DE102006011586A1

DE102006011586A1 - Torque transmission unit for connecting e.g. shaft and rotor of e.g. synchronous motor, has hollow body with compensating area between shaft and rotor connections for compensating temperature difference-conditioned axial length variations

Info

Publication number: DE102006011586A1
Application number: DE102006011586A
Authority: DE
Inventors: Jens Dr. Müller; Jürgen Dr. Kellers
Original assignee: Zenergy Power GmbH
Current assignee: Zenergy Power GmbH
Priority date: 2006-03-10
Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2007-09-13

Abstract

The unit has a hollow body (12), which is torque resilient and has a rotational axis (D), where the hollow body ends in a shaft connection (16) on a side of the shaft and in a rotor connection (18) at a side of the rotor. The hollow body has a compensating area (20) between the shaft connection and the rotor connection for the compensation of temperature difference-conditioned axial length variations. The compensating area is flexible in an axial direction.

Description

Die Erfindung betrifft ein Drehmomentübertragungsmittel zum drehfesten Verbinden von einer Welle und von einem Rotor einer supraleitfähige Windungen umfassenden und zur Bewirkung des supraleitenden Zustandes dieser Windungen kühlbaren Rotationsmaschine, mit einem um eine Drehachse drehbaren und drehmomentbelastbaren Hohlkörper, der wellenseitig in einen Wellenanschluß und rotorseitig in einen Rotoranschluß mündet.The The invention relates to a torque transmission means for non-rotatable Connecting a shaft and a rotor of a superconducting windings comprehensive and to effect the superconducting state of this Turns coolable rotary machine, with a rotating about a rotation axis and torque-loadable Hollow body, the wave side in a shaft connection and rotor side in one Rotor connection opens.

Aus der US 6,873,079 B2 ist eine Rotationsmaschine in Form eines Elektromotors bekannt, der einen Stator und einen um eine Drehachse drehbaren Rotor innerhalb des röhrenförmigen Stators aufweist. Der Rotor ist mit supraleitfähigen Windungen versehen und wird auf unter 100 Kelvin gekühlt, damit die supraleitfähigen Windungen in einen supraleitenden Zustand übergehen. Der Rotor ist über ein Drehmomentübertragungsmittel aus einem mehrteiligen Hohlkörper starr mit einer in den Hohlkörper eingeschobenen Welle verbunden. Einer der Hohlkörperteile ist röhrenförmig ausgebildet und mit einem Rotoranschluß an den Rotor angeschlossen und ein anderer Hohlkörperteil ist mit einem Wellenanschluß an der Welle angeschlossen. Die beiden Hohlkörperteile sind aus rostfreiem Stahl gefertigt und über Stahlflansche an ihren Enden miteinander verbunden. An den Stirnseiten der beiden Stahlflansche sind je vier Winkel angeschweißt, die sich paarweise gegenüberstehen. Jedes Paar von Winkeln weist eine Zwischenlage eines Isolierelements aus glasfaserverstärktem Kunststoff auf, um eine Wärmeleitung von dem an der Welle angeschlossenen Hohlkörper auf den Rotor zu verhindern. Die Isolierelemente bestehen aus kurzen zylindrischen Kunststoffstücken, die mit ihren Stirnseiten an sich gegenüberstehenden Schenkeln der Winkeln angeschraubt sind. Die Winkel sind konzentrisch zur Drehachse angeordnet, damit bei Einleiten eines Drehmoments die Isolierelemente zwischen den gegenüberliegenden Winkeln nur druck- oder zugbelastet werden, da die Isolierelemente bei Scherbelastung zerstört würden.From the US Pat. No. 6,873,079 B2 For example, there is known a rotary machine in the form of an electric motor having a stator and a rotor rotatable about a rotation axis within the tubular stator. The rotor is provided with superconductive windings and is cooled to below 100 Kelvin, so that the superconducting windings go into a superconducting state. The rotor is rigidly connected via a torque transmission means made of a multi-part hollow body with a shaft inserted into the hollow body. One of the hollow body parts is tubular and connected to the rotor with a rotor connection and another hollow body part is connected to a shaft connection on the shaft. The two hollow parts are made of stainless steel and connected by steel flanges at their ends. On the front sides of the two steel flanges four angles are welded, facing each other in pairs. Each pair of angles has an intermediate layer of an insulating member of fiberglass reinforced plastic to prevent heat conduction from the hollow body connected to the shaft to the rotor. The insulating elements consist of short cylindrical plastic pieces, which are screwed with their end faces on opposing legs of the angles. The angles are arranged concentrically to the axis of rotation, so that when initiating a torque, the insulating elements between the opposite angles are only compressive or tensile load, since the insulating elements would be destroyed by shear stress.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Drehmomentübertragungsmittel zu schaffen, das einfach aufgebaut ist, leicht montierbar ist und im Betriebseinsatz eine sichere Übertragung des Drehmoments auch bei großen Temperaturdifferenzen ermöglicht.task the invention is to provide a torque transmission means, which is simple, easy to assemble and in operation a secure transmission the torque even at large Temperature differences allows.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Hohlkörper zwischen dem Wellenanschluß und dem Rotoranschluß einen in Axialrichtung dehnbaren Ausgleichsbereich zwischen dem Rotoranschluß und dem Wellenanschluß zur Kompensation von temperaturbedingten axialen Längenänderungen aufweist.These Task is inventively characterized solved, that the hollow body between the shaft connection and the rotor connection one axially expandable compensation area between the rotor terminal and the Wave connection for compensation having temperature-induced axial length changes.

Bei dem erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsmittel können mit dem Ausgleichsbereich des Hohlkörpers sämtliche durch die Temperaturdifferenz zwischen den notwendigerweise auf Temperaturen von bspw. unter 100 K bei Hochtemperatur-Supraleitern gekühlten Bereichen und der meist Raumtemperatur aufweisenden Welle auftretenden axialen Spannungen ausgeglichen werden. Diese Spannungen können z.B. durch ein Zusammenziehen des Rotors beim Abkühlen des Rotors mit einer Kühlvorrichtung auftreten. Das Drehmomentübertragungsmittel kann mit dem konstruktiv vorgesehenen Ausgleichsbereich beim Abkühlen des Rotors die Längenänderung des Rotors ausgleichen, die dieser beim bzw. nach dem Abkühlen auf die für den supraleitenden Betriebseinsatz notwendigen Temperaturen erfährt. Auf gleiche Art können auch Ausdehnungen durch Temperaturerhöhung auf der Seite der Welle in einer warmen Umgebung ausgeglichen werden.at the torque transmission means according to the invention can with the compensation area of the hollow body all by the temperature difference between the necessarily to temperatures of eg. Below 100 K in high-temperature superconductors cooled areas and the most Room temperature having wave occurring axial stresses be compensated. These voltages can be e.g. by contracting of the rotor during cooling of the rotor with a cooling device occur. The torque transmission means can with the constructively provided compensation area during cooling of the Rotor's length change compensate for the rotor, this on or after cooling the for experiences the superconducting operation necessary temperatures. On same kind can also expansions due to temperature increase on the side of the shaft be balanced in a warm environment.

Die Längenkontraktion des Rotors wird hierbei vorzugsweise durch die Formgebung des Ausgleichsbereichs adaptiert. Vorzugsweise ist der Hohlkörper im Ausgleichsbereich mit wenigstens einer sich um die Drehachse herum erstreckenden Falte versehen. Die Falte dient dabei zur Aufnahme und Kompensation der gegebenenfalls auftretenden axialen Spannungen. Die Falte läßt vorteilhafterweise in axialer Richtung eine elastische Längenänderung des Drehmomentübertragungsmittels zu, so daß der Hohlkörper im Ausgleichsbereich gestaucht oder gedehnt werden kann. Durch die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsmittels mit wenigstens einer Falte wird der für die Wärmeleitung effektive Weg zwischen dem Wellenanschluß und dem Rotoranschluß erheblich verlängert, wodurch die Gesamtwärmeleitfähigkeit des Drehmomentübertragungsmittels herabgesetzt wird. Der Hohlkörper ist im Ausgleichsbereich vorzugsweise faltenbalgförmig geformt. Es können im Ausgleichsbereich mehrere Falten in Axialrichtung aufeinanderfolgend abwechselnd nach außen und innen gewölbt oder gefaltet sein, wodurch die für die Wärmeübertragung effektive Länge des Drehmomentübertragungsmittels und gleichzeitig auch das maximale übertragbare Drehmoment vergrößert wird.The length contraction The rotor is in this case preferably by the shape of the compensation area adapted. Preferably, the hollow body is in the compensation area with at least one extending around the axis of rotation extending fold. The fold serves to accommodate and compensate for the possibly occurring axial stresses. The fold can advantageously in axial Direction an elastic change in length of the Torque transmission means to, so that the hollow body in Compensation area can be compressed or stretched. By the Embodiment of the torque transmission means according to the invention with at least one fold becomes the effective path for heat conduction between the wave connection and the rotor connection considerably extended, whereby the total Wärmeleitfähigkeit of the torque transmitting means is lowered. The hollow body is preferably bellows-shaped in the compensation area. It can in the compensation area several folds in the axial direction consecutive alternately outwards and domed or inside be folded, causing the for the heat transfer effective length of the torque transmitting means and at the same time the maximum transmittable torque is increased.

In der bevorzugten Ausgestaltung sind die Falten von V-förmig oder keilförmig gegeneinander stehenden Faltenwänden gebildet. Die Faltenwände sind durch einen vorzugsweise gekrümmten, insbesondere gerundeten Faltenrücken miteinander verbunden. Ein Faltenrücken kann zwei Falten miteinander verbinden. Die Faltenwände können einen spitzen Winkel einschließen. Beim Abkühlen des Rotors können zur Kompensation der axialen Dehnung sich die Krümmung des Faltenrückens ändern und die Faltenwände biegen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind im Ausgleichsbereich mindestens drei Faltenwände angeordnet.In In the preferred embodiment, the pleats are V-shaped or cuneiform standing against each other fold walls educated. The pleated walls are by a preferably curved, especially rounded pleats connected with each other. A pleat back can be two folds apart connect. The pleated walls can include an acute angle. On cooling of the rotor can to compensate for the axial strain, the curvature of the pleat back change and the pleated walls to bend. In a preferred embodiment are in the compensation area at least three pleated walls arranged.

Der Hohlkörper besteht vorzugsweise zumindest im Ausgleichsbereich aus einem schlecht wärmeleitenden Material, wodurch ein Wärmeeintrag von der Welle auf den abgekühlten Rotor zusätzlich vermindert werden kann. Das Drehmomentübertragungsmittel kann vollständig oder teilweise aus einem faserverstärkten Kunststoff, wie z.B. einem glasfaserverstärkten Kunststoff, hergestellt sein, was den Vorteil hat, daß der dadurch gebildete Kunststoffteil des Hohlkörpers insbesondere im Ausgleichsbereich in Axialrichtung dehnbar und kontrahierbar sowie schlecht wärmeleitend wird. Die Verstärkungsfasern sind zweckmäßig kreuzweise überlappend in den Kunststoff eingebettet, um die im Betriebseinsatz auf den Hohlkörper wirkenden Torsionskräfte gut übertragen zu können. Es kann sich dabei entweder um ein Gewebe aus kreuzweise überlappenden Verstärkungsfasern handeln oder um kreuzweise übereinandergeschichtete Verstärkungsfaserschichten.Of the hollow body is preferably at least in the compensation area of a poor thermal conductivity Material, creating a heat input of the wave on the cooled Rotor additionally reduced can be. The torque transmission means can completely or partially made of a fiber-reinforced plastic, e.g. a glass fiber reinforced Plastic, be made, which has the advantage that by the formed plastic part of the hollow body in particular in the compensation area in Axial direction stretchable and contractible and poor heat-conducting becomes. The reinforcing fibers are expediently crosswise overlapping embedded in the plastic, to which in the operational use on the hollow body acting torsional forces well transferred to be able to. It can either be a tissue of cross overlapping reinforcing fibers act or cross-stacked Reinforcing fiber layers.

Das Fasermaterial kann auch spiralförmig um die Drehachse gelegt oder gewickelt in den Kunststoff eingebettet sein. Weiterhin kann das gesamte Element derart ausgeführt sein, dass der Innenraum evakuiert werden kann, um eine bessere Wärmeisolation zu erreichen.The Fiber material can also be spiraled around the axis of rotation laid or wrapped embedded in the plastic be. Furthermore, the entire element can be designed in such a way that the interior can be evacuated to better heat insulation to reach.

Zwischen dem Ausgleichsbereich und dem Rotoranschluß kann ein zylindrischer Abschnitt vorgesehen sein, damit der Ausgleichsbereich näher am Wellenanschluß als am Rotoranschluß liegt. Da im Betriebseinsatz der Wellenanschluß im Vergleich zum Rotoranschluß normalerweise wärmer ist, wird dann der Ausgleichsbereich zumindest teilweise von der Welle erwärmt, wodurch der aus Kunststoffmaterial bestehende Ausgleichsbereich trotz des Abkühlens des Rotors flexibler bleibt als der Bereich des Hohlkörpers am Rotoranschluß.Between the compensation area and the rotor terminal can be a cylindrical section be provided so that the compensation area closer to the shaft connection than on Rotor connection is located. Since in operation use the shaft connection compared to the rotor connection normally cozy is, then the compensation area at least partially by the Wave heated, whereby the plastic material existing compensation area despite the cooling the rotor remains more flexible than the area of the hollow body at Rotor connection.

Der Wellenanschluß und/oder der Rotoranschluß können mit Metallelementen gebildet werden. Der Wellenanschluß und/oder der Rotoranschluß können Metallringe sein oder ringförmig gebildet sein. Der Wellenanschluß und/oder der Rotoranschluß können an den Hohlkörper angeschraubt sein. Die Metallelemente können auch in den Kunststoffteil eingebettet sein, um diese mit dem Hohlkörper drehmomentbelastbar zu verbinden. Der Wellenanschluß und/oder der Rotoranschluß weisen weiter vorzugsweise Aussparungen zum formschlüssigen Eingriff mit Verbindungselementen auf. Die Aussparungen können sich nutenförmig in Axialrichtung oder in Radialrichtung erstrecken. Als Verbindungselemente können dabei Vorsprünge, Bolzen, Stifte od. dgl. am Rotor und/oder an der Welle in die Aussparungen zur Übertragung des Drehmoments eingreifen. Die Aussparungen weisen vorzugsweise einen eckigen Querschnitt mit innenliegenden abgerundeten Ecken auf. Durch den formschlüssigen Eingriff mit Verbindungselementen kann nicht nur ein in das Drehmomentübertragungsmittel eingeleitetes Drehmoment vom Rotoranschluß sicher auf den Wellenanschluß übertragen werden sondern auch eine zusätzliche Schraubverbindung, mit der die axiale Befestigung zwischen der Welle und dem Wellenanschluß bzw. zwischen dem Rotor und dem Rotoranschluß bewirkt wird, entlastet sein. Der Wellenanschluß und/oder der Rotoranschluß können hierzu Schraubenaufnahmen aufweisen, um den Wellenanschluß und/oder den Rotoranschluß mit dem Rotor und/oder der Welle verschrauben zu können.Of the Shaft connection and / or the rotor connection can with Metal elements are formed. The shaft connection and / or the rotor connection can be metal rings be or ring shaped be formed. The shaft connection and / or the rotor connection can on the hollow body be screwed on. The metal elements can also be in the plastic part be embedded to these with the hollow body torque loadable connect. The shaft connection and / or have the rotor connection further preferably recesses for positive engagement with connecting elements on. The recesses can groove-shaped extend in the axial direction or in the radial direction. As connecting elements can thereby projections, Bolt, pins od. Like. On the rotor and / or on the shaft in the recesses for transmission engage the torque. The recesses preferably have a square cross section with inside rounded corners on. By the form-fitting Engaging with fasteners can not be just one in the torque transmitting means initiated torque from the rotor connection securely transmitted to the shaft connection but also an additional one Screw connection, with which the axial attachment between the shaft and the shaft connection or between the rotor and the rotor terminal is relieved. The shaft connection and / or the rotor connection can screw recordings have to the shaft connection and / or the rotor connection with to screw the rotor and / or the shaft can.

Der Hohlkörper ist vorzugsweise im wesentlichen rotationssymmetrisch geformt. Das erfindungsgemäße Drehmomentübertragungsmittel kann vorteilhaft bei Rotationsmaschinen verwendet werden, bei denen der Rotor mit supraleitfähigen Windungen versehen ist, die vorzugsweise ein Hochtemperatursupraleiter-Material aufweisen. Es kann auch alternativ ein Stator der Rotationsmaschine mit kühlbaren supraleitfähigen Windungen versehen sein. Die Rotationsmaschine ist vorzugsweise ein Synchronmotor, kann jedoch auch ein Generator o. dgl. sein. Die Windungen des Rotors und/oder des Stators sind vorzugsweise mit einer geeigneten Kühlvorrichtung kühlbar, um die Supraleitung der supraleitfähigen Windungen im Betriebszustand erreichen zu können. Die Kühlvorrichtung kann geeignete Mittel umfassen, um Teile der Rotationsmaschine z.B. mit flüssigem Stickstoff, gasförmigem Helium od. dgl. zu kühlen.Of the hollow body is preferably formed substantially rotationally symmetrical. The Torque transmission means according to the invention can be used advantageously in rotary machines in which the rotor with superconductive Windings is provided, which is preferably a high-temperature superconductor material exhibit. It may alternatively be a stator of the rotary machine with coolable superconductive Be provided turns. The rotary machine is preferable a synchronous motor, but may also be a generator o. The like. Be. The turns of the rotor and / or the stator are preferably with a suitable cooling device cooled, to the superconductivity of the superconducting windings in the operating state to reach. The cooling device may comprise suitable means to move parts of the rotary machine e.g. with liquid Nitrogen, gaseous Helium od. Like. To cool.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigt:Further Features and details of the invention will become apparent from the following Description of the attached Drawing illustrated embodiment. In the drawing shows:

1 perspektivisch ein Drehmomentübertragungsmittel; und 1 in perspective, a torque transmitting means; and

2 das an einen Rotor und an eine Welle angeschlossene Drehmomentübertragungsmittel aus 1 im Längsschnitt entlang der Drehachse; 2 the torque transmitting means connected to a rotor and a shaft 1 in longitudinal section along the axis of rotation;

Die 1 zeigt ein Drehmomentübertragungsmittel 10, das von einem um eine Drehachse D im wesentlichen rotationssymmetrischen Hohlkörper 12 gebildet wird. Der Hohlkörper 12 begrenzt einen Innenraum 14 um eine Drehachse D und mündet bzw. endet wellenseitig in einem Wellenanschluß 16 und rotorseitig in einem Rotoranschluß 18. An den Rotoranschluß 18 ist ein nicht dargestellter Rotor eines Synchronmotors anschließbar, der mit supraleitfähigen Windungen versehen ist, die für ihre supraleitende Funktion mit Kühlmittel und einer geeigneten Kühlvorrichtung auf Temperaturen von z.B. unter 100 Kelvin gekühlt werden müssen. Der Wellenanschluß 16 ist an eine auf der Drehachse D angeordnete, nicht dargestellte Welle anschließbar. Im Be triebszustand besteht aufgrund des Abkühlens des Rotors ein erhebliches Temperaturgefälle zwischen dem warmen Wellenanschluß 16 und dem gekühlten Rotoranschluß 18. Das Abkühlen des Rotors hat zur Folge, dass sich dieser zusammenzieht. Da das Drehmomentübertragungsmittel 10 an dem Rotor und der welle fest angeschlossen ist, wird diese Kontraktion erfindungsgemäß durch eine Längenänderung eines Ausgleichsbereichs des Hohlkörpers 12 kompensiert. Der Hohlkörper 12 weist erfindungsgemäß zwischen dem Wellenanschluß 16 und dem Rotoranschluß 18 einen in Axialrichtung stauchbaren bzw. dehnbaren Ausgleichsbereich 20 auf, der axiale Spannungen zwischen dem Wellenanschluß 16 und dem Rotoranschluß 18 aufnimmt. Diese Spannungen können durch das Abkühlen des Rotors auf Temperaturen auftreten, bei denen Supraleiter in ihren supraleitenden Zustand übergehen.The 1 shows a torque transmitting means 10 that of a about a rotation axis D substantially rotationally symmetrical hollow body 12 is formed. The hollow body 12 limits an interior 14 about a rotational axis D and opens or ends on the shaft side in a shaft connection 16 and rotor side in a rotor connection 18 , To the rotor connection 18 is an unillustrated rotor of a synchronous motor connected, which is provided with superconducting windings, which must be cooled to temperatures of, for example, below 100 Kelvin for their superconducting function with coolant and a suitable cooling device. The wave connection 16 is connected to a arranged on the axis of rotation D, not shown shaft connectable. In operation Stand is due to the cooling of the rotor, a significant temperature gradient between the hot shaft connection 16 and the cooled rotor terminal 18 , The cooling of the rotor causes it to contract. Since the torque transmission means 10 is firmly connected to the rotor and the shaft, this contraction is inventively by a change in length of a compensation region of the hollow body 12 compensated. The hollow body 12 according to the invention between the shaft connection 16 and the rotor connection 18 a compressible in the axial direction or stretchable compensation area 20 on, the axial stresses between the shaft connection 16 and the rotor connection 18 receives. These tensions can be caused by the cooling of the rotor to temperatures at which superconductors go into their superconducting state.

Im Ausgleichsbereich 20 ist der Hohlkörper 12 zur Kompensation der Längenänderung bzw. zur Aufnahme der Spannungen mit einer sich um die Drehachse D herum erstreckenden, radial nach außen gewölbten Falte 22 versehen. Durch die Falte 22 ist der Hohlkörper 12 im Ausgleichsbereich 20 geweitet. Die Falte 22 ist durch die Drehachse D umringende, V-förmig gegeneinander stehende Faltenwände 24, 26 gebildet. Die Faltenwände 24, 26 sind dabei entlang des Umfangs des Hohlkörpers 12 durch einen runden Faltenrücken 28 miteinander verbunden. wenn der Rotor kälter als die welle ist, dann zieht sich der Rotor zusammen und der Hohlkörper dehnt sich in Axialrichtung, indem sich die V-förmig gegeneinander stehenden Faltenwände 24, 26 unter den axialen Spannungen leicht biegen und/oder sich der eingeschlossene Winkel zwischen den Faltenwänden 24, 26 vergrößert.In the compensation area 20 is the hollow body 12 to compensate for the change in length or to absorb the stresses with a around the axis of rotation D around extending, radially outwardly curved fold 22 Mistake. Through the fold 22 is the hollow body 12 in the compensation area 20 dilated. The wrinkle 22 is by the axis of rotation D umringende, V-shaped standing against each other pleat walls 24 . 26 educated. The pleated walls 24 . 26 are along the circumference of the hollow body 12 through a round fold back 28 connected with each other. when the rotor is colder than the shaft, then the rotor contracts and the hollow body expands in the axial direction by the V-shaped standing against each other pleat walls 24 . 26 bend easily under the axial stresses and / or the included angle between the fold walls 24 . 26 increased.

Der Drehmomentübertragungsmittel 10 ist bis auf den Wellenanschluß 16 und den Rotoranschluß 18 aus einem schlecht wärmeleitenden Kunststoff wie z.B. Epoxydharz geformt, in den ein Fasermaterial kreuzweise überlappend eingebettet ist. Der Wellenanschluß 16 und der Rotoranschluß 18 bestehen aus Stahlringen und sind an den entgegengesetzten Enden des als Kunststoffteil ausgebildeten Hohlkörpers 12 angeschraubt. Da der Hohlkörper 12 im Ausgleichsbereich aus einem schlecht wärmeleitenden Kunststoff hergestellt ist, kann der Wärmeeintrag von der Welle auf den gekühlten Rotor gering gehalten wer den. Der von der Wärmeenergie zurückzulegende Weg ist zudem über die Faltenwand 26, den Faltenrücken 28 und die Faltenwand 24 im Vergleich zu einem röhrenförmigen oder konischen Hohlkörper verlängert. Weiter von Vorteil ist, daß ein zylindrischer Abschnitt 29 des Hohlkörpers zwischen dem Ausgleichsbereich 20 und dem Rotoranschluß 18 liegt, wodurch der Ausgleichsbereich 20 näher am Wellenanschluß 16 als am Rotoranschluß 18 liegt, denn hierdurch kann der Ausgleichsbereich 20 mit der Falte 22 noch von der Welle erwärmt werden, so daß der Kunststoff im Bereich des Ausgleichsbereichs 20 sein Elastizitätsmodul im wesentlichen behält. Durch das kreuzweise überlappende Einbetten von Fasermaterial, wie Glasfasern oder Kohlefasern, kann das Drehmomentübertragungsmittel 10 dabei auch große Drehmomente sicher und verwindungssteif übertragen.The torque transmitting means 10 is down to the wave connection 16 and the rotor terminal 18 formed from a poorly heat-conductive plastic such as epoxy resin, in which a fiber material is embedded crosswise overlapping. The wave connection 16 and the rotor connection 18 consist of steel rings and are at the opposite ends of the formed as a plastic part hollow body 12 screwed. As the hollow body 12 made in the balancing area of a poorly heat-conducting plastic, the heat input from the shaft can be kept low on the cooled rotor who the. The path to be traveled by the heat energy is also on the pleated wall 26 , the fold back 28 and the pleated wall 24 extended compared to a tubular or conical hollow body. Another advantage is that a cylindrical section 29 of the hollow body between the compensation area 20 and the rotor connection 18 lies, causing the compensation area 20 closer to the shaft connection 16 as at the rotor connection 18 lies, because this can make the compensation area 20 with the fold 22 are still heated by the shaft, so that the plastic in the region of the compensation area 20 essentially retains its modulus of elasticity. Crosswise overlapping embedding of fiber material such as glass fibers or carbon fibers allows the torque transfer means 10 It also transmits large torques safely and torsionally rigid.

Zum Anschluß der nicht dargestellten Welle ist der Wellenanschluß 16 konzentrisch um die Drehachse mit Schraubenaufnahmen 30 versehen. Der Wellenanschluß 16 ist ferner mit sich in Radialrichtung erstreckenden nutförmigen Aussparungen 32 versehen, die zum Eingriff mit nicht dargestellten Verbindungselementen der Welle dienen. Der Wellenanschluß 16 ist aus einem Stahlring gebildet und an den Hohlkörper 12 angeschraubt. Die in den Stahlring eingefrästen, nutenförmigen Aussparungen weisen einen im wesentlichen eckigen Querschnitt auf. In den Aussparungen sind innenliegende Ecken 33 abgerundet.To connect the shaft, not shown, the shaft connection 16 concentric about the axis of rotation with screw receptacles 30 Mistake. The wave connection 16 is also with radially extending groove-shaped recesses 32 provided, which serve for engagement with unillustrated fasteners of the shaft. The wave connection 16 is made of a steel ring and attached to the hollow body 12 screwed. The milled into the steel ring, groove-shaped recesses have a substantially rectangular cross-section. In the recesses are internal corners 33 rounded.

Der am gegenüberliegenden Ende des Hohlkörpers 12 angeordnete, aus einem Stahlring gebildete Rotoranschluß 18 weist Schraubenausnehmungen 34 auf, die in eine zurückversetzte Stirnseite 36 des Rotoranschluß 18 eingelassen sind. Die Stirnseite 36 ist von einem über diesen axial hinausragenden Anschlußring 38 begrenzt. Am Umfang des Anschlußrings 38 sind jeweils um 90° gegeneinander versetzt vier Nuten 40 angeordnet.The at the opposite end of the hollow body 12 arranged, formed from a steel ring rotor terminal 18 has screw recesses 34 on, in a recessed front 36 the rotor connection 18 are admitted. The front side 36 is of a over this axially projecting connecting ring 38 limited. At the circumference of the connecting ring 38 are each offset by 90 ° to each other four grooves 40 arranged.

Die 2 zeigt einen Längsschnitt durch einen Rotor 200 mit einer daran angeschlossenen Welle 202, die durch das Drehmomentübertragungsmittel 10 aus 1 drehfest miteinander verbunden sind. Der Rotor 200 weist ein zylindrisches Gehäuse 204 auf, in dem ein Spulenkörper 206 mit Wicklungen 208 aus einem supraleitenden Material aufgenommen ist. Der Spulenkörper 206 umschließt einen Hohlraum 218, der von einem Abschlußstück 209 begrenzt wird. Der Spulenkörper 206 mit der Wicklung 208 ist von einer Hülse 210 umschlossen, die wiederum in einem Gehäuse 204 aufgenommen ist. Die Hülse 210 verengt sich und umschließt das Drehmomentübertragungsmittel 10, das am Abschlußstück 209 mit dem Rotoranschluß 18 angeschlossen ist.The 2 shows a longitudinal section through a rotor 200 with a connected shaft 202 passing through the torque transmitting means 10 out 1 rotatably connected to each other. The rotor 200 has a cylindrical housing 204 in which a bobbin 206 with windings 208 is taken from a superconducting material. The bobbin 206 encloses a cavity 218 , of a final piece 209 is limited. The bobbin 206 with the winding 208 is from a sleeve 210 enclosed, in turn, in a housing 204 is included. The sleeve 210 narrows and encloses the torque transmitting means 10 , that at the end piece 209 with the rotor connection 18 connected.

Der Hohlkörper 12 ist wellenseitig mit dem Wellenanschluß 16 an der Welle 202 drehfest aber lösbar durch nicht dargestellte Schraubverbindungen und rotorseitig mit dem Rotoranschluß 18 an dem Abschlußstück 209 des Rotors 200 angeschlossen. Der balgen- oder wellenförmige Ausgleichsbereich 20 mit der Falte 22 endet in dem Rotoranschluß 218 über den zylindrischen Abschnitt 29, der von der sich zum Hohlkörper 12 verengenden Hülse 210 umschlossen ist. Der Ausgleichsbereich wird durch drei Faltenwände 24, 26, 27 gebildet, die durch die beiden Faltenrücken 28 miteinander verbunden sind. An der Faltenwand 27 ist der Wellenanschluß 16 angeschraubt, wodurch der Wellenanschluß 16 einen größeren Innendurchmesser als der Rotoranschluß 18 aufweist. Der Ausgleichsbereich 20 ist in dieser Ausführungsform aus anderthalb Falten gebildet.The hollow body 12 is shaft side with the shaft connection 16 on the shaft 202 non-rotatable but detachable by not shown screw and rotor side with the rotor terminal 18 at the end piece 209 of the rotor 200 connected. The bellows or wave compensating area 20 with the fold 22 ends in the rotor connection 218 over the cylindrical section 29 , which turns to the hollow body 12 narrowing sleeve 210 is enclosed. The compensation area is through three pleated walls 24 . 26 . 27 formed by the two Faltenrü CKEN 28 connected to each other. At the fold wall 27 is the wave connection 16 screwed on, causing the shaft connection 16 a larger inner diameter than the rotor terminal 18 having. The compensation area 20 is formed in this embodiment of one and a half folds.

Wenn der Rotor 200 und/oder benachbarte Bereiche des Rotors 200 im Betriebseinsatz mittels einer nicht dargestellten Kühlvorrichtung abgekühlt werden, zieht sich der Rotor aufgrund der Temperaturänderung zusammen, wodurch der am Rotor 200 und der Welle 202 angeschraubte Hohlkörper 12 im Ausgleichsbereich 20 mit der axial dehn- und stauchbaren Falte 22 gedehnt wird und die dann auftretenden axialen Spannungen zwischen Rotor 200 und Welle 202 kompensiert werden, damit das Drehmoment sicher übertragen wird. Wenn nach Abschalten der Kühlvorrichtung der Rotor 200 sich wieder auf die Umgebungstemperatur der Welle 202 erwärmt, dehnt sich der Rotor 200 aus und der Hohlkörper 12 zieht sich aufgrund seines Längenänderungsvermögens wieder auf seine ursprünglichen Ausmaße zusammen. Durch den wellen- bzw. balgenförmigen Ausgleichsbereich 20 ist die effektive Länge des Hohlkörpers im Vergleich zu einem zylindrischen oder konischen Hohlkörper größer. In Abschnitten des Ausgleichsbereichs 20, die im Vergleich zu einem konischen oder zylindrischen Drehmoment übertragungsmittel weiter von der Drehachse D entfernt sind, sind die mit dem Drehmoment eingeleiteten Scherkräfte wegen des größeren Abstands von der Drehachse kleiner.If the rotor 200 and / or adjacent areas of the rotor 200 be cooled in the operational use by means of a cooling device, not shown, the rotor contracts due to the change in temperature, causing the rotor 200 and the wave 202 screwed hollow body 12 in the compensation area 20 with the axially stretchable and compressible fold 22 is stretched and then occurring axial stresses between the rotor 200 and wave 202 be compensated so that the torque is transmitted safely. If, after switching off the cooling device, the rotor 200 back to the ambient temperature of the shaft 202 warmed up, the rotor expands 200 out and the hollow body 12 retracts to its original dimensions due to its extensibility. Through the wave or bellows-shaped compensation area 20 the effective length of the hollow body is greater compared to a cylindrical or conical hollow body. In sections of the balancing area 20 , which are further away from the axis of rotation D compared to a conical or cylindrical torque transmitting means, the torque introduced shear forces are smaller because of the greater distance from the axis of rotation.

Für den Fachmann sind aus der vorhergehenden Beschreibung zahlreiche Modifikationen ersichtlich, die in den Schutzbereich der anhängenden Ansprüche fallen sollen. So können beispielsweise mehr oder weniger Falten als in den gezeigten Ausführungsbeispielen verwendet werden. Auch können die Seitenwände der Falten gekrümmt ausgebildet sein. Die Metallelemente können statt mittels einer Schraubverbindung zwischen Hohlkörper und dem Wellen- und Rotoranschluß bei einer Fertigung des Hohlkörpers aus faserverstärktem Kunststoff zum Verbinden in diesen eingebettet sein. Das Drehmomentübertragungsmittel kann auch inkl. des Wellen- und des Rotoranschluß aus Kunststoff oder einem anderen schlecht wärmeleitenden Material hergestellt sein. Die Rotationsmaschine kann ein Synchronmotor sein, der einen Rotor mit Windungen aus vorzugsweise einem Hochtemperatursupraleiter-Material aufweist.For the expert are numerous modifications from the foregoing description it is within the scope of the appended claims should. So can For example, more or fewer wrinkles than in the embodiments shown be used. Also, the side walls the folds are curved be educated. The metal elements can be replaced by a screw connection between hollow body and the shaft and rotor terminal in a production of the hollow body fiber reinforced Plastic to be embedded in these bonding. The torque transmission means can also incl. the shaft and the rotor connection made of plastic or another poorly heat-conducting Be made of material. The rotary machine can be a synchronous motor be a rotor with turns of preferably a high-temperature superconductor material having.

Claims

Torque transmitting means ( 10 ) for non-rotatable connection of a shaft ( 202 ) and a rotor ( 200 ) of a superconducting windings and capable of effecting the superconducting state of these windings can be cooled rotary machine, having a rotational axis (D) having, torque-loadable hollow body ( 12 ), the shaft side in a shaft connection ( 16 ) and rotor side in a rotor terminal ( 18 ) ends, characterized in that the hollow body ( 12 ) between the shaft connection ( 16 ) and the rotor connection ( 18 ) an axially stretchable compensation area ( 20 ) between the shaft connection ( 16 ) and the rotor connection ( 18 ) to compensate for temperature difference induced axial length changes.

Torque transmission means according to claim 1, characterized in that the hollow body ( 12 ) with at least one fold extending around the axis of rotation (D) ( 22 ) is provided.

Torque transmission means according to claim 1, characterized in that the hollow body ( 12 ) in the compensation area ( 20 ) is bellows-shaped.

Torque transmission means according to claim 2 or 3, characterized in that the folds ( 22 ) of V-shaped against each other, preferably over rounded pleat backs ( 28 ) merging into fold walls ( 24 . 26 . 27 ) are formed.

Torque transmission means according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least the compensation area ( 20 ), preferably the hollow body ( 12 ), consists of a poorly heat-conducting material.

Torque transmission means according to one of claims 1 to 5, characterized in that the hollow body ( 12 ) is made of a fiber-reinforced, in particular glass fiber reinforced plastic material.

Torque transmission means according to claim 6, characterized in that the reinforcing fibers overlap in a crosswise manner embedded in the plastic material.

Torque transmission means according to one of claims 1 to 7, characterized in that between the compensation area ( 20 ) and the rotor connection ( 18 ) a cylindrical section ( 29 ) lies.

Torque transmission means according to one of claims 1 to 8, characterized in that the shaft connection ( 16 ) and / or the rotor connection ( 18 ) are formed with metal elements.

Torque transmission means according to one of claims 1 to 9, characterized in that the shaft connection ( 16 ) and / or the rotor connection ( 18 ) Recesses ( 32 . 40 . 51 ) For positive engagement with rotor- or shaft-side connecting elements.

Torque transmission means according to claim 10, characterized in that the recesses ( 32 . 40 . 52 ) extend groove-shaped in the axial direction or in the radial direction.

Torque transmission means according to one of claims 1 to 11, characterized in that the recesses have a polygonal cross-section with inside rounded corners ( 33 ) exhibit.