CN112135967A - 用于风力发电设施的转子叶片的旋转连接件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于风力发电设施的转子叶片的旋转连接件，尤其涉及这样的旋转连接件的内环。该旋转连接件例如被用于调节风力发电设施的转子叶片。根据本发明的用于风力发电设施的转子叶片的旋转连接件包含外环和内环。该内环具有朝向转子叶片方向的支撑面以及朝向转子毂件方向的拧接面。该支撑面和该拧接面是彼此平行地布置的并且设有各自具有中轴线的穿孔。在外环与内环之间布置有成彼此上下放置的至少两个列(I/II)的滚动体，其中这些滚动体具有滚动体直径(d)。根据本发明，至少下方的列(I)被布置成其滚动体中心在该拧接面的下方。

Description

用于风力发电设施的转子叶片的旋转连接件
技术领域
本发明涉及一种用于风力发电设施的转子叶片的旋转连接件，尤其涉及这样的旋转连接件的内环。该旋转连接件例如被用于调节风力发电设施的转子叶片。
旋转连接件一般由外环、内环和滚动体构成。内环和外环能够单件式地实施或者还可以多件式地实施。滚动体能够呈球形、截锥形或圆柱形的。此外，根据旋转连接件的使用情况，两个环借助于密封件相对于彼此被密封。根据类型、实施方式和需求，滚动体借助于保持架以限定的距离被固持。
旋转连接件应用于构件在轴向布置中分别被装配在内环和外环上的、以枢转或者旋转的方式实施相对运动的那个位置。这例如在塔式起重机的托架、挖掘机的上部结构、风力发电设施的机舱、以及风力发电设施的转子叶片中是这种情况。
内环和外环一般由轧制环、锻造环或铸钢环来实施，以便适应相应使用情况的高负荷。内环和外环通常设有滚道面，滚动体在这些滚动面上绕自身的轴线旋转式地滚动。所述滚动体能够形状配合或者还力配合地在处于相应滚道面上的位置上被在旋转连接件内部固持在位。
由于诸如环形锻造件、环形轧制件或铸钢件的内环和外环的制造方法，它们能够具有单独的轮廓并且根据使用情况初成形-再成形(ur-umgeformt)并且随后进行机械加工。例如，所描述的本发明的主题是一种用于调节风力发电设施的转子叶片的内环，该内环是具有滚动体的旋转连接件的部件。
由于转子叶片的容纳部一般轴向地与旋转连接件的轴承环中的一个轴承环相拧接，因此容纳面和孔的类型、位置和形状是针对使用和安装情况而单独制造的轴承环的设计的重要方面。对于相应环的设计的另一个重要方面是各自所需的空间需求，对内环和外环上的拧接均占据该空间需求并且因此可能对周围结构造成不利影响。
旋转连接件通常直接被包含在驱动技术装置中。在此，根据实施方式，内环或外环起积极作用。根据方式和用途，提供带有齿部的内环或外环，该齿部可以借助于固定的驱动器被枢转或者被扭转。除了齿部的变体之外，内环或外环还可以具有与线性的调节驱动器相连的几何形状。
背景技术
EP 2 304 232 B1公开了呈球形旋转连接件的形式的、具有两个列的旋转连接件，该旋转连接件没有集成的驱动装置的功能。而US 7 331 761 B2公开了具有两个滚道面和位于内环上的集成的齿部的、用于调节风力发电设施的转子叶片的旋转连接件。
图1例如展示了具有带有齿的内环的旋转连接件的部件(Einsatz)，该部件与根据现有技术的转子叶片和转子毂件相拧接。
此外，在DE 10 2013 101 233 A1中公开了呈转子叶片延长部的形式或者也被称为扩展器(Extender)的附加元件，该附加元件应能够实现不同的转子叶片与转子毂件的调适。
发明内容
本发明的目的在于，
-为将转子叶片与内环轴向拧接连接提供理想的空间条件，
-为转子叶片相对于旋转连接件的列的滚动圆拧接连接提供较大的圆孔直径变化，
-通过内环的较大的圆柱形长度实现理想的刚度分布，
-使转子叶片延长并且因此提高风力发电设施的产量。
该目的解决方案通过权利要求1的特征来实现，其中从属权利要求描述另外的设计方案。
根据本发明的用于风力发电设施的转子叶片的旋转连接件包含外环和内环。该内环具有朝向转子叶片方向的支撑面以及朝向转子毂件方向的拧接面。该支撑面和该拧接面是彼此平行地布置的并且设有各自具有中轴线的穿孔。在外环与内环之间布置有成彼此上下放置的至少两个列I/II的滚动体，其中这些滚动体具有滚动体直径d。根据本发明，至少下方的列I被布置成其滚动体中心在该拧接面的下方。
针对一个主要的实施方式，下方的列I的滚动体中心具有的从该滚动体中心到这些穿孔的中轴线测得的径向距离X大于/等于1.5×该滚动体直径d，以及
具有的从该滚动体中心到该拧接面测得的轴向距离Y大于/等于2×该滚动体直径d，以及
具有的在该支撑面与该拧接面之间测得的平行偏置尺寸Z大于/等于0.7×该滚动体直径d。
针对另一个实施方式，在该内环的下方、与该拧接面邻接地布置有结构空间，该结构空间是由该径向距离X和该轴向距离Y限定的并且呈圆柱形或圆环形。
针对另一个实施方式，该拧接面具有与该支撑面平行的面部分，其中该平行的面部分旋转对称地延伸过整个内环。替代性地，环绕的剩余面包围各个拧接面。
针对另一个实施方式，该拧接面被嵌入到该内环中并且与其余的该剩余面平行地偏置。该偏置部可以形成为最大达该滚动体直径d的四倍。
针对另一个实施方式，该剩余面形成为相对于该拧接面成0°至75°的面角度W°。
针对另一个实施方式，该剩余面形成为呈凹状倒圆的、具有经限定的半径。
针对另一个实施方式，外环与内环之间的这些滚动体呈球形、截锥形或圆柱形。
针对另一个实施方式，该内环与线性的控制驱动器相连接。针对另一个实施方式，该控制驱动器是用齿轮驱动的控制驱动器。
本发明的优点在于，力流和来自转子叶片的力矩以直接的方式通过旋转连接件的列、经由该外环被引入到转子毂件的支承结构中。此外，省去了如在DE 10 2013 1012 33A1中公开的呈转子叶片延长部或者所谓的扩展器的形式的附加元件或者将该附加元件与本发明组合。同样不再需要额外的拧接平面及其连接器件。除了已经提到的优点之外，本发明同样还提供了简化或者改进转子毂件的铸造几何形状的可能性，原因在于在维护和装配的情况下，由于枢转运动和旋转运动所需的螺接和拧接区域必须与铸造体相距一定的距离。
具体实施方式
借助实施例来阐述本发明。在附图中
图1示出现有技术，
图2示出本发明部件(没有齿部的内环)的图示，
图3示出本发明部件的等距图示，
图4a/4b以不同的透视图示出内环的几何定义的图示，
图5a/5b以不同的透视图示出在面角度W＝30°的情况下的内环图示，
图6a/6b以不同的透视图示出平行偏置的剩余面的图示，
图7a/7b以不同的透视图示出具有凹状倒圆的剩余面的实施方式的图示，
图8示出具有圆柱滚子的实施方式的图示，
图9a/9b以根据图2的具有单个体积的实施方式示出最小自由空间的图示，
图10示出具有齿部的实施例，
图11示出具有线性的调节驱动器的实施例，
图12a/b以不同的透视图示出风力发电设施的图示，
图13示出本发明的部件区域(Einsatzbereich)的图示，
图14示出与扩展器组合的本发明的部件区域的图示。
附图示出了不同的实施例。只要附图标记涉及相同的部件，那么其对于所有的实施例都是相同的。
图1例如示出具有带有齿部3的内环2的旋转连接件的部件，该部件与根据现有技术的转子叶片1和转子毂件5相拧接。转子叶片1的拧接件10经由具有中轴线12的轴向的穿孔203穿过内环2。拧接件17将该旋转连接件的外环4与转子毂件5连接。转子叶片1处于内环2的支撑面201上，该支撑面是平行于拧接面202布置的。拧接件10占据内环2下方的结构空间6并且处于内环2上的、位于转子毂件侧的拧接面202上。转子毂件5的铸造几何形状由于拧接件10所需的结构空间6而受到不利影响并且严重损坏理想地吸收力的可能性，这种力吸收经由列I 8和列II 9流过外环4。由转子叶片1、内环2和拧接件10构成的系统围绕转子叶片轴线11转动。转子叶片轴线11与列I 8和列II 9的滚动体7的中心之间的距离被限定为滚道面直径16。
图2示出在没有集成驱动技术装置的已安装状态下的本发明。转子叶片1是与现有技术类似地经过轴向穿孔203穿过内环2a被紧固的并且处于支撑面201a(也被称为叶片支撑面或扩展器支撑面)上。替代性地，还可以将所谓的扩展器与内环2a连接。所有其他描述均涉及具有转子叶片1的实施方式，然而也可以应用于具有扩展器的变体。图14会展示这种用途。
此外，图2示出：在内环2a与外环4之间布置具有球形的滚动体7的列I 8和II 9。如在其他实施例中阐述的，滚动体7例如能够呈球形、截锥形或圆柱形。
此外，在图2中展示了：拧接件10占据内环2a下方的结构空间6a并且处于内环2a上的在转子毂件侧的拧接面202a上。内环2a的新的几何形状能够实现已偏置的拧接面202a并且在转子毂件5a的经优化的铸造几何形状上方撑开新的结构空间6a。列I 8无论如何其滚动体中心都始终位于拧接面202a的下方。在所有实施方式中，支撑面201a和拧接面202a都是平行地布置的。拧接面202a具有与支撑面201a平行的、为进行可靠地拧接、装配和维护工作拧接件10所需的至少需要的面部分。然而，平行的面部分也可以旋转对称地(如在图2中展示地)延伸过整个平行的面。在本说明的进一步过程中，不再为进行可靠的拧接和维护所需的区域被称为剩余面15(图3)。根据几何形状，内环2a可以由环形锻造件、环形轧制件或钢铸件制成。
此外，图2示出：在拧接面202a的下方直到朝向转子毂件5a的铸造轮廓的结构空间6a环绕地延伸过圆环形的体积。
在图3中示出部件的本发明的等距图示，其中可以看到没有齿部的内环2a和剩余面15、以及拧接面202a，该拧接面在这个实施例中是相同的。
本发明不一定局限于具有球形的滚动体7的旋转连接件。在本发明中具有同样包括圆柱滚子几何形状或截锥形的几何形状的实施方式中的滚动体7。由转子叶片1、内环2a和拧接件10构成的系统与现有技术类似地围绕转子叶片轴线11转动。
在图4a/4b和图5a/5b中限定该旋转连接件的内环2a，其中内环2a的形状由四个几何关系限定。
图4a/4b以不同的透视图示出内环2a的几何定义的图示。剩余面15具有相对于拧接面202a的面角度W＝0°。图5a/5b同样以不同的透视图示出内环2a的图示，其中在这个实施例中，剩余面15被布置成相对于拧接面202a成大于0°至75°的面角度W。
一方面，列I 8的滚动体7的中心与用于装配转子叶片1的穿孔203之间的径向距离X与列I 8的滚动体直径d成比例。所描述的距离X为滚动体直径d的至少一又二分之一倍(和更大)。
第二几何关系由拧接面202a相对于列I 8的中心滚动体7的位置来限定。在此，列I8的滚动体中心与内环2a的拧接面202a之间的沿转子叶片轴线11的方向的距离Y被固定为列I 8的滚动体直径d的至少两倍(和更大)。
以第三几何关系来限定支撑面201a与拧接面202a之间的轴向材料厚度Z。在此，描述了为滚动体直径d的0.7倍(和更大)的最小材料厚度Z。
内环2a下方的结构空间6a由径向距离X和轴向距离Y限定并且呈圆柱形或圆环形。用于装配和维护工作的结构空间6a在轴向方向上的长度最大可以到达转子毂件5a的轮廓。
图4a/4b描述了具有球形的滚动体7的内环2a的实施方式。
图5a/5b展示了第四几何关系。在此，并不用于拧接件10的剩余面15被布置成相对于拧接面202a成0°至75°的面角度W。根据需要有利地形成的剩余面15能够实现经由滚动体7到外环4的理想的力引入和力矩引入。
在另一个实施例中，在图6a/6b中以不同的透视图展示了被嵌入到内环2a中的拧接面202a，其中拧接面202a与其余的剩余面15平行地偏置。这个拧接面可以具有最大达该滚动体直径d的四倍的偏置尺寸。
图7a/7b以不同的透视图示出具有凹状地、以经限定的半径倒圆的剩余面15的实施方式。由此，凹状的剩余面15附加地有助于稳定内环2a。
在图8中展示了具有圆柱滚子作为滚动体7的旋转连接件。在这个实施方式中，圆柱滚子被布置成垂直于转子叶片1的旋转轴线。被分开的外环14a/14b与内环2a组合地作用，其中内环2a与被分开的外环14a/14b之间的相互作用与以上所描述的几何关系对应地实现。
针对另外的、在此未示出的实施方式，能够使用截锥形的滚动体7。于是，内环2a的几何定义借助于最小的滚动体直径来实现。
图9a/9b以具有根据图2的、圆环形的单个体积的实施方式示出最小的结构空间6a的图示，该结构空间是对拧接件10和装配以及维修所需要的。结构空间6a的最小体积作为环绕的圆环直接从拧接面202a(图2、图3、图4和图8)得出并且延伸过最大长度直至达转子毂件5a的邻接的铸造轮廓。或者，在单独且分开的拧接面202a中，与连接器件10的数量对应地得到多个圆柱形的单个体积(图5、图6和图7)。
图10示出具有集成的驱动技术装置的齿部3的实施例，并且图11示出具有线性的控制驱动器3c的实施例。在图10和图11中为此展示内环2a的示例性的设计方案。在这个实施方式中，结构空间6a在轴向方向上受集成的驱动技术装置或控制驱动器3c限制。
在图12a/12b中以不同的透视图展示风力发电设施。该风力发电设施由其上可旋转地布置有机舱的塔架构成。机舱设有具有转子毂件5a的转子。转子叶片1可旋转地支承在转子毂件5a上。根据本发明的解决方案被布置在转子毂件5a与转子叶片1之间。如果在转子叶片1与转子毂件5a之间布置有扩展器以便能够使转子叶片1的大小适配于转子毂件5a的大小的话，那么根据本发明的解决方案会布置在转子毂件5a与扩展器18之间(图14)。
在图13中展示了根据本发明的解决方案的用途。可以看到与内环2a相连接的转子叶片1的局部。此外，可以看到外环4和滚动体7。转子叶片轴线11相对于内环2a并且相对于外环4在中心延伸。
图14示出与扩展器18组合的本发明的部件区域的图示，该扩展器例如在例如以EP2 816 225 B1、DE 10 2013 101 233 A1和EP 2 679 805 A1中的不同实施方式示出。
附图标记清单
d 滚动体直径
R 具有经限定的半径的、凹状倒圆的剩余面15
W 剩余面15的面角度
X 径向距离
Y 轴向距离
Z 支撑面201a与拧接面202a之间的壁厚度
1 转子叶片
2 根据现有技术的球形旋转连接件的内环
2a 根据本发明的内环
201 支撑面
201a 支撑面
202 根据现有技术的拧接面
202a 根据本发明的拧接面
203 内环2、2a中的穿孔
3 齿部
3c 控制驱动器
4 根据现有技术和根据本发明的旋转连接件的外环
5 转子毂件
5a 优化的转子毂件
6 根据现有技术的用于拧接件10的结构空间
6a 根据本发明的用于拧接件的结构空间
7 滚动体
8 两列旋转连接件的第一列I的滚动体的中心
9 两列旋转连接件的第二列II的滚动体的中心
10 转子叶片1或扩展器的轴向拧接件
11 转子叶片轴线
12 内环2、2a中的穿孔203的中轴线
14a 圆柱滚子旋转连接件的外环部分1
14b 圆柱滚子旋转连接件的外环部分2
15 内环的剩余面
16 滚道面直径
17 转子毂件5、5a的拧接件
18 扩展器

Claims (10)

1.一种用于风力发电设施的转子叶片(1)的旋转连接件，该旋转连接件包含外环(4；14a，14b)和内环(2，2a)，
其中该内环(2，2a)具有朝向该转子叶片(1)方向的支撑面(201，201a)以及朝向转子毂件(5，5a)方向的拧接面(202，202a)，
其中该支撑面(201，201a)和该拧接面(202，202a)是彼此平行地布置的并且设有各自具有中轴线(12)的穿孔(203)，
其中在外环(4；14a，14b)与内环(2，2a)之间布置有成彼此上下放置的至少两列I/II(8，9)的滚动体(7)，其中这些滚动体(7)具有滚动体直径d，其特征在于，
至少该下方的列I(8)被布置成其滚动体中心在该拧接面(202，202a)的下方。
2.根据权利要求1所述的旋转连接件，其特征在于，该下方的列I(8)的滚动体中心
具有的从该滚动体中心到这些穿孔(203)的中轴线(12)测得的径向距离X大于/等于1.5×该滚动体直径d；并且具有的从该滚动体中心到该拧接面(202a)测得的轴向距离Y大于/等于2×该滚动体直径d；并且具有的在该支撑面(201，201a)与该拧接面(202，202a)之间测得的平行偏置尺寸Z大于/等于0.7×该滚动体直径d。
3.根据权利要求2所述的旋转连接件，其特征在于，在该内环(2a)的下方、与该拧接面(202a)邻接地布置有结构空间(6a)，该结构空间是由该径向距离X和该轴向距离Y限定的并且呈圆柱形或圆环形。
4.根据权利要求1、2或3所述的旋转连接件，其特征在于，该拧接面(202a)具有与该支撑面(201a)平行的面部分，其中该平行的面部分旋转对称地延伸过整个内环(2a)；
或者环绕的剩余面(15)包围各个拧接面(202a)。
5.根据权利要求4所述的旋转连接件，其特征在于，
该拧接面(202a)被嵌入到该内环(2a)中并且与其余的该剩余面(15)平行地偏置，
其中形成了最大达该滚动体直径d的四倍的偏置尺寸。
6.根据权利要求4所述的旋转连接件，其特征在于，
该剩余面(15)形成为相对该拧接面(202a)成0°至75°的面角度W°。
7.根据权利要求4所述的旋转连接件，其特征在于，
该剩余面(15)形成为呈凹状倒圆的、具有经限定的半径。
8.根据权利要求1至7之一所述的旋转连接件，其特征在于，
外环(4；14a，14b)与内环(2，2a)之间的这些滚动体(7)呈球形、截锥形或圆柱形。
9.根据权利要求1至8之一所述的旋转连接件，其特征在于，
该内环(2a)与线性的控制驱动器(3c)相连接。
10.根据权利要求9所述的旋转连接件，其特征在于，
该控制驱动器(3c)是用齿轮驱动的控制驱动器(3c)。
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