，即使在起动阶段期间由此也可以将该滑动轴承调节到纯动液压的情況。由此本身简化传动装置、特别是行星齿轮传动装置或进ー步风カ发电设备的结构上的构造，因为不再需要为该轴承保持一最小油压的设备。滑动轴承本身通过多层性也可以配备相应的自润滑性能。轴承本身几乎不需要维护并且也不大容易损坏。优选将多层滑动轴承构成为轴承衬套，借此与滑动轴承半壳相比可以简化其在(行星齿轮)轴上或在传动齿轮中的设置，特别是也不需要关于滑动轴承的定位的调整エ作。特别是在如果出现必须更换ー滑动轴承的情况，这在维修工作中是有利的，因为以此可以缩短风カ发电设备的停エ时间并因此可以明显改善这样的风カ发电设备的经济性。在风力发电设备中的所谓的轴承失效、特别是当将轴承构成为滚动轴承时的轴承失效与风カ发电设备的其他的操作失效相比始终因风カ发电设备的长的停エ时间形成一重要的成本因素。因此利用这样的构成不仅仅由于较长寿命而可以明显降低运行成本。多层滑动轴承可以由至少ー个支承层和至少ー个滑动层构成或具有至少ー个 支承层和至少ー个滑动层，其中至少在滑动面的表面区域内滑动层具有至少75HV (0.001)、特别是至少110HV (O. 001)的维氏硬度。另ー方面，按照另一实施变型方案存在下述的可能性，即必要时在设置至少ー个中间层的情况下，在传动齿轮的容纳轴的孔的内表面上和/或在轴的外表面上涂覆ー滑动层，其中，至少在滑动面的表面区域内该滑动层具有至少75HV (O. 001)、特别是至少110HV (O. 001)的维氏硬度。通过具有一确定的最小硬度的滑动层至少在表面区域内的构成，可以减小滑动轴承的作为限制寿命的因素的磨损。由传统的滑动轴承系统出发，必须使用ー较软的轴承材料，以便在风カ发电设备的运行过程中能对付混合摩擦和弹性变形，这导致相应大的尺寸和动液压损失，不同于用于风カ发电设备的传统的滑动轴承系统，已表明，对于按照本发明使用ー多层滑动轴承，具有优点的是，使用相应硬的表面材料。以此达到另ー优点，即滑动轴承可以承受较高的相对压力，从而因此可以缩小轴承表面并因此整个的传动装置可以具有较小的旋转质量，由此可以进ー步减小损失功率。但另一方面以此也可实现传动装置的较小的结构尺寸。此外通过轴或孔表面用滑动材料的直接涂覆实现滑动轴承的较简单的结构，因此同样可以节省成本，并且以此可实现旋转质量和传动装置的结构尺寸的再次的减小。优选滑动层包括ー种材料，其选自包括铝基合金、铋基合金、银基合金、滑动漆的组。特别是这些耐磨的和摩擦学上特别有效的材料在具有高的功率密度和没有使用例如所谓“柔性销解决方案”的载荷平衡技术的小型行星齿轮传动装置中已证明是特别有利的。令人惊喜地是滑动漆也可用作为滑动层，虽然它具有约25HV (O. 001)至60HV (O. 001)的维氏硬度，因此比前面所述的滑动层是明显较软的，其中在这里硬度的増加通过添加相应的硬颗粒是可能的。还存在下述的可能性，即在滑动层上设置聚合物基的磨合层，以便以此在滑动轴承的磨合过程中达到滑动轴承滑动面与对应滑动面的一更好的适应性，其中在此有利的是，该磨合层同样改善滑动轴承本身的摩擦エ艺并且此外对于该磨合层被磨损的情况，该磨合层由于由此产生的磨损的微小的粒子不受干扰地对滑动轴承表面或在润滑油中起作用。当该聚合物基的磨合层具有比滑动层本身较小的硬度时尤其如此。在穿过传动齿轮引导的轴中为了输入和排出用干支承元件的润滑剂可以设置至少ー个通道和/或至少ー个孔。通过用新鲜油输入直接向润滑间隙中向主载荷区域的范围内针对地供油和通过针对地导出，在传动装置的运行过程中尽管具有高的载荷和混合摩擦成分仍可更好地避免较小的温升。通过润滑油流量向一最小值的优化一应该再次提到，涉及动液压运行的滑动轴承而无静液压的支持一可以使润滑油的输入压カ和输入量以及损失功率与滚动轴承解决方案中的润滑油的输入压力和输入量以及损失功率相称、滚动轴承解决方案通常关于损失功率相对滑动轴承解决方案提供明显的优点。此外其优点是，支承元件具有至少两个彼此以轴向间距设置的多层滑动轴承，因为以此一方面可以精确地实现传动齿轮的支承而另一方面可以更好地接纳可能产生的倾斜カ矩。
为了更好地理解本发明借助附图更详细地说明本发明。
其中，分别以大大示意的简化的视图示出图I是以一行星齿轮传动装置形式的传动装置的剖分侧视图，图2是行星齿轮传动装置在行星齿轮的区域内的一部分。
具体实施例方式首先应该确认，在不同的描述的实施形式中相同的部分设有相同的标记或相同的构件标记，其中在全部描述中包含的公开内容按意义可以转用到具有相同标记或相同构件标记的相同部分上。在描述中选择的位置说明，例如上面、下面、侧面等涉及直接描述的和示出的图并且在一位置改变时按意义也转到新位置上。此外来自示出的和描述的不同的实施例的单个特征或特征组合也构成本身独立的按照本发明的解决方案。图I示出用于ー风カ发电设备的简单的行星齿轮传动装置形式的传动装置I的剖分侧视图。已知的是，风カ发电设备包括一塔筒，在该塔筒的上面的端部上设置ー吊舱，在所述吊舱中支承具有各转子叶片的转子。该转子经由ー传动装置作用连接于ー发电机，该发电机同样处于吊舱中，其中，经由传动装置将转子的低转速转换为发电机转子的一较高的转速。由于风カ发电设备的这样的实施形式属于现有技术，在这方面应该參阅对此有关的文献。传动装置I具有一中心齿轮2,该中心齿轮不能相对旋转地连接于一通向发电机转子的轴3。由多个、例如两个、优选三个或四个行星齿轮3围绕中心齿轮2，不仅中心齿轮2而且各行星齿轮4具有端面啮合部5、6，所述端面啮合部相互处于啮合接合，其中这些端面啮合部5、6在图I中用交叉线表示。各行星齿轮4经由多层滑动轴承7支承在一通过ー行星齿轮销构成的轴8上，即所谓行星齿轮轴上。可以与一行星齿轮架9的至少一部分成一件构成这些轴8或将它们作为单独的构件装入行星齿轮架9的各孔中。在各行星齿轮4上设置ー内齿轮10,它在ー内表面上同样至少部分地具有一哨合部11,该哨合部与各行星齿轮4的端面啮合部6处于啮合接合。内齿轮10不能相对旋转地连接于风カ发电设备的转子的一转子轴12。各端面哨合部5、6或哨合部11可以构成为直齿哨合部或斜齿哨合部。这样的行星齿轮传动装置已同样由现有技术、例如由前面引用的关于现有技术的文件已知，在这方面无必要一进ー步的讨论。但应该指出，不仅行星齿轮传动装置的单级的实施形式在本发明的范围内是可能的，而且多级的例如两级的或三级的也是可能的，为此在至少ー个行星齿轮中可以集成其他的正齿轮级。此外应该说明，虽然是优选的，但本发明不仅用于风カ发电设备的行星齿轮传动装置中，而且一般来说可用于风カ发电设备的传动装置中，特别是用于将风カ发电设备的转子的低转速转换成ー较高的转速。多层滑动轴承7原则上可以构成滑动轴承半壳的形式。但优选将其构成为轴承衬套13、亦即行星齿轮轴承衬套。一行星齿轮4的轴承衬套13对此例如经由ー压配合或经由其他的适合的方法与行星齿轮不能相对旋转地连接。按照本发明的多层滑动轴承7包括至少ー支承层14和至少ー个涂覆在支承层上的滑动层15。滑动层15同时为轴8、亦即行星齿轮销形成一滑动面16。但也可以由此实现多层滑动轴承7的多层性，即行星齿轮销在行星齿轮4的支承 区域内和/或行星齿轮4本身在容纳行星齿轮销的孔的区域内涂覆有用于滑动层的材料。在这种情况下，通过行星齿轮4的材料、例如钢和/或通过行星齿轮销亦即轴8的材料、例如钢构成多层滑动轴承7的支承层。除多层滑动轴承7的该两层的实施形式外在本发明的范围内也存在下述可能性，即在滑动层15与支承层14之间设置中间层，例如ー轴承金属层和/或至少ー连结层和/或一扩散阻挡层。用于轴承金属层的实例是铝基的轴承金属，特别是AlSn6CuNi, AlSn20Cu, AlSi4Cd, AlCd3CuNi, AlSillCu, AlSn6Cu, AlSn40,AlSn25CuMn,AlSillCuMgNi ；铜基的轴承金属，特别是CuSn 10, CuA110Fe5Ni5, CuZn31Sil, CuPb24Sn2, CuSn8BilO ；锡基的轴承金属，特别是SnSb8Cu4, SnSbl2Cu6Pb。不同于所述轴承金属也可以采用镍基、银基、铁基或铬基合金。可以例如通过ー铝层、锡层、铜层、镍层、银层或其合金、特别是ニ元合金构成ー连结层或一扩散阻挡层。支承层14本身优选由一种硬的和均质的轴承基本材料、优选选自包括CuZn合金、例如CuZn31Si、CuSnZn的组，通过ー种AlZn合金或ー种CuAl合金、钢构成，其中这些合金可以具有总份额为最大10%重量百分比的其他的元素如Si、Mg、Mn、Ni、Zr、Ti、Fe、Cr、Mo。滑动层15优选包括一种下述的材料，所述材料选自包括Al基、AlZn基、AlSi基、AlSnSi 基、CuAl 基、CuSn 基、CuZn 基、CuSnZn 基、CuZnSn 基、CuBi 基、Bi 基、Ag 基、AlBi 基的合金和滑动漆的组。用于滑动层的优选的合金的实例是AlSn20Cu、AlZn4Si3、AlZnSi4. 5。作为滑动漆可以例如采用聚四氟こ烯、含氟树脂，例如全氟烷氧基-共聚物、多氟烷氧基-聚四氟こ烯共聚物、こ烯-四氟こ烯、聚三氟氯こ烯、氟化こ烯-丙烯共聚物、聚氟こ烯、聚偏氟こ烯、交替共聚物、无规共聚物，例如全氟こ烯丙烯、聚酯酰亚胺，双马来酰亚胺、聚酰亚胺树脂，如例如碳硼烧酰亚胺(Carboranimide )、芳香族聚酰亚胺树脂、无氢聚酰亚胺树脂、聚三偶氮均苯四酰亚胺、聚酰胺酰亚胺，特别是必要时用异氰酸酯改性的芳香族聚芳基醚，必要时用异氰酸酯改性的聚醚酰亚胺，环氧树脂、环氧树脂酷、酚醛树脂、聚酰胺6、聚酰胺66、聚甲醒、娃酮、聚芳醚、聚芳基酮、聚芳醚酮、聚芳基醚酮、聚醚醚酮、聚醚酮、聚偏ニ氟こ烯、聚硫化こ烯、烯丙基硫化物(Al lylensulf id)、聚三偶氮均苯四酰亚胺、聚酯酰亚胺、聚芳基硫化物、聚次亚こ烯硫化物、聚亚苯基硫醚、聚砜、聚醚砜、聚芳砜、聚芳酯氧化物、聚芳酯硫化物，以及由其形成的共聚物。 优选ー种滑动漆，它在干燥的状态下包括40%至45%重量百分比的MoS2、20%至25%重量百分比的石墨和30%至40%重量百分比的聚酰胺亚胺，其中必要时还可以包含硬颗粒例如氧化物、氮化物或碳化物，其在滑动漆中的份额为总额最大20%重量百分比，它代替一部分固体润滑剤。优选地，如果滑动层15通过ー滑动漆构成，则该滑动层15至少在滑动面16的区 域内具有一至少75HV (O. 001)或在25HV (0.001)至60狀(O. 001)之间的维氏硬度。 对此也可能的是，在滑动层15中向滑动面16的方向构成ー硬度梯度、特别是从支承层14向滑动面16的方向具有增加的硬度。还存在下述的可能性，即在滑动层上设置ー聚合物基的磨合层，例如ー滑动漆，该滑动漆在干燥的状态下包括40%至45%重量百分比的MoS2、20%至25%重量百分比的石墨和30%至40%重量百分比的聚酰胺亚胺。另ー方面存在下述的可能性，即在滑动层上还附加涂敷ー硬层，例如一所谓DLC层例如SiC或C。本发明的ー优选的实施形式作为支承层14采用ー无铅的Cu合金、特别是CuZn31Si，且作为滑动层15采用AlSn20Cu。此外，在优选的实施形式中，将滑动层15按照物理气相沉积法(PVD法)、特别是按照一喷镀法沉积在支承层14或一中间层上。此外可能的是，将滑动面16以ー限定的表面粗糙度沉积，以便由此特别在磨合阶段提供轴承对应表面在滑动面16上的较小的接触面。特别是该滑动面16可以具有ー按DINEN ISO 4287的算术平均粗糙度值Ra，该平均粗糙度值选自具有下限O. 5μπι与上限I. 5μπι的范围。此外，通过滑动层15的这样的形貌还改善润滑间隙的构成。图2中示出本发明的实施变型方案，其中示出一行星齿轮4的区域的剖分侧视图。在该实施变型方案中，在行星齿轮4与轴8即行星齿轮销之间设置两个以彼此轴向间距设置的多层滑动轴承7、优选又作为轴承衬套。在轴向分布中分别在ー多层滑动轴承7的旁边在多层滑动轴承7与行星齿轮架9之间设置一挡靠盘17。多层滑动轴承7的滑动层15对此一直延高到端面内到挡靠盘17中，从而因此多层滑动轴承7除径向支承功能外也实现ー轴向支承功能。通过前面描述的实施变型方案的多层滑动轴承7的相应的构成，即使没有设置各挡靠盘，一轴向导向同样是可能的。此外，行星齿轮4分别在各端侧上，沿轴向方向观察，具有环绕的环形槽18，在其中设置各多层滑动轴承7。图2还示出多层滑动轴承7的滑动面16的供油，为此经由行星齿轮架9中的ー构成ー进油ロ 20的孔19或通道形的空隙，将油向轴8中的一通道21按箭头22输入在两多层滑动轴承7之间的一中间空间23中，并且还通过行星齿轮4和轴8限定该中间空间，进油ロ与一未示出的油箱相连接。轴8、亦即行星齿轮销在油的输入区域内也可以具有一空隙
24、亦即ー在表面区域内的凹进部，以便由此有助于直到多层滑动轴承7的滑动面16的油分布。但也可能的是，只经由轴8实现油输入，亦即行星齿轮架9为此没有孔19或通道形的空隙。作为选择，对此自然存在下述的可能性，即通道21直接在各多层滑动轴承7的滑动面16的下面具有排油ロ，从而因此通道在所示的实施变型方案中在两个多层滑动轴承7的滑动面16的区域内在两排油口中終止。为了排出润滑油，在对置于供油的侧面上、亦即在多层滑动轴承7的上面的区域内，在行星齿轮销、亦即轴8中分别在各多层滑动轴承7的下面设置孔25或通常通道形的空隙，其从滑动面16的区域开始终止于一至少接近中心设置的空隙26中、特别是行星齿轮销、亦即轴8的一中心孔中，其中，经由该中心孔或空隙26将油重新返回油箱。在多层滑动轴承7的上面的区域内的排油不同于油输入也只在于在各一个多层滑动轴承7的下面的区域内在行星齿轮销的表面中的一空隙27构成为环形槽，从而多层滑动轴承7在该区域内经由两侧面的板条27、28在停止状态中支承在轴8上。 利用传动装置I的按照本发明的实施形式为了润滑油供给和保持ー静液压的压力完全不需要油泵等。在该纯动液压的解决方案中，油在无负载的轴承侧面上被输入并且通过行星齿轮4的回转运动进入轴承本身、亦即多层滑动轴承7中。虽然在传动装置I的起动阶段最初形成一混合摩擦，不过通过多层滑动轴承7的多层的结构接纳本来有害的混合摩擦。由此可以提供用于行星齿轮传动装置的成本低的传动装置I、特别是各支承元件。由于在传动装置I的按照本发明的实施形式中该传动装置无载荷平衡地工作，多层滑动轴承7的一径向移动性是可能的，从而也可以构成边缘支承。这通过硬的滑动层15和必要时的磨合层来平衡或补偿。在按照本发明的传动装置I的试验中可以看到，磨损不再点形地产生而沿多层滑动轴承7的整个圆周分布，从而这样产生的磨损不导致多层滑动轴承7的显著的功能损害或者不导致功能损害。各实施例示出传动装置I或多层滑动轴承7的可能的实施变型方案，其中，在这方面应该提到，本发明并不限于其各特别示出的实施变型方案，而更确切地说各个实施方案相互不同的组合也是可能的并且这些方案可能性由于技术处理的教导通过具体的发明处于本领域技术人员的能力范围内。为了清楚起见，最后应该指出，为了更好地理解传动装置I或多层滑动轴承7的结构，部分地不按比例和/或放大和/或缩小地示出它们或它们的各构件。附图标记列表I传动装置2中心齿轮3 轴4行星齿轮5端面啮合部6端面啮合部7多层滑动轴承8 轴9行星齿轮架10内齿轮
11啮合部12转子轴13轴承衬套14支承层15滑动层16滑动面17挡靠盘 18环形槽19 孔20 进油 ロ21 通道22 箭头23中间空间24 空隙25 孔26 空隙27 板条28 板条
权利要求
1.用于ー风カ发电设备的传动装置(I)、特别是行星齿轮传动装置，所述传动装置、特别是行星齿轮传动装置包括多个传动齿轮、特别是行星齿轮(4)，它们分别经由支承元件支承在轴(8)上，其特征在于，所述支承元件是多层滑动轴承(7)。
2.按照权利要求I所述的传动装置(1)，其特征在于，多层滑动轴承(7)构成为轴承衬套(13)。
3.按照权利要求I或2所述的传动装置(1)，其特征在于，多层滑动轴承(7)具有至少ー个支承层(14)和至少ー个滑动层(15)，其中如果所述滑动层(15)构成为滑动漆，则所述滑动层至少在滑动面(16)的表面区域内具有至少75HV (O. 001)或在25HV (O. 001)与60HV(O. 001)之间的维氏硬度。
4.按照权利要求I或2所述的传动装置(I)，其特征在干，必要时在设置至少ー个中间层的情况下，在传动齿轮的容納所述轴(8)的孔的内表面上和/或在轴(8)的外表面上涂覆滑动层(15)，其中，如果所述滑动层(15)构成为滑动漆，则所述滑动层至少在滑动面(16)的表面区域内具有至少75HV (O. 001)或在25HV (O. 001)与60HV (O. 001)之间的维氏硬度。
5.按照权利要求3或4所述的传动装置(I)，其特征在于，滑动层(15)由ー种材料构成或包括这种材料，所述材料选自包括招基合金、秘基合金、银基合金、滑动漆的组。
6.按照权利要求3或5所述的传动装置(I)，其特征在干，在滑动层(15)上设置聚合物基的磨合层。
7.按照权利要求I至6之一项所述的传动装置(1)，其特征在于，在轴(8)中为了输入和排出用干支承元件的润滑剂设置至少ー个通道(21)和/或至少ー个孔(25)。
8.按照权利要求I至7之一项所述的传动装置(I)，其特征在于，所述支承元件具有至少两个彼此以轴向间距设置的多层滑动轴承(7)。
9.风カ发电设备，包括转子和发电机，其中在所述转子与所述发电机之间设置传动装置(I)、特别是行星齿轮传动装置，所述传动装置、特别是行星齿轮传动装置与转子和发电机处于作用连接，其特征在于，传动装置(I)按照权利要求I至8之ー项构成。
10.多层滑动轴承(7)在风カ发电设备的传动装置(I)、特别是行星齿轮传动装置中的应用。
全文摘要
本发明涉及一种用于风力发电设备的传动装置(1)、特别是行星齿轮传动装置，所述传动装置、特别是行星齿轮传动装置包括多个传动齿轮、特别是行星齿轮(4)，它们分别经由支承元件支承在轴(8)上，其中，支承元件是多层滑动轴承(7)。
文档编号F03D11/02GK102834630SQ201180018621
公开日2012年12月19日 申请日期2011年4月14日 优先权日2010年4月14日
发明者A·卡里, C·弗斯特纳 申请人:米巴·格来特来格有限公司