具有传动系的风力发电设备的制作方法

在已知的风力发电设备中，围绕大体上水平的轴线可旋转的转子通过风进行旋转。在此，该转子与转子轴并且通过齿轮传动装置与发电机固定连接，以将该转子的转动能量转换成电能。

为了可旋转地支承该转子而已知的是，将该风力发电设备的传动系以所谓的三点支承来支承。在此，该转子轴通过靠近与该转子的连接区域安排的前部轴承支承并且在后部区域中连接到该齿轮传动装置，该齿轮传动装置紧固在该风力发电设备的机架处的两个侧向齿轮支座处。该转子轴在此类的三点支承中尤其在弯曲负载方面支撑在该齿轮传动装置的轴承上。

在文献de102006027543a1中描述了一种风力发电设备的转子的三点支承的不同变体。这些变体的共同之处在于：用于该转子轴的前部轴承设计为固定轴承，该固定轴承也可以接收轴向力，并且在该转子轴与该第一齿轮级之间设置有离合器，以便使该齿轮传动装置免受例如由于作用在该转子上的风力而产生的该转子轴的变形，从而使该齿轮传动装置不受损坏。为此，可以根据de102006027543a1设置一个扭转盘，该扭转盘通过齿式离合器与该第一齿轮级共同作用，以便补偿轴向力或弯曲变形。通过可松脱的轴-毂连接替代性地至少避免将轴向力传递到该齿轮传动装置上。然而，对应的连接是不利的，这是因为，由于待传递的扭矩，这些连接在生产上通常是高耗费的。

因此本发明所基于的目的在于，创造一种风力发点设备，其中，不再出现或仅还在更小的范围内出现从现有技术已知的缺点。

这个目的通过根据主权利要求所述的一种风力发电设备实现。有利的改进方案是从属权利要求的主题。

因此，本发明涉及一种具有传动系的风力发电设备，该传动系包括转子轴和具有第一齿轮级的行星齿轮，其中，该转子轴与该第一齿轮级的行星齿轮架固定且无游隙地连接，其中，该转子轴在背离第一齿轮级的侧面上以环形滚子轴承支承在第一支撑结构上，与该转子轴固定且无游隙地连接的该行星齿轮架以作为固定轴承的力矩轴承来支承，其中，该力矩轴承的外环与壳体连接，且该力矩轴承的外环与壳体的组合件通过环形地围绕转子轴安排的至少三个弹性悬挂元件与第二支撑结构连接。

首先解释几个结合本发明使用的术语。

“行星齿轮”是一种绕转式齿轮传动装置，该绕转式齿轮传动装置在每个齿轮级中包括内齿空心轮、外齿中心轮和行星齿轮架作为齿轮部件，该行星齿轮架具有安排在其上的至少一个绕转式齿轮，该绕转式齿轮接合到该空心轮的齿部和该中心轮的齿部中。一般来说，行星齿轮的齿轮级的这些齿轮部件中的一个齿轮部件（通常空心轮）被固定，而另外两个齿轮部件能够以通过该齿轮传动装置的这些单独齿轮的尺寸而预定的传动比来围绕一条共同的轴线旋转。一个行星齿轮可以具有多个齿轮级。然而，行星齿轮也可以仅包括一个齿轮级，其中，于是该第一齿轮级同时是唯一的齿轮级。

“环形滚子轴承”（也被称为“carb轴承”或“carb环形滚子轴承”）是单排滚动轴承，其具有对称的、相对长的、略呈球形的滚子和环形成型的滚道。对应的轴承只能够承受径向荷载，因此它们原则上只能够作为浮动轴承来使用。

术语“力矩轴承”表示旋转轴承，其允许轴向力和径向力的传递以及接收未围绕旋转轴线作用的力矩。力矩轴承尤其可以接收作用于支承在其中的轴的弯曲力矩。

当在连接的通常预期的荷载下实际上在如此连接的部件之间未出现相对运动时，该连接于是被视为“固定且无游隙的”。

“孔图”是指用于两个部件之间的螺栓连接部的孔的安排，其中，仅如下的孔属于该孔图，螺栓在已安装状态下实际上也被引导穿过所述孔。结合本发明，未被用于螺栓连接部的孔不属于孔图。如果一个孔图的这些孔以一个圆来安排，则该孔图可以通过这些单独孔的直径的说明、所述孔的孔圆的直径、在孔圆上的孔的数量、以及在孔圆上的孔的位置来限定。

当在各相邻的元件之间的角度间距总是同样大时，元件（例如孔圆上的孔或围绕转子轴线的悬挂元件）于是被视为“沿周向均匀分布”。

在本发明的风力发电设备中，由风施加至传动系的所有转子推力以及或许有的弯曲力矩经由安排在与转子轴固定且无游隙地连接的行星齿轮架上的固定轴承、经由弹性悬挂元件被传入第二支撑结构中。环形滚子轴承是浮动轴承，其除了重力外基本上还用于接收作用于传动系的俯仰力矩和横摆力矩。由于其特殊设计，该环形滚子轴承在有角度误差和轴向游隙时也非常稳固，因此本发明的轴承组件不需要浮动轴承相对于固定轴承的高度精确的对齐（如从现有技术中的轴承概念已知的）。与理论上理想的对齐的可能偏差一般通过环形滚子轴承来顺利补偿。同样的情况适用于在风力发电设备运行期间由弹性悬挂元件的可能变形造成的可能的轴承变化。在此，环形滚子轴承因其紧凑的结构方式和稳固性也能够良好地应用在具有超过2.5m的轴直径的风力发电设备中。

所述壳体优选是齿轮壳体，该行星齿轮的第一齿轮级和在适当时其他齿轮级的其他部件与该齿轮壳体固定地或可旋转地连接。在此情况下，由于力矩轴承的外环与壳体的（在其他实施方式中也）优选固定且无游隙的连接，第一齿轮级的行星齿轮架相对于齿轮壳体的这种支承保证：行星齿轮架转动轴线的位置相比于齿轮壳体和由此行星齿轮的其余部件即便在受荷载情况下也实际上不变。这尤其也适用于第一齿轮级的带有内齿的空心轮和带有外齿的中心轮。在此，该空心轮例如可以与该壳体固定地连接，而该外齿中心轮通过合适的轴承相对于该齿轮壳体可旋转地支承。

由于根据本发明将固定轴承设计成力矩轴承，因此可以实现在齿轮壳体与行星齿轮架之间的精确的轴向引导，即，在轴承的适当设计中齿轮壳体与行星齿轮架在轴向方向上实际上无法再相对于彼此移动。还可以接收该轴承的倾斜力矩。结果，即便在传动系的高荷载下也能够避免第一齿轮级的单独部件的有害的相对位移。可以省去如在现有技术中为了使齿轮传动装置避免转子轴变形而设置的离合器。

优选的是，设有六个或更多个、进一步优选十六个或更多个弹性悬挂元件，其中，这些悬挂元件优选沿周向均匀分布。通过在弹性悬挂元件上的对应数量和安排，经该壳体的力流可以很好地分散并且可避免在壳体内的特别高的力峰值。

优选的是，所述弹性悬挂元件为圆柱形的。这种结构形式在尤其在圆柱的径向上的承载能力高的同时允许简单且成本有效地进行制造。所述结构形式也被称为超级衬套。

还优选的是，这些弹性悬挂元件以其圆柱轴线平行于转子轴线安排。所述安排允许很好地接收俯仰力矩、横摆力矩以及扭矩，在此接收在弹性悬挂元件的轴向上的转子推力。另外，一般可以通过所述安排来保证还有单独的悬挂元件的简单的可更换性。

优选的是，这些弹性悬挂元件的弹性与方向相关地设计，其方式为使得在周向上存在足够的刚性，以便只通过这些悬挂元件将齿轮扭矩完全引导到该第二支撑结构中。通过对应设计这些悬挂元件，可以省去用于齿轮传动装置的单独的扭矩支撑件。通过省掉侧向的扭矩支撑件可以将传动系设计得明显更细长，由此，运送宽度被减小且传动系运送被简化。

这些悬挂元件例如可以由橡胶构成。第二支撑结构可以呈环形地围绕转子轴延伸。

力矩轴承可以是滑动轴承或滚动轴承。如果设置有滚动轴承，则优选的是，该滚动轴承是具有呈x形或o形安排的倾斜位置的双排圆锥滚子轴承。对应的力矩轴承允许无游隙且可承受高荷载的支承，在此，所需要的单独轴承部件的张紧也由于小的张紧长度而基本上不易受到可能有的温度作用的影响。相比于具有x形安排的可比较的轴承，o形安排的突出之处在于具有还要更高的力矩接收能力。

优选的是，该圆锥滚子轴承具有优选被感应硬化的分开的外环或内环，其中，分开的环的这些部分优选具有用于螺栓连接部的多个孔。可以通过孔使该力矩轴承的安装、张紧和/或轴向固定变得简单。在此，力矩轴承可以经由该壳体与这些弹性悬挂元件连接。在此情况下，该力矩轴承例如可以通过已知方式安装在该壳体内并与之连接。因为在此组合件中这些弹性悬挂元件接合至壳体，因此实现了从力矩轴承经壳体和悬挂元件至第二支撑结构的力流。

但也可能的是，该力矩轴承的外环直接与弹性悬挂元件连接，以便可以实现将从轴承产生的力直接力传递至支撑结构中。但因为在此情况下该壳体还与轴承的外环连接，因此由行星齿轮和在适当时其他与之相连的部件的重量引起的力也经由轴承的外环和这些悬挂元件被导入第二支撑结构中。

另外，一个优选实施方式提出，该分开的环的该一个部分具有无螺纹的通孔，而该分开的环的该另一个部分、优选是更远离该环形滚子轴承的那部分具有带内螺纹的孔。即，在此情况下，所述环由两个环构成，它们以同中心地安排的方式构成所述内环或外环。在此，在这两个环之间的分离接缝优选地如下地构型，使得能够通过减小接缝宽度（优选地减小到零）或通过对应地张紧这两个部分来实现轴承预应力，通过该轴承预应力然后尤其可以防止该内环和外环的相对轴向运动。对此，在x形安排中至少分开地设置所述外环，在o形安排中至少分开设置所述内环。通过对应的设计，可以实现圆锥滚子轴承的简单安装和张紧。

即，在此情况下，该外环由两个环组成，这些环同中心地安排而构成该外环。在此，在这两个环之间的分离接缝优选地如下地设计，使得能够通过减小接缝宽度（优选地减小到零）或通过对应地张紧该外环的这两个部分来实现轴承预应力，通过该轴承预应力然后尤其可以防止该内环和外环的相对轴向运动。

也可以提出，该第一齿轮级的行星齿轮架在该双排滚动轴承的背离该转子轴的侧面上以设计为浮动轴承的支撑轴承而支承在该齿轮壳体内。通过此类额外的支承可以在该齿轮壳体中实现该行星齿轮架的固定-浮动支承。由此，进一步提高以下安全性：即使在荷载情况下也不改变该行星齿轮架的旋转轴线相对于该齿轮壳体的位置。该支撑轴承可以是滚动轴承、优选是圆柱滚子轴承。于是，该支撑轴承尤其用于拦挡住（abzufangen）齿轮传动装置的自重。这尤其在以下情况时是有利的：还将附加的正齿轮传动级或发电机直接凸缘连接到该行星齿轮上。因为在此齿轮传动装置重心向后、即离开转子轴地远移，因此在没有附加的支撑轴承的情况下须由力矩轴承拦挡住整个齿轮传动装置重量。而在齿轮传动装置很紧凑地构造的实施方式中可以省去所述支撑轴承，因为齿轮传动装置重量和所造成的且比较小的传动装置重力矩可以完全被力矩轴承接收。

所述第一和/或第二支撑结构可以被固定在机座上或与其实施为单件式的。该机座接收作用于固定在那里的部件的所有的力并且最终将其导入风力发电设备的塔中。在此，该机座可以被联接至安排在塔上的方位轴承，以变实现该机座和通常相对其位置固定地安排的转子轴在方位角方向上的旋转。为了最终的旋转设有方位驱动机构，而为了将机座固定在特定的方位角位置上设有一般呈方位制动钳形式的方位制动器。

在具有用于容纳用于支承风力发电设备的转子的部件的机座的本发明风力发电设备中、但在适当时也在任何其他的风力发电设备中，优选的是：该机座具有凸缘，该凸缘所具有的孔图与该风力发电设备的方位轴承的孔图相同，并且设有用于容纳至少六个方位驱动机构的载体板，其中，该载体板所具有的孔图与该方位轴承的孔图相同并且该载体板被安排在该机座与方位轴承之间，其方式为使得该机座在该方位轴承上的螺栓连接部被引导穿过该载体板的该孔图。

因此，方位驱动机构的固定不再是直接在机座上进行，其中机座通常是铸件，该铸件在适当时必须复杂且成本高昂地设有合适的、特别设计的用于方位驱动机构的保持件；而是通过本发明所提供的载体板来进行，其或其在机座与方位轴承之间的安排在适当时得到单独保护。

载体板的突出之处在于下述孔图，其对应于在机座以及方位轴承的凸缘上的孔图，从而使得该载体板可以通过被提供用于将机座固定在方位轴承上的螺栓连接部顺利地被张紧，从而不需要对其进行单独固定。

此外，载体板还具有用于其数量超出常见的方位驱动机构数量的方位驱动机构的容纳部，所述容纳部优选也全都设有方位驱动机构。通过附加的方位驱动机构，在单独的驱动机构处被引入载体板中的反作用力和由此造成的无用力矩（krempelmomente）可以被减小，从而使得载体板可以具有比仅具有四个方位驱动机构的板更小的厚度。

优选的是，该载体板设计用于容纳八个或更多个方位驱动机构。在此还适用的是，在该载体板的为此提供的各个容纳部中优选各自设有一个方位驱动机构。

在背离方位驱动机构的容纳部的侧面上，该载体板可以具有至少五个、优选至少八个用于方位制动器的容纳部，其中，优选在为此提供的各个容纳部中各自设有一个方位制动器。

现在，借助有利实施方式参照附图来示例性地描述本发明。在附图中：

图1：以截面视图示出了一种根据本发明的风力发电设备的第一实施例的传动系的示意性局部视图；

图2：示出了图1的风力发电设备的弹性悬挂元件安排的示意性细节视图；

图3a、b：示出了图1的风力发电设备的载体板连同固定在其上的方位驱动机构和方位制动器的示意性细节视图。

图1中示意性地示出了具有与本发明相关的部件的根据本发明的风力发电设备的传动系1。

传动系1包括转子轴，在该转子轴的一个端部3上固定风力发电设备的转子（未示出）。在转子轴2的另一个端部4上安排有行星齿轮10，仅示出了该行星齿轮的第一齿轮级11。

第一齿轮级11包括内齿空心轮12、外齿中心轮13以及具有安排在其上的绕转式齿轮15的行星齿轮架14作为齿轮部件，这些绕转式齿轮接合到空心轮12的齿部和中心轮13的齿部中。空心轮12与齿轮壳体16固定连接，而中心轮13通过为了清楚起见而未示出的滚动轴承相对于齿轮壳体16可旋转地支承。下面还要对行星齿轮架14通过双排滚动轴承20和（任选的）支撑轴承25在齿轮壳体16中的支承进行详细说明。

转子轴2在设置用于与转子的端部3连接的区域中通过环形滚子轴承5支承在环形的且完全包围转子轴2的第一支撑结构30上。转子轴2在该转子轴的另一端部4处通过仅所指示的螺栓连接部6与第一齿轮级11的行星齿轮架14固定且无游隙地连接。

通过螺栓连接部6和间隔轴套7，滚动轴承20的内环21进一步通过张紧而紧固在第一齿轮级11的行星齿轮架14处。滚动轴承20设计为具有呈x形安排的倾斜位置的双排圆锥滚子轴承。该双排滚动轴承20的该外环22分段为两个环23、23'。通过如图1所示的外环22的张紧，两个环23、23'被如此相互张紧，使得获得轴承预应力，借此可以防止内环21相对于外环22的轴向相对运动。替代于所示的、具有呈x形安排的倾斜位置的双排圆锥滚子轴承，呈o形安排的倾斜位置或设计为力矩轴承的滑动轴承也是可能的。

替代于作为所示实施方式，滚动轴承20也可以在外环22或内环21上带有孔，经由这些孔可以借助螺栓将预紧力传递到支撑结构中。例如3mw级的小型风力发电设备的尤其是也呈o形安排的对应轴承是已知的，但在那里作为轴承被直接用在转子毂中。

行星齿轮架14还在双排滚动轴承20的背离转子轴2的侧面上以设计为浮动轴承的支撑轴承25支承在齿轮壳体16内。因为双排滚动轴承20与齿轮壳体16连接并且于是相对于齿轮壳体16构成固定轴承，所以通过支撑轴承25在齿轮壳体16内实现对行星齿轮架14的固定-浮动支承。但是，不带支撑轴承25的实施方式也是可能的。

壳体16通过多个弹性悬挂元件18被固定在环形的且完全包围转子轴2的第二支撑结构31上。弹性悬挂元件18是圆柱形橡胶元件，其各自的圆柱轴线平行于转子轴线定向。如图2大略所示，围绕转子轴2均匀分布有共32个弹性悬挂元件18。在此，与方向相关地设计悬挂元件18的弹性，其方式为使得在周向上有足够的刚性，以便仅通过悬挂元件18就将齿轮扭矩完全引导到第二支撑结构31中，从而使得可以省去独立的扭矩支撑件。但同时应通过这些悬挂元件至少部分地补偿因风载造成的转子轴2的弯曲变形，并且可以将从齿轮传动装置10到第二支撑结构31的振动传递最小化。

第一和第二支撑结构30、31都被固定在实施为铸件的机座40上。在其底面上，机座40具有凸缘，该凸缘具有安排在孔图41中的盲孔42，其中，孔图41与方位轴承的内环的孔图（仅所指示地）一致，因此机座40原则上能够通过已知的方式方法被固定在方位轴承上。

此外，在所示实施例中设有载体板50，其在图3a、b中被再次孤立示出。载体板50同样具有由通孔52组成的孔图51，该孔图对应于机座40的孔图41或方位轴承的孔图。因此，载体板50可以如此安排在机座40和方位轴承之间，使得机座40在方位轴承上的已知螺栓连接部被引导穿过载体板50的孔图51，借此可靠固定载体板50。

如图3a、b中可看到的，在载体板50上在对应容纳部中设有共14个方位驱动机构60，借此实现对风力发电设备的方位调整。在载体板50的底面上设有共十二个设计为制动钳的方位制动器61，借此能够将风力发电设备固定在预定的方位角位置上。

通过将方位驱动机构60和方位制动器61安排在载体板50上，可以省去更复杂的且因而在制造中更成本密集的对机座40的造型。同时，通过各自所选数量的方位驱动机构60和方位制动器61，作用于载体板50的无用力矩可以保持很小，从而既不需要特别大的载体板50厚度，也不需要高成本地加强载体板50。