CN105465209B - 过载联轴器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于风力发电设备的、电绝缘的过载联轴器。该联轴器包括由电绝缘材料制成的管(3)和传动装置侧或发电机侧的轮彀(1，2)。轮彀(1，2)具有轴向定向的环形法兰(120)。管(3)在轴向部段中具有环状环绕的滑动面(31)，该滑动面直接抵靠在环形法兰(120)的相对应的滑动面(121)处。以这种方式，管(3)能够取决于转矩地相对于环形法兰(120)扭转。

Description

过载联轴器
技术领域
本发明涉及一种用于WKA(WKA＝风力发电设备)的、电绝缘的过载联轴器。
背景技术
西门子公司2011年的、订购号E20001-A60-P900-V2的西门子手册《可靠的连接》在第14和15页上示出了刚性的全钢联轴器。这种专门设计用于风力发电设备的、产品系列的联轴器连接了快速运转的传动轴和发电机轴并且通常由以下部件组构成：传动装置侧具有制动盘的轮彀、中间件和发电机侧的轮彀。在此，联轴器中间件通常由电绝缘的、与两个轮彀粘接的GFK(GFK＝玻璃纤维增强塑料)管制成。以这种方式实现联轴器的电绝缘，这另外避免了发电机侧的泄漏电流导致在传动齿部中的电腐蚀。
作为过载保护，即作为针对超出其额定转矩的荷载而对传动系的保护，这种WKA联轴器在GFK管中具有保险联轴器(Rutschkupplung)。保险联轴器包括具有滑动衬垫的保险部件，例如保险轮彀或保险套筒形式的滑动部件。
图1示出WKA联轴器的如上所述在联轴器中间件的范围内的轴向剖面示意图。如在机械制造中常见的，关于旋转轴线A仅示出剖面的径向半部。GFK管3与传动装置侧的轮彀1和发电机侧的轮彀2抗扭地连接。在此，管3在其端部处外侧地粘接到传动装置侧的轮彀1的传动装置侧的环状部件11上且在其相对置的端部处外侧地粘接到发电机侧的轮彀2的发电机侧的环状部件21上。在此，设计成圆锥挤压连接形式(Kegelpressverband)的保险联轴器的功能单独集成到传动装置侧的轮彀1中。在此，与转子连接的、传动装置侧的端部件12的轴向布置的环形法兰120通过锥形的、借助于卡紧螺栓52轴向地朝向端部件12拉紧的卡紧环5径向地向外扩宽，并由此在径向方向上从内向外压向传动装置侧的环状部件11。在过载的情况下，环形法兰120的径向靠外的滑动面121相对于传动装置侧的环状部件11的径向靠内的滑动面111打滑。通过圆锥挤压连接5，120的应力和/或滑动面111，121的涂层能够调节限定的滑动力矩。这种保险联轴器的功能例如在2006年8月30日的专利EP 1 693 587 A2(ATEC-Weiss有限两合公司；A.Friedr.Flender股份公司)中进行了说明。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种用于WKA的改进了的电绝缘的过载联轴器。
根据本发明，该目的通过一种用于风力发电设备的电绝缘的过载联轴器来实现，其包括由电绝缘材料制成的管和传动装置侧或发电机侧的轮彀。其中，轮毂具有轴向定向的环形法兰，即其旋转轴线与联轴器的旋转轴线同轴地延伸的环形法兰。管在轴向部段中具有环状环绕的滑动面，该滑动面直接抵靠在环形法兰的相对应的滑动面上。沿着相对应的滑动面，管能够取决于转矩地相对于环形法兰扭转。
在此，管的抵靠在环形法兰处的轴向部段能够是管端部；但是也可行的是，轴向部段位于管的中间部、即管的与管端部间隔开的部段中。
环形法兰是环状构件，管能够布置在环形法兰的内圆周或外圆周处。在此，环形法兰和管基本上是同轴地布置的。环形法兰是传动装置侧或发电机侧的轮彀的构件，该轮彀抗扭地与传动装置轴或发电机轴连接，例如通过热压配合、挤压连接或法兰连接。环形法兰由此借助于轮彀抗扭地与传动装置轴或发电机轴连接。根据本发明，过载联轴器的取决于过载的扭转功能设置到环形法兰和管的接触面中。
本发明基于以下出乎意料的结果，即打滑或者说滑动能够直接在管和环形法兰之间进行，管特别是GFK管，环形法兰特别是钢件或铸件。在传统的过载联轴器中，管抗扭地与轮彀的环状部件连接，管与该环状部件直接接触，并且管作为过载保险单元而设有具有第一和第二保险套筒的、单独的保险部件，其中在转矩过载时，第一保险套筒打滑在第二保险套筒上，与这种传统的过载联轴器相反，在本发明中，管自身具有滑动面，在该滑动面中，管能够相对于环形法兰的相对应的滑动面扭转。
由于管本身能够相对于其所抵靠的环形法兰扭转，因此相对于传统的过载联轴器节省了部件、即独立的保险部件。相对于迄今已知的解决方案，根据本发明的解决方案通过减少所使用的部件和加工工序导致制造成本显著降低。
管的滑动面优选地进行如下加工，以便在环形法兰上实现定义的滑动效果：滑动面具有均匀的表面结构，该表面结构优选地通过机械加工(例如铣削、车削)制造。
根据本发明的优选的设计方案，管是GFK管。在此有利的是，GFK材料的电绝缘性和GFK管的高负荷能力、特别是抗扭刚度。
GFK管优选地具有以下结构：缠绕有圆周层(径向层)，以便实现针对径向变形的高刚性。该层优选地以与管轴线成约85°的角度缠绕。此外，管在约45°方向上还具有对于转矩传递而言所必需的层。
GFK管优选地由以下材料构成：树脂和玻璃纤维成分。
环形法兰的滑动面优选地进行如下加工，以便实现相对于管的、所定义的滑动效果：滑动面具有一种表面结构，其优选地通过机械加工(例如铣削、车削)制造。滑动面的粗糙度在处于直到Ra＝6.3μm或Rz＝10μm(Ra＝平均粗糙度；Rz＝平均粗糙深度)为止的范围内。环形法兰优选地具有根据现有技术水平已知的、公差等级为7的圆跳特性。
根据本发明的优选的设计方案，环形法兰由金属材料、特别是由钢或者铸造材料、例如铸铁制成。在此有利的是，环形法兰是稳定的且能够成本低廉地制造。
环形法兰优选地具有以下结构：提供柱状的、多倍柱状的或锥形面作为滑动面。如上所述对其进行机械加工。此外，为了与其它组件连接，环形法兰能够具有多个用于螺栓或密配螺栓的孔。其它的形状配合连接，例如滑键、从动齿部或弧形齿部也是可以考虑的。
环形法兰优选地由以下材料制成：钢或铸造材料。
滑动面优选地借助于润滑膏均匀润湿，以便实现尽可能“无粘滑”的滑动。
根据本发明的优选的设计方案，管径向地从外部抵靠在环形法兰处。在此有利的是，在传统的过载联轴器中对于在管和环状部件之间的粘接连接所必需的环面能够直接用作摩擦面。
根据本发明的优选的设计方案，管径向地从内部抵靠在环形法兰处。在此有利的是，在传统的过载联轴器中对于在管和环状部件之间的粘接连接所必需的环面能够直接用作摩擦面。
根据本发明的优选的设计方案，联轴器具有卡紧部件，环形法兰能够通过该卡紧部件径向地变形并由此在径向上相对于管卡紧。在此，卡紧部件能够具有锥形环的形状，其锥面能够在轴向方向上朝向环形法兰移动。环形法兰和卡紧部件优选地具有各一个锥面，这两个部件能够沿锥面朝向彼此移动。通过卡紧部件和环形法兰的相对移动产生环形法兰的径向变形。在此有利的是，借助于卡紧部件能够精确地定义环形法兰的径向变形，由此定义管和环形法兰的卡紧并且因此定义开始出现打滑时的转矩。
根据本发明的优选的设计方案，卡紧部件径向地布置在环形法兰的内部，从而使环形法兰能够径向扩宽。在此有利的是，GFK管仅须从内部精确地制造。外部的管面不必事后进行加工，可以保持在原始状态(缠绕)中。
根据本发明的一种优选的设计方案，卡紧部件径向地布置在环形法兰的外部，从而使环形法兰能够径向变窄。在此有利的是，GFK管仅须从外部精确地制造。内部的管面不必事后进行加工，可以保持在原始状态(缠绕)中。
根据本发明的一种优选的设计方案，联轴器附加地具有支承环，其中，管径向地布置在环形法兰和支承环之间。支承环的优点在于，能够增加用于转矩传递所必需的、从环形法兰施加到管上的压力，而GFK管自身延展不超过容许的界限。安装在管的背离环形法兰的圆周面上的支承环反作用于通过环形法兰施加到管上的径向压力，并支承管以抵抗其不允许的宽度上的延展。视环形法兰相对于管的、即外部或内部抵靠的布置而定，支承环绷紧在管的内圆周或外圆周上。
附图说明
下面根据多个实施例并借助于附图对本发明进行说明。分别示意性地且未按比例地示出：
图2是本发明的第一种设计方案的轴向剖面，在该设计方案中，管径向地从外部抵靠在环形法兰处；
图3示出本发明的另一种设计方案的轴向剖面，在该设计方案中，管径向地从内部抵靠在环形法兰上；
图4示出如在图2中的轴向剖面，仅具有附加的支承环；
图5示出如在图3中的轴向剖面，仅具有附加的支承环；
图6示出本发明的另一种设计方案的轴向剖面，在该设计方案中，管径向地从外部抵靠在环形法兰上且卡紧部件径向地从内部扩宽法兰；
图7示出本发明的另一种设计方案的轴向剖面，在该设计方案中，管径向地从内部抵靠在环形法兰上且卡紧部件径向地从外部使法兰变窄；
图8示出如在图6中的轴向剖面，仅具有附加的支承环；
图9示出如在图7中的轴向剖面，仅具有附加的支承环。
具体实施方式
图2示出本发明的第一种设计方案的轴向剖面，在该设计方案中，管3径向地从外部抵靠在轮彀1，2的环形法兰120上。即使图2关于图1示出了传动装置侧的轮彀1，2，但不应局限地理解该示意图；轮彀1，2可以是WKA联轴器的传动装置侧的轮彀1或者发电机侧的轮彀2。环形法兰120与轮彀1，2的余下的部件刚性地连接。在此，管3利用构造在管3的内圆周上的滑动面31抵靠在环形法兰120的相对应的滑动面121处，该滑动面构造在环形法兰120的外圆周上。通过利用压配合将管2压到环形法兰120上，实现管3在环形法兰120上的安装。管3由此在容许的界限内延展。
其轴向长度通过垂直延伸的虚线在图2中示出的滑动面121，31通过压配合以一定的力相互挤压，从而使得所定义的摩擦力在其之间起作用。如果在轮彀1，2和管3之间起作用的转矩超过滑动面31，121之间的摩擦力，则通过滑动面121，31滑动到彼此之上，使管3和环形法兰120朝向彼此扭转。
图3示出本发明的另一种设计方案的轴向剖面，在该设计方案中，管3径向地从内部抵靠在环形法兰120处。环形法兰120与图2中的类似。在图2的管3径向地从外部接触环形法兰120的实施变体的区别在于，在此，管3径向地从内部抵靠在环形法兰120处。通过利用压配合将管3挤压到环形法兰120中，实现管3在环形法兰120中的安装。管3由此在容许的界限内变窄。
图4示出本发明的另一种设计方案的轴向剖面，该轴向剖面与在图2中示出的轴向剖面相似。区别在于，在图4中，管3在滑动面的轴向部段中在其外圆周上承载着支承环6。支承环6反作用于通过环形法兰120径向地从内部施加在管3上的压力；支承环支承着管以防其不允许的宽度上的延展。管-环形法兰-支承环的组合的安装通过以下方式进行，首先将支承环6移至管3上。然后利用压配合将管3及置于其上的支承环6挤压到环形法兰120上。管3由此在通过支承环6预设的界限内延展。
图5示出本发明的另一种设计方案的轴向剖面，该轴向剖面与在图3中示出的轴向剖面相似。区别在于，在图5中，管3在滑动面的轴向部段中在其内圆周上承载着支承环6。支承环6反作用于通过环形法兰120径向地从外部施加到管3上的压力；其支承着管以防其不允许的大的径向变窄或者说顶锻(Stauchung)。管-环形法兰-支承环的组合的安装通过以下方式进行，首先将支承环6移至管3中。然后利用压配合将管3及置于其中的支承环6挤压到环形法兰120中。管3由此在通过支承环6预设的界限内变窄。
图6示出本发明的另一种设计方案的轴向剖面，在该设计方案中，管3径向地从外部抵靠在环形法兰120处且环状的卡紧部件5径向地从内部扩宽环形法兰120。在此，卡紧部件5具有锥形环的形状，其径向朝外的面51锥形地扩宽。环形法兰120的指向卡紧部件5的圆周面122设计成与卡紧元件5方向相反的锥形。环形法兰120和卡紧部件5能够沿其两个锥形面51，122在轴向上相对彼此移动。该相对移动能够由此进行，即借助于卡紧螺栓52将卡紧部件5在朝轮彀1，2的端部件13的方向拉紧。通过该相对移动产生环形法兰120的径向变形。通过轴向移动的长度能够调整该变形并由此调整环形法兰120相对于GFK管3的卡紧。
图7示出本发明的另一种设计方案的轴向剖面，在该设计方案中，管3径向地从内部抵靠在环形法兰120处且卡紧部件5径向地从外部使法兰120变窄。关于图4的设计方案所述的内容在此也相应地适用，仅具有以下区别，即环形法兰4在此不是径向扩宽，而是径向变窄，即被顶锻。
图8示出本发明的另一种设计方案的轴向剖面，该轴向剖面与在图6中示出的轴向剖面相似。区别在于，在图8中，管3在滑动面的轴向部段中在其外圆周上承载着支承环6。该支承环6反作用于通过环形法兰120径向地从内部施加到管3上的压力；其支承着管以防其不允许的宽度上的延展。
图9示出本发明的另一种设计方案的轴向剖面，该轴向剖面与在图7中示出的轴向剖面相似。区别在于，在图9中，管3在滑动面的轴向部段中在其内圆周上承载着支承环6。该支承环6反作用于通过环形法兰120径向地从外部施加在到管3上的压力；其支承着管以防止其不允许的大的径向变窄或者说顶锻。
尽管通过优选的实施例对本发明进行了详尽的说明与描述，但本发明不局限于已公开的实例，并且本领域技术人员可以从中推导出其它变体，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (20)

1.一种用于风力发电设备的、电绝缘的过载联轴器，包括由电绝缘材料制成的管(3)和传动装置侧或发电机侧的轮彀(1，2)，其中，所述轮彀(1，2)具有轴向定向的环形法兰(120)，其中，所述管(3)在轴向部段中具有环状环绕的滑动面(31)，所述滑动面直接抵靠在所述环形法兰(120)的相对应的滑动面(121)处，从而使所述管(3)能够取决于转矩地相对于所述环形法兰(120)扭转。
2.根据权利要求1所述的联轴器，其中，所述管(3)是玻璃纤维增强塑料管。
3.根据权利要求1或2所述的联轴器，其中，所述环形法兰(120)由金属材料制成。
4.根据权利要求3所述的联轴器，其中，所述金属材料是钢或铸造材料。
5.根据权利要求1或2所述的联轴器，其中，所述管(3)径向外侧地抵靠在所述环形法兰(120)处。
6.根据权利要求4所述的联轴器，其中，所述管(3)径向外侧地抵靠在所述环形法兰(120)处。
7.根据权利要求1或2所述的联轴器，其中，所述管(3)径向内侧地抵靠在所述环形法兰(120)处。
8.根据权利要求4所述的联轴器，其中，所述管(3)径向内侧地抵靠在所述环形法兰(120)处。
9.根据权利要求1或2所述的联轴器，其中，所述联轴器具有卡紧部件(5)，所述环形法兰(120)能够通过所述卡紧部件变形并由此能够轴向地相对于所述管(3)卡紧。
10.根据权利要求6所述的联轴器，其中，所述联轴器具有卡紧部件(5)，所述环形法兰(120)能够通过所述卡紧部件变形并由此能够轴向地相对于所述管(3)卡紧。
11.根据权利要求8所述的联轴器，其中，所述联轴器具有卡紧部件(5)，所述环形法兰(120)能够通过所述卡紧部件变形并由此能够轴向地相对于所述管(3)卡紧。
12.根据权利要求9所述的联轴器，其中，所述卡紧部件(5)是锥形环形状的卡紧部件。
13.根据权利要求10或11所述的联轴器，其中，所述卡紧部件(5)是锥形环形状的卡紧部件。
14.根据权利要求12所述的联轴器，其中，所述卡紧部件(5)径向地布置在所述环形法兰(120)的内部，从而使所述环形法兰(120)能够径向地扩宽。
15.根据权利要求13所述的联轴器，其中，所述卡紧部件(5)径向地布置在所述环形法兰(120)的内部，从而使所述环形法兰(120)能够径向地扩宽。
16.根据权利要求12所述的联轴器，其中，所述卡紧部件(5)径向地布置在所述环形法兰(120)的外部，从而使所述环形法兰(120)能够径向地变窄。
17.根据权利要求13所述的联轴器，其中，所述卡紧部件(5)径向地布置在所述环形法兰(120)的外部，从而使所述环形法兰(120)能够径向地变窄。
18.根据权利要求1或2所述的联轴器，其中，所述联轴器具有支承环(6)，其中，所述管径向地布置在所述环形法兰(120)和所述支承环(6)之间。
19.根据权利要求15所述的联轴器，其中，所述联轴器具有支承环(6)，其中，所述管径向地布置在所述环形法兰(120)和所述支承环(6)之间。
20.根据权利要求17所述的联轴器，其中，所述联轴器具有支承环(6)，其中，所述管径向地布置在所述环形法兰(120)和所述支承环(6)之间。
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