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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung von Drehmomenten von einem ersten Maschinenteil auf ein zweites Maschinenteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Derartige Vorrichtungen sind grundsätzlich bekannt und werden auch als nicht schaltbare Kupplung bezeichnet.
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Entsprechende Vorrichtungen werden beispielsweise bei Windkraftanlagen eingesetzt, aber auch z. B. im marinen bzw. maritimen Bereich oder in Wasserkraftanlagen.
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Bei den Maschinenteilen kann es sich dabei z. B. um einen Generator handeln, welcher mit einem Getriebe, z. B. eines Rotors einer Windkraftanlage, gekuppelt ist. Solche Kupplungen oder Vorrichtungen ermöglichen hierbei üblicherweise die Verbindung der Maschinenteile sowie auch die Übertragung des Drehmomentes (insbesondere in einem Übertragungsverhältnis von 1:1), sowie auch einen Versatzausgleich, beispielsweise um bei Windkraftanlagen die Relativbewegungen der Maschinenteile ohne große Rückstellkräfte zu gewährleisten.
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Derartige Vorrichtungen umfassen neben dem an einer ersten und einer zweiten Anbindungsnabe (oder an einem ersten oder zweiten Flansch) angeordneten Zwischenrohr üblicherweise noch elastische, kinematisch wirksame Elemente, welche jeweils an den Naben angeordnet sind, um eine versatzausgleichende Verbindung mit dem Maschinenteil zu ermöglichen. Bei typischen Vorrichtungen der Anmelderin handelt es sich bei diesen kinetischen Elementen um lenkerartige Einrichtungen, welche später noch genauer beschrieben werden. Alternativ können auch Membranen und Lamellen vorgesehen werden.
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Um einen problemfreien Betrieb einer solchen Vorrichtung und auch der entsprechenden Maschinenteile (bzw. der gesamten Anlage, in welcher die Vorrichtung Einsatz findet) zu gewähren, ist eine grundsätzliche Überwachbarkeit der Vorrichtung wünschenswert, um beispielsweise in Testläufen mögliche Fehlerquellen zu analysieren oder auch den Betriebszustand der Vorrichtung laufend zu überwachen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die grundsätzliche Überwachbarkeit einer gattungsgemäßen Vorrichtung, bzw. der gesamten Anlage, in welcher die Vorrichtung Einsatz findet, zu verbessern.
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Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe gemäß einem ersten Aspekt mit den Merkmalen des Anspruches 1, insbesondere mit denen des Kennzeichenteils, und ist demgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens einen Drehmomentsensor aufweist, welcher an der ersten Anbindungsnabe oder an der zweiten Anbindungsnabe angeordnet ist.
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Das Prinzip der Erfindung besteht somit im Wesentlichen darin, das in der Vorrichtung übertragene Drehmoment zu messen, und zwar indem ein Drehmomentsensor nicht, wie vielleicht erwartbar, an dem Zwischenrohr, sondern vielmehr an einer der beiden mit dem Zwischenrohr verbundenen Anbindungsnaben befestigt ist.
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Während das Zwischenrohr beispielweise aus einem Faserverbundwerkstoff, insbesondere einem Glasfaserkunststoffmaterial, bestehen kann, sind die Naben typischerweise aus Metall ausgebildet. Da das Metall isotropere Eigenschaften aufweist, als das aus einem Glasfaserkunststoff bestehende Zwischenrohr, kann hier eine vorteilhaftere Messung erfolgen. Dies ist zunächst grundsätzlich so nicht zu erwarten, weil derartige Sensoren üblicherweise eher an homogenen, axial langgestreckten, bzw. (hohl-)wellenartigen Bereichen (z. B. Rohren) einer derartigen Vorrichtung angeordnet werden, da die Fachwelt annimmt, hier eine bessere Messung durchführen zu können.
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Die Anmelderin hat in aufwendigen und zeitintensiven Messreihen ermittelt, dass es durchaus möglich ist, Drehmomentsensoren (welche beispielsweise als Messstreifen, insbesondere Dehnungsmessstreifen, ausgeführt sein können) an den, im Verhältnis zu dem Zwischenrohr, axial recht kurzen Naben anzuordnen.
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Insbesondere kann eine derartige Anordnung an einem Befestigungsabschnitt einer der beiden Naben erfolgen. Dieser Befestigungsabschnitt dient der Anbringung des Zwischenrohres, wobei das Zwischenrohr üblicherweise mit diesem Befestigungsabschnitt der Anbindungsnabe verklebt ist. Die Anbindungsnaben weisen hierzu eine annähernd hohlzylindrische Grundform auf.
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Die Anordnung des Sensors erfolgt somit entgegen der Erwartung der Fachwelt im „Übergangsbereich” zwischen Zwischenrohr und Anbindungsnabe bzw. Maschinenteil.
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Der Drehmomentsensor ist vorzugsweise als sogenannter Dehnungs-Messstreifen (kurz: DMS) ausgebildet, wie er herkömmlich im Fachhandel erhältlich ist. Ein solcher Messstreifen kann auf Grund seiner flexiblen bzw. biegeschlaffen Ausgestaltung optimal an den üblicherweise kreisbahnförmigen oder hohl-zylinderförmigen Mantel des Befestigungsabschnittes einer der Anbindungsnaben angeordnet werden.
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Ohne auf das Messprinzip derartiger handelsüblicher Dehnungs-Messstreifen näher eingehen zu wollen, sei doch angemerkt, dass die Messung des Drehmomentes durch die (optisch kaum wahrnehmbare) Verformung des überwachten Bauteils (hier: Anbindungsnabe) ermöglicht wird. Mit der Verformung wird nämlich ein auf dem Messstreifen angeordneter Draht derart gedehnt, dass dieser seinen elektrischen Widerstand ändert, was erfasst bzw. gemessen werden kann. Hierzu kann der Drehmomentsensor mit einer, insbesondere ebenfalls an der Nabe angeordneten, Elektronik verbunden sein, welche beispielsweise auch streifenförmig ausgebildet sein kann. Insbesondere können die Sensoren und die Elektronik auch in demselben Streifen integriert sein.
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Derartige Drehmomentsensoren sind auf diese Weise einfach an einer der Anbindungsnaben anzuordnen, wodurch insbesondere auf zusätzliche, separate Messwellen verzichtet werden kann, was insgesamt einen einfachen Aufbau ermöglicht und somit wiederum eine einfachere Wartung und auch eine einfachere Überwachung der ganzen Vorrichtung. Zudem besteht durch die Messeinrichtung lediglich ein Mehrgewicht von weniger als 200 gr, was im Vergleich zu einer separaten Messwelle sehr gering ist. Ausserdem können separate Messwellen die Isolationseigenschaften der Vorrichtung negativ beeinflussen, wobei mit der Erfindung ein isolierendes Glasfaserkunststoffrohr als Zwischenrohr problemlos weiterverwendet werden kann.
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Erfindungsgemäße Vorrichtungen werden üblicherweise in Windkraftanlagen eingesetzt, nämlich als Kupplung zwischen dem Generator und dem Getriebe des Rotors bzw. dem Rotor selbst. Alternativ ist ein Einsatz jedoch auch in anderen technischen Bereichen, wie Wasserkraftanlagen oder maritimen Anlagen möglich, wobei als Maschinenteil auch Bauteile, wie beispielsweise der Rotor selbst oder eine Schiffsnabe verstanden werden kann.
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Das Zwischenrohr der Vorrichtung ist üblicherweise mit jeweils einem Ende an jeweils einer der Anbindungsnaben verklebt. Hierzu kann das Zwischenrohr die Anbindungsnaben übergreifen. Alternativ ist aber auch vorstellbar, dass die Anbindungsnaben das Zwischenrohr übergreifen. Vorteilhafterweise ist das Zwischenrohr aus Faserverbundwerkstoff, insbesondere Glasfaserkunststoff, ausgebildet, wobei grundsätzlich auch andere Materialien zur Herstellung des Zwischenrohres einsetzbar sind.
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Der Drehmomentsensor ist dabei überraschenderweise nicht an dem Zwischenrohr angeordnet, sondern an einer der Anbindungsnaben. Alternativ können ein oder mehrere Sensoren natürlich auch an beiden Anbindungsnaben vorgesehen sein. Insbesondere ist es vorteilhaft, an der zu überwachenden Nabe mehrere, insbesondere zwei, Drehmomentsensoren vorzusehen, welche mit derselben Elektronik verbunden sind.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist der Drehmomentsensor an derjenigen Anbindungsnabe angeordnet, welche die Ausgangsnabe darstellt, also diejenige Nabe, auf welche in der Wirkkette von dem einen Maschinenteil zu dem anderen Maschinenteil das Drehmoment später übertragen wird (jedenfalls bei einer herkömmlichen Drehmomentübertragung vom Getriebe bzw. Rotor auf den Generator).
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In diesem Sinne kann die andere Anbindungsnabe typischerweise als Eingangsnabe bezeichnet werden. Bei einer Windkraftanlage ist der Drehmomentsensor dann bauraumbedingt typischerweise an derjenigen Anbindungsnabe angeordnet, welche dem Generator zugeordnet ist, also an der Ausgangsnabe. Ein weiterer Grund hierfür kann die größere Wärmeentwicklung im Bereich einer Bremsscheibe des Rotorgetriebes sein.
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Grundsätzlich kann zur Anbringung des Drehmomentsensors jedoch auch die andere Nabe bzw. die Eingangsnabe verwendet werden. Hier sind konkrete Überlegungen bezüglich des vorhandenen Bauraumes zu berücksichtigen.
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Vorteilhafterweise weist die Anbindungsnabe, an welcher der Drehmomentsensor angeordnet ist, einen Anbindungsabschnitt zur Anbindung an das entsprechende Maschinenteil und einen Befestigungsabschnitt zur Befestigung des Zwischenrohres auf. Insbesondere kann diese Anbindungsnabe ausschließlich aus diesen beiden Abschnitten bestehen, so dass sich die Anbindungsnabe dann aus Anbindungsabschnitt und Befestigungsabschnitt zusammensetzt. Hierbei ist der Drehmomentsensor vorteilhafterweise an dem Befestigungsabschnitt angeordnet. Der Drehmomentsensor ist somit, bezogen auf die Anbindungsnabe, in dem Bereich befestigt, welcher dem Zwischenrohr zugeordnet ist und dessen Befestigung bzw. Halterung dient. Üblicherweise ist das Zwischenrohr an dem Befestigungsabschnitt der Anbindungsnabe verklebt und auch der Drehmomentsensor ist in diesem Bereich befestigt, insbesondere dort verklebt.
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In diesem Sinne kann der Befestigungsabschnitt all die Bereiche der Anbindungsnabe darstellen, welche nicht der Anbindung an das entsprechende Maschinenteil dienen.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Drehmomentsensor in einem Bereich des Befestigungsabschnittes angeordnet, welcher mit dem Zwischenrohr überlappt. Dies ermöglicht eine besonders optimale Platzausnutzung. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass der Drehmomentsensor in einem Bereich des Befestigungsabschnittes angeordnet ist, welcher nicht mit dem Zwischenrohr überlappt, insbesondere wenn ein besonders langer Befestigungsabschnitt vorliegt.
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Gemäß einer vorteilhaften Anordnung ist der Drehmomentsensor desweiteren an derjenigen Seite des Befestigungsabschnittes angeordnet, an welcher das Zwischenrohr nicht befestigt oder verklebt ist. In diesem Sinne kann das Zwischenrohr den Befestigungsabschnitt der entsprechenden Anbindungsnabe beispielsweise übergreifen. Der Drehmomentsensor wäre in diesem Fall an der Innenseite des Befestigungsabschnittes, gegenüberliegend dem Zwischenrohr, an dem Befestigungsabschnitt angeordnet. Alternativ kann auch der Befestigungsabschnitt das Zwischenrohr übergreifen, in welchem Falle der Drehmomentsensor an der Außenseite des Befestigungsabschnittes (welcher typischerweise eine hohlzylindrische Form aufweist) angeordnet wird.
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Weiter vorteilhafterweise ist der Drehmomentsensor beabstandet vom Rand des Befestigungsabschnittes angeordnet, und somit insbesondere nicht direkt am Übergangsbereich zwischen Befestigungsabschnitt und Zwischenrohr. Hierbei verbleibt ein gewisser axialer Abstand zwischen dem dem Zwischenrohr zugewandten Ende der Anbindungsnabe und dem Anordnungsplatz des Drehmomentsensors. Dies führt zu einer höheren Messgenauigkeit des Drehmomentes, weil sich für den Drehmomentsensor eine homogenere Messfläche ergibt und insbesondere das Drehmoment bereits zu einem größeren Prozentanteil in die Anbindungsnabe eingetreten (bei einer Austrittsnabe) bzw. noch nicht zu einem größeren Prozentanteil ausgetreten (bei einer Eingangsnabe) ist. Zudem ist in diesem Randbereich aufgrund des Materialübergangs der Dehnungsgradient ungünstig hoch Vorteilhafterweise wird der Drehmomentsensor dabei in einem Bereich des Befestigungsabschnittes der Austrittsnabe angeordnet, in welchem mindestens 50% des Drehmomentes bereits auf die Austrittsnabe übertragen wurden.
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Weiter vorteilhafterweise erfolgt die Anordnung in einem Bereich, in welchem mindestens 75% übertragen wurden.
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Die genaue Anordnung ist aufgrund von durchzuführenden Messungen oder theoretischen Berechnungen unter Berücksichtigung der verwendeten Materialien und der Abmessungen von Anbindungsnabe und Zwischenrohr sowie des verwendeten Klebstoffes und dessen Auftragsflächen zu ermitteln.
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Vorteilhafterweise ist der Drehmomentsensor aber auch beabstandet vom Anbindungsabschnitt der Nabe angeordnet, da im Übergangsbereich zwischen Anbindungsabschnitt und Befestigungsabschnitt typischerweise Spannungsspitzen, insbesondere Kerbspannungen aufgrund von Querschnittsänderungen, auftreten.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Anbindungsnabe, an welcher der Drehmomentsensor angeordnet ist, einen weiteren Drehmomentsensor auf. Dieser kann insbesondere im Wesentlichen achssymmetrisch oder achsensymmetrisch zur Längsachse der Vorrichtung bzw. des Zwischenrohres an der Anbindungsnabe angeordnet bzw. befestigt sein.
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Eine derartige Anordnung erlaubt eine noch genauere Messung, da Querkräfte und Biegemomente kompensiert werden können. Durch eine Messung an diesen beiden Punkten kann ein solcher Verformungseinfluss minimiert bzw. aus dem Messergebnis herausgerechnet werden. Alternativ können natürlich auch mehr als zwei Sensoren vorgesehen werden. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn diese achssymmetrisch angeordnet werden. Eine große Anzahl an Sensoren ist vorteilhaft, da sich Fehler durch Inhomogenitäten dann schwächer auswirken.
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Der Vollständigkeit halber sei angeführt, dass ein Drehmomentsensor in der Praxis auch aus mehreren Sensoren bestehen kann. Im Sinne der Erfindung kann also auch eine Einheit von mehreren räumlich oder funktional zusammenhängenden Drehmomentsensoren, beispielsweise Drähten oder Messstreifen, einen Drehmomentsensor darstellen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung löst die Erfindung die gestellte Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 7, insbesondere mit denen des Kennzeichenteils, und ist somit dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens einen Drehmomentsensor aufweist, welcher mit einer in dem Zwischenrohr angeordneten Sende- und/oder Empfangseinheit verbunden ist.
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Das Prinzip dieses Aspektes der Erfindung liegt somit darin, innerhalb des drehmomentführenden Zwischenrohres, also innerhalb einer drehmomentführenden Welle, tatsächlich eine Sendeeinheit, bzw. eine Empfangseinheit anzuordnen. Idealerweise weist diese Einheit sowohl Sende- als auch Empfangsfähigkeiten auf. Dies ist aber für die Realisierung der Erfindung nicht zwingend erforderlich: So ist es auch durchaus möglich, dass lediglich eine Sendeeinheit oder eine Empfangseinheit vorgesehen ist. Die Empfangseinheit kann hierbei insbesondere für eine Versorgung der Vorrichtung (und insbesondere für eine Versorgung des Drehmomentsensors) mit Energie sorgen, nämlich auf Basis einer sogenannten kontaktlosen Energieübertragung. Auch die mit dem Drehmomentsensor verbundene Elektronik kann auf diese Weise mit Energie versorgt werden.
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Andererseits kann die Einheit auch Sendeeigenschaften aufweisen, so dass Signale oder Daten, welche der Drehmomentsensor ermittelt hat, kontaktlos aus dem drehmomentführenden Zwischenrohr (und somit aus den rotierenden Elementen) nach außen an eine stationäre Sende- und/oder Empfangsstation (sogenannter „Pick-Up”) übermittelt werden.
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Diese Empfangsstation kann dann beispielsweise mit einer Rechnereinheit verbunden sein, welche die empfangenen Signale oder Daten auswertet. Hierbei kann es sich beispielsweise um die Änderung der elektrischen Widerstände der Messsensorstreifen handeln, welche dann in das entsprechende Drehmoment umgerechnet werden. Alternativ kann ein Wert für das Drehmoment aber auch bereits vor Übertragung, nämlich durch die Elektronik (welche insbesondere auch eine digitale Codierung vornehmen kann), ermittelt werden und diese Daten mit der Antenne bzw. mit der Sende- und/oder Empfangseinheit gesendet werden.
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Die kontaktlose Übertragung bietet optisch ästhetische und schutztechnische Vorteile im Sinne einer Verschleißfreiheit. Zudem wird Funkenschlag vermieden, so dass ein besserer Explosionsschutz besteht.
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Hierbei ist die Sende- und/oder Empfangseinheit vorteilhaft ausserhalb des Überlappungsbereiches von Zwischenrohr und Befestigungsabschnitt der Nabe angeordnet, um eine bessere Sende- und/oder Empfangsleistung zu erreichen.
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Vorteilhafterweise ist die Sende- und/oder Empfangseinheit im Inneren des Zwischenrohres fest angebracht, beispielsweise an der inneren Mantelseite des Zwischenrohres. Hierzu kann die Einheit beispielsweise an der Innenseite des Zwischenrohres flächig aufliegen und dort verklebt sein.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Sende- und/oder Empfangseinheit als induktives Element ausgeführt, beispielsweise als induktiver Ring, welcher an dem Zwischenrohr angeordnet und dort beispielsweise umlaufend verklebt sein kann. Alternativ kann das Element auch eine Spule mit mehreren induktiven Windungen sein, so dass mehrere Windungen innenumlaufend in dem Zwischenrohr angeordnet bzw. verklebt sind.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass auch die Elektronik in die Sende- und/oder Empfangseinheit integriert sein kann, womit diese dann zwngsläufig auch im Zwischenrohr angeordnet ist. Alternativ kann die Elektronik aber auch, insbesondere beabstandet von der Antenne, in der Nabe angeordnet sein.
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Hierbei kann auf besonders vorteilhafte Weise eine kontaktlose Energie – aber auch Signal- oder Datenübertragungen erfolgen. Selbstverständlich können auch andere kontaktlose Energie- und/oder Datenübertragungselemente verwendet werden. Beispielsweise ist es möglich, dass die Sende- und/oder Empfangseinheit als einfacher Bluetooth-Sender ausgebildet ist und dass überhaupt keine Empfangseinheit für eine Energieübertragung vorhanden ist. In diesem Fall können die Drehmomentsensoren und auch die gegebenenfalls in der Nabe angeordnete Elektronik mit Batterien betrieben werden.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nicht zitierten Unteransprüchen sowie anhand der nun folgenden Beschreibung der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele. Darin zeigen:
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1 in einer grob schematischen, bezüglich der Dimensionierung nicht maßstabsgetreuen Darstellung, eine beispielsweise Anordnung für eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Windkraftanlage,
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2 eine schematische Schrägansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche mit ihrem einen Ende an einer Bremsscheibe eines nicht dargestellten Getriebes und mit dem anderen Ende an einer Überlasteinheit angeordnet ist, welche einem ebenfalls nicht dargestellten Generator zugeordnet ist,
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3 in einer ähnlichen Schrägansicht wie 2 ein Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung bei anderer Dimensionierung und unter Weglassung der in 2 noch dargestellten Lenker,
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4 eine Vorrichtung gemäß 3 in einer Schnittansicht, etwa gemäß Ansichtspfeil IV in 3 samt zugeordneter Sende- und Empfangsstation sowie angeschlossener Rechnereinheit,
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5 in einer schematischen Grafik eine Darstellung über die Breite des in 4 dargestellten Befestigungsabschnittes, wobei die dargestellte Kurve die Prozentzahl angibt, zu welchem Anteil das Drehmoment in dem Zwischenrohr auf die aus Metall bestehende Anbindungsnabe übergeben ist und
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6 ein schematisch, abgebrochen dargestellter Ausschnitt eines zweiten Ausführungsbeispieles der Erfindung, im Verhältnis zu der in 4 dargestellten Vorrichtung etwa in dem dort mit VI bezeichneten Bereich angeordnet, wobei der Sensor der anderen Anbindungsnabe zugeordnet ist und die dargestellte Anbindungsnabe das Zwischenrohr übergreift.
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Die in ihrer Gesamtheit in den Figuren mit 10 bezeichnete erfindungsgemäße Vorrichtung ist in 1 bezüglich ihrer Anordnung in einer angedeuteten Windkraftanlage 11 dargestellt. Verdeutlicht wird hierbei, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 als Kupplung zwischen dem Generator 12 der Windkraftanlage 11 und einem Getriebe 13 angeordnet ist.
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Wind treibt einen Rotor 14 an, so dass das Getriebe 13 mit Hilfe der Kupplung 10 ein Drehmoment auf den Generator 12 übertragen kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Drehmoment in einem Verhältnis von etwa 1:1 übertragen, was durch die erfindungsgemäße Kupplung 10 ermöglicht wird. Zusätzlich ermöglicht die Kupplung 10 einen Versatzausgleich, beispielsweise um eine Verlagerung der Maschinenteile auszugleichen, da in der Windkraftanlage 11 typiescherweise sowohl der Generator 12 als auch das Getriebe 13 elastisch gelagert sind, was elastische Lagerstellen 15a bis d lediglich schematisch verdeutlichen sollen.
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Die Übertragung erfolgt möglichst homokinetisch, d. h., dass gleichförmige Eingangsdrehbewegungen gleichförmige Ausgangsdrehbewegungen zur Folge haben sollen.
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Um den angesprochenen Versatzausgleich zu realisieren, sieht die erfindungsgemäße Vorrichtung in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in 2 dargestellte Lenkerelemente 16 vor. Das in 2 mit 16 bezeichnete Lenkerelement ist hierbei verschwenkbar mit einem Schraubbolzen 17 in Richtung der axialen Längserstreckung x der Vorrichtung 10 mit Hilfe eines Schraubbolzens 17 an einer Bremsscheibe 18 angeordnet.
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Die Bremsscheibe 18 ist dabei dem in 2 nicht dargestellten Getriebe 13 zugeordnet, welches sich bezüglich der 2 und 3 somit hinsichtlich der Figurenebene rechts befinden würde.
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Der Lenker weist mit Hilfe eines weiteren, um 90° versetzten Schraubbolzens 17' auch in Radialrichtung eine verschwenkbare Befestigung an einer in 2 lediglich angedeuteten Anbindungsnabe 19 auf. Die dargestellte Vorrichtung 10 ist somit auch als Lenkerkupplung bezeichenbar und weist eine Bauform mit einer radial verschraubten, zylindrischen und einer axial verschraubten sphärischen elastischen Buchse in den Lenkeraugen des Lenkers auf.
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Die Anbindungsnabe 19 ist über das Zwischenrohr 20 mit einer in 2 nicht dargestellten zweiten Anbindungsnabe, nämlich einer Ausgangsnabe 21, verbunden (vgl. 3). In diesem Sinne kann die dem Getriebe 13 bzw. der Bremsscheibe 18 zugeordnete Verbindungsnabe 19 auch als Eingangsnabe bezeichnet werden.
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Während 2 die Ausgangsnabe 21 selber nicht zu entnehmen ist, ist dort doch erkenntlich, dass auch hier Lenkerelemente 16' vorgesehen sind, die entsprechend an einer Überlasteinheit 22 angeordnet sind. Die Überlasteinheit 22 ist dem in 2 ebenfalls nicht dargestellten Generator 12 zugeordnet. Bezüglich der 2 und 3 würde sich der Generator 12 hinsichtlich der Figurenebene also links der dargestellten Bauteile befinden.
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Sowohl die erste Anbindungsnabe 19, welche auch als Eingangsnabe bezeichenbar ist, als auch die zweite Anbindungsnabe 21, welche auch als Ausgangsnabe bezeichenbar ist, sind in 3 zu erkennen.
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3 lässt sich außerdem ein Drehmomentsensor 23 entnehmen, welcher als aufklebbarer Dehnungs-Messstreifen ausgebildet ist. Der Drehmomentsensor 23 ist in 3 lediglich angedeutet. Insbesondere ist sein biegeschlaffer Charakter 3 nicht entnehmbar. Vielmehr ist der Sensor 23 in 3 überhöht und als lediglich schematische Box dargestellt. Praktisch kann der Drehmomentsensor aber biegeschlaff, nach Art eines Aufklebers ausgebildet sein und sich an die Innenkontur 24 der Ausgangsnabe 21 anpassen (und so in die Ausgangsnabe 21 eingeklebt werden). Der Sensor hat hierbei typischerweise eine Breite e von 3 bis 10 mm. Zudem ist in 3 ein Elektronikbaustein 25 ersichtlich, welcher über Leitungen 26 mit dem Drehmomentsensor 23 verbunden ist. Dieser Elektronikbaustein kann ebenfalls als biegeschlaffes Klebeelement ausgebildet sein, um so die Rotation der Vorrichtung 10 möglichst wenig zu beeinflussen.
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Der Elektronikbaustein 25 kann insbesondere Informationen von dem Drehmomentsensor 23 und einem weiteren, in 3 nicht dargestellten zweiten Drehmomentsensor 23' zusammenführen und gegebenenfalls bereits auswerten oder weiterverarbeiten bzw. weiterleiten. Diese Weiterleitung erfolgt über Leitungen 26', welche mit einem Induktionsring 27 verbunden sind. Der Induktionsring 27 besteht in dem dargestellten Ausführungsbeispiel insbesondere aus einem auf die Mantelinnenseite oder -fläche 28 des Zwischenrohres 20 aufgeklebten Ring, welcher nahezu um 360° in dem Zwischenrohr umläuft. Das Zwischenrohr hat typischerweise einen Durchmesser von 200 bis 1000 mm, beispielsweise 300 mm.
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Alternativ kann anstelle eines nahezu einmal umlaufenden Ringes 27 auch eine Spule mit mehreren umlaufenden Windungen in die Innenmantelfläche 28 des Zwischenrohres 20 einbringbar und dort einklebbar sein.
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Zur Energieversorgung, insbesondere des Drehmomentsensors 23, ist in 4 eine außerhalb von Zwischenrohr 20 und Anbindungsnaben 19, 21 angeordnete Sende- und Empfangsstation 29 (welche auch zur Vorrichtung 10 gehört) angedeutet. Die Anordnung der Sende- und Empfangsstation 29 erfolgt dabei stationär (beispielsweise in einem Gehäuse der Windkraftanlage 11), also insbesondere nicht innerhalb des rotierenden Zwischenrohres 20. Der mit dem Zwischenrohr 20 rotierende Induktionsring 27, auch als Antenne bezeichenbar, kann somit kontaktlos mit der stationären Sende- und Empfangsstation 29 sowohl Energie als auch Signale bzw. Informationen austauschen. Hierzu kann in der Sende- und Empfangsstation 29 beispielsweise ein Wechselstrom angelegt werden, welcher ein Magnetfeld erzeugt, das in der Antenne 27 einen Strom erzeugt, der den Drehmomentsensor 23 versorgen kann.
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Andererseits kann der Drehmomentsensor 23 während einer Rotation der Einheit aus den Anbindungsnaben 19, 21 und dem Zwischenrohr 20 Informationen über das Drehmoment messen und Signale erzeugen, aus welchen sich zumindest mittelbar Messwerte zu dem überwachten Drehmoment ermitteln lassen. Diese Signale können von dem Drehmomentsensor 23 über die Leitung 26 an die Elektronik 25 gelangen, von dort über die Leitung 26' zur Antenne 27, welche diese dann kontaktlos an die stationär innerhalb der Windkraftanlage angeordnete Sende- und Empfangsstation 29 sendet. Die Empfangseinheit 29 kann diese Signale dann beispielsweise an eine in 4 ebenfalls schematisch angedeutete Recheneinheit oder Rechnereinheit 30 weiterleiten, an welche beispielsweise auch Eingabegeräte, wie Tastaturen oder Eingabehilfen sowie Darstellungsmöglichkeiten, wie Displays, oder Lautsprecher anschließbar sind. Die in 4 zwischen der Sende- und Empfangseinheit 29 und der Recheneinheit 30 dargestellte Leitung ist lediglich symbolisch zu verstehen. Hierbei kann es sich tatsächlich um eine körperliche Leitung handeln, andererseits aber auch um eine drahtlose Verbindung oder ähnliches. In diesem Sinne ist auch ein Fernzugriff auf die Sende- und Empfangsstation 29 durchaus möglich.
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Dadurch, dass das Zwischenrohr 20 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem Glasfaserkunststoff ausgebildet ist, kann sowohl die Antenne 27 als auch die Sende- und Empfangsstation 29 ohne große Beeinflussung durch das Zwischenrohr kommunizieren. Zudem besteht ein Schutz vor Beschädigungen der in dem Zwischenrohr angeordneten Elemente. Die Antenne 27 sollte hierbei einen gewissen Abstand a zu der näherliegenden Anbindungsnabe 21 aufweisen, da die Anbindungsnabe 19 und 21 üblicherweise aus Metall bestehen und die Kommunikation der Antenne 27 mit der Station 29 beeinträchtigen würden.
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Andererseits darf der Abstand a der Antenne 24 von der Anbindungsnabe 21 auch nicht zu groß werden, da der Drehmomentsensor an der Anbindungsnabe 21 angeordnet ist.
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Die dargestellte Kupplung ist den drehsteifen Kupplungen zuzuordnen.
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Bei einer gemeinsamen Rotation der beiden Anbindungsnaben 19 und 21 mit dem Zwischenrohr 20, welche durch ein Antreiben des in 1 dargestellten Rotors 14 erfolgt, kann der Drehmomentsensor 23 Informationen über die hierbei entstehenden Drehmomente sammeln. Der Drehmomentsensor ist hierfür in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Dehnungs-Messstreifen ausgebildet, welcher mindestens einen Draht enthält. Der Draht ändert bei einer Verformung des Körpers, welche im Falle einer Rotation zwangsläufig erfolgt, seinen elektrischen Widerstand, da er gedehnt wird. Das Signal der Änderung des elektrischen Widerstandes liefert hierbei Informationen über das Drehmoment. Diese Informationen können beispielsweise in dem Elektronikbaustein 25 oder auch in der Recheneinheit 30 in tatsächliche Werte für das Drehmoment umgerechnet werden.
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Da eine Messung an einem einzigen Anordnungsort innerhalb der Ausgangsnabe 21 möglicherweise leicht verfälschte Ergebnisse aufgrund von Inhomogenitäten des Werkstoffs und mangelnder Querkraft- und Biegemomentkompensation liefern könnte, ist 4 ein zweiter Drehmomentsensor 23' entnehmbar, welcher bezüglich der Längserstreckungsachse A der Einheit aus Anbindungsnaben 19, 21 und Zwischenrohr 20 etwa achssymmetrisch zu dieser Achse A (ebenfalls innerhalb der Anbindungsnabe 21) angeordnet ist. Auch dieser zweite Drehmomentsensor 23' ist über Leitungen 26'' mit der Elektronik 25 verbunden.
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Von entscheidender Bedeutung für die Erfindung ist hierbei zunächst, dass die Drehmomentsensoren 23, 23' an einer der metallischen Anbindungsnaben 19, 21 angeordnet sind und nicht, wie möglicherweise zu erwarten wäre, direkt an dem Zwischenrohr 20. Insbesondere sind die Sensoren 23, 23' hierbei an einem Befestigungsabschnitt 31 der Ausgangsnabe 21 befestigt. Die Ausgangsnabe 21 ist hierzu im Wesentlichen zweiteilig ausgebildet und weist neben dem Befestigungsabschnitt 31 (einer in Axialerstreckung x vorgegebenen Breite b) auch einen Anbindungsabschnitt 32 (einer Breite c) auf. Der Anbindungsabschnitt weist hierbei mehrere Schraubgewinde oder Schraubbuchsen 33 auf, zur Anbindung der in 2 dargestellten Lenker 16' an die Ausgangsnabe 21. Entsprechendes gilt für die Buchsen 33' in der Anbindungsnabe 19 und den in 4 nicht dargestellten Lenker 16.
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4 lässt sich desweiteren entnehmen, dass der Befestigungsabschnitt 31 der Ausgangsnabe 21 leicht konisch ausgebildet ist. Da dies für die Realisierung der Erfindung aber nicht zwingend erforderlich ist, kann auch ein Ausführungsbeispiel vorgesehen werden, bei welchem der Befestigungsabschnitt 31 nicht konisch ausgebildet ist.
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Der Befestigungsabschnitt 31 wird hierbei insbesondere vollständig von dem Zwischenrohr 20 übergriffen und ist dort mit Hilfe einer in den Figuren nicht erkennbaren Klebeschicht flächig verklebt. Die Verklebung erfolgt in dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel auf der Außenseite 34 des Befestigungsabschnittes 31, während die Drehmomentsensoren 23 und 23' an der Innenseite 35 des Befestigungsabschnittes 32 befestigt, insbesondere auch festgeklebt, sind.
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Die Sensoren 23 und 23' sind hierbei in einem Überdeckungsbereich des Befestigungsabschnittes angeordnet, welcher von dem Rohr 20 verklebend überlappt wird. Dieser Überdeckungsbereich erstreckt sich bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen über die gesamte Breite b des Befestigungsabschnittes 31.
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Weiterhin fällt in 4 auf, dass die Sensoren 23 und 23' sowohl beabstandet vom Anbindungsabschnitt 32 als auch von dem Rand 36 der Anbindungsnabe 21 angeordnet sind. Dieser Abstand ist in 3 mit d bezeichnet dargestellt.
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Der Grund hierfür ist darin zu sehen, dass an dem Rand 36 der Anbindungsnabe 21 das Drehmoment des Zwischenrohres 21 noch nicht in ausreichendem Maße in das Metall der Ausgangsnabe 21 übertragen wurde.
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5 soll dies anhand einer schematischen Grafik verdeutlichen, wobei der Prozentanteil des Drehmomentes aufgetragen ist, welcher bereits in die Anbindungsnabe 21 übertragen wurde, und zwar gegen die Axialerstreckung des Befestigungsabschnittes 31 der Nabe 21. b ist hierbei dem Rand 36 gemäß 4 zugeordnet. Der Befestigungsabschnitt 31 hat hierbei eine Breite b. 5 zeigt insbesondere auch einen Schwellwert SW, ab welchem bereits 50% des Drehmomentes von dem Befestigungsabschnitt 31 aufgenommen sind. Aus dieser Grafik lässt sich somit erkennen, dass die Drehmomentsensoren 23 und 23', bezogen auf die Breite b des Befestigungsabschnittes, möglichst nicht in dem Bereich angeordnet werden sollten, welcher bezüglich 5 zwischen den Markierungen „SW” und „b” liegt. Mit anderen Worten darf der Sensor nicht zu nahe am Rand 36 der Anbindungsnabe 21 angeordnet sein, welcher in 5 mit b bezeichnet ist.
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Zu dem dargestellten Ausführungsbeispiel lässt sich in 4 erkennen, dass die Sensoren 23 und 23' der Ausgangsnabe 21 zugeordnet sind. Dies hat insbesondere den Grund, dass die Platzverhältnisse zur räumlichen Zuordnung einer Sende- und Empfangsstation 29 hier günstiger sind als eine Anordnung der Sensoren 23 und 23' an der Anbindungsnabe 19. 2 lässt die sehr breit bauende Bremsscheibe 18 erkennen, welche wenig Platz für eine stationäre Anordnung einer Sende- und Empfangsstation lässt. Vorteilhafterweise ist die Station 29 an der Generator- oder Getriebemasse angeordnet, um eine möglichst kurze Distanz zu der Antenne zu wahren, bzw. nur möglichst kleine Luftspalte überbrücken zu müssen.
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Selbstverständlich ist es aber auch möglich, zusätzlich oder alternativ einen oder mehrere Drehmomentsensoren an der Eingangsnabe 19 anzuordnen.
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In diesem Fall wäre die in 5 dargestellte Grafik spiegelsymmetrisch. Ein entsprechender Drehmomentsensor wäre also in einem Bereich des entsprechenden Befestigungsabschnittes anzuordnen, in welchem das Drehmoment möglichst noch nicht in großen Teilen auf das Zwischenrohr 20 übergegangen ist.
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Dies soll auch ein in 6 abgebrochen und in Vergrößerung dargestelltes, zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung verdeutlichen. Hier ist ein Bereich eines Zwischenrohres 20' und einer entsprechenden Eingangsnabe 19' dargestellt. Diese Ausführung entspricht dabei ihrem grundsätzlichen Aufbau nach im Wesentlichen der in 4 dargestellten Vorrichtung jedoch mit den 6 entnehmbaren Unterschieden. Bezüglich 4 wäre der in 6 dargestellte Ausschnitt aber im mit VI bezeichnetem Fensterbereich angeordnet. Es besteht hier jedoch der Unterschied, dass nicht das Zwischenrohr den Befestigungsabschnitt 31' der Anbindungsnabe 19' übergreift. Vielmehr ist es umgekehrt: So übergreift der Befestigungsabschnitt 31', welcher in diesem Ausführungsbeispiel auch gar nicht konisch ausgebildet ist, das Zwischenrohr 20', bzw. dessen obere Kante 37'. Weiterhin fällt auf, dass in diesem Ausführungsbeispiel der Drehmomentsensor 23'' auch gar nicht im Überlappungsbereich zwischen Befestigungsabschnitt 31' und Zwischenrohr 20' angeordnet ist, sondern bezüglich der Axialerstreckung außerhalb des Überlappungsbereiches ü. Hierzu kann allerdings der Befestigungsabschnitt 31' deutlich länger ausgebildet sein als in dem ersten Ausführungsbeispiel. Zudem ist der Sensor 23'' an der Außenseite 34' des Befestigungsabschnittes 31' angeordnet, nicht an dessen Innenseite 35'.
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Dieses zweite Ausführungsbeispiel soll einige grundlegende Alternativen offenbaren, welche mit dem Ausführungsbeispiel der in den 1 bis 5 dargestellten Vorrichtung ohne weiteres kombinierbar sind und diese lediglich abwandeln sollen, ohne dass der Kerngedanke der Erfindung verlorengeht. Selbstverständlich müssen nicht alle der aufgezählten Unterschiede bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung verwirklicht sein. Die Erfindung soll jede Kombination von Merkmalen der Ausführungsbeispiele der 1 bis 5 und der 6 umfassen.
