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Die Erfindung betrifft ein Getriebe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Um den Generator einer Windkraftanlage zu regeln, werden Informationen über das anliegende Drehmoment benötigt. Dieses lässt sich anhand der Torsion eines Getriebes ermitteln. Eine entsprechende Anordnung offenbart etwa die Druckschrift
DE 10 2011 118 831 A1 . Hier ist zudem beschrieben, wie sich Torsionsschwingungen des Antriebsstrangs ermitteln und dämpfen lassen.
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Zur Detektion eines Torsionswinkels werden gemäß der Druckschrift
DE 10 2011 118 831 A1 ein erster Winkelsensor und ein zweiter Winkelsensor benötigt. Der erste Winkelsensor misst einen Drehwinkel einer Eingangswelle des Getriebes, der zweite Winkelsensor einen Drehwinkel einer Ausgangswelle. Der erste Winkelsensor muss zu diesem Zweck in unmittelbarer räumlicher Nähe zu der Eingangswelle angeordnet sein. Dies ist jedoch problematisch, da die Eingangswelle mit einem hohen Drehmoment beaufschlagt wird und entsprechend großzügig dimensioniert sein muss. Dies wiederum hat zur Folge, dass der für den ersten Winkelsensor zur Verfügung stehende Bauraum knapp bemessen ist. Zudem ist die Verlegung einer Verkabelung in Richtung der Eingangswelle schwierig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Messmöglichkeiten in einem Getriebe unter Umgehung der den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen innewohnenden Nachteile zu verbessern. Insbesondere soll die Ermittlung von Drehmomenten und/oder Torsionen ermöglicht werden, wenn die Anbringung entsprechender Sensoren aufgrund beengter Bauraumverhältnisse schwierig ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Getriebe nach Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
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Das Getriebe weist ein erstes Mittel, etwa eine Welle oder ein Zahnrad, zum übertragene einer Drehbewegung, ein Pitchrohr und einen ersten Sensor auf. Bei dem Getriebe handelt es sich vorzugsweise um ein Getriebe für eine Windkraftanlage. Das erste Mittel ist drehbar gelagert.
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Mit Pitchrohr wird ein Rohr bezeichnet, das zur Verlegung von Kabeln und/oder Versorgungsleitungen geeignet ist. Die Kabel und/oder Versorgungsleitungen werden durch das Pitchrohr von einer ersten Stelle in dem Getriebe, an der sich eine erste Mündung des Rohrs befindet hin zu einer zweiten Stelle des Getriebes, an der sich eine zweite Mündung des Rohrs befindet, verlegt. Die Kabel bzw. Versorgungsleitungen dienen etwa dazu, den Pitchwinkel, d.h. den Verdrehwinkel der Rotorblätter einer Windkraftanlage zu variieren.
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Das Pitchrohr ist drehfest mit dem ersten Mittel verbunden. Dies bedeutet, dass das Pitchrohr und das erste Mittel sich um eine gemeinsame Drehachse drehen. Vorzugsweise sind das Pitchrohr und das erste Mittel koaxial angeordnet, so dass eine Symmetrieachse des Pitchrohrs mit der genannten Drehachse übereinstimmt.
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Erfindungsgemäß ist der erste Sensor ausgebildet, mindestens eine mit einem Drehwinkel und/oder einer Drehwinkeländerung des Pitchrohrs korrelierte erste physikalische Größe zu messen. Bevorzugt ist die erste physikalische Größe derart korreliert, dass sie in eindeutiger Weise von dem Drehwinkel und/oder der Drehwinkeländerung des ersten Mittels abhängig ist. Dies bedeutet, dass jedem Drehwinkel und/oder jeder Drehwinkeländerung des ersten Mittels genau ein Wert der ersten physikalischen Größe zugeordnet ist. Bevorzugt ist die erste physikalische Größe mit dem Drehwinkel und/oder der Drehwinkeländerung des zweiten Mittels identisch.
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Aufgrund der Korrelation zwischen der ersten physikalischen Größe und dem Drehwinkel und/oder der Drehwinkeländerung des Pitchrohrs ist es möglich, anhand der physikalischen Größe den Drehwinkel und/oder die Drehwinkeländerung zu ermitteln. Vorzugsweise handelt es sich um eine eindeutige Korrelation, bei der jedem Drehwinkel und/oder jeder Drehwinkeländerung des Pitchrohrs unabhängig von dem in dem Getriebe vorherrschenden Betriebsbedingungen eine eindeutige bestimmte physikalische Größe zugeordnet wird.
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Die Erfindung ermöglicht eine Entkopplung der Messstelle, in welcher der erste Sensor die mit dem Drehwinkel und/oder der Drehwinkeländerung des Pitchrohrs korrelierte physikalische Größe misst, von dem ersten Mittel. So weist nicht das erste Mittel die Messstelle auf, sondern das Pitchrohr. Da das Pitchrohr drehfest mit dem ersten Mittel verbunden ist, ist der Drehwinkel bzw. die Drehwinkeländerung des Pitchrohrs identisch mit einem Drehwinkel und/oder einer Drehwinkeländerung des ersten Mittels. Die Verlagerung der Messstelle auf das Pitchrohr ermöglicht eine flexiblere räumliche Anordnung der Messstelle. Bei einer Windkraftanlage kann die Messstelle in Richtung des Generators verlagert werden, wo gewöhnlich weniger beengte Bauraumverhältnisse vorherrschen.
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Das Pitchrohr ist mit dem ersten Mittel in einer Verbindungsstelle drehfest verbunden. In der Verbindungsstelle besteht also eine drehfeste Verbindung zwischen dem Pitchrohr und dem ersten Mittel. Die mit dem Drehwinkel und/oder der Drehwinkeländerung des Pitchrohrs korrelierte physikalische Größe misst der erste Sensor in einem Teil des Pitchrohrs. Dieser Teil wird Messstelle genannt. Weiterbildungsgemäß ist zwischen der Verbindungsstelle und der Messstelle keine weitere drehfeste Verbindung vorhanden. Zwischen der Verbindungsstelle und der Messstelle sind also das erste Mittel und das Pitchrohr nicht drehfest verbunden. Dies lässt sich durch einen zwischen der Verbindungsstelle und der Messstelle verlaufenden Zwischenraum realisieren, in welchen keine physikalische Verbindung zwischen dem ersten Mittel und dem Pitchrohr besteht. Durch die nicht vorhandene drehfeste Verbindung zwischen der Verbindungsstelle und der Messstelle wird die Messstelle von der Übertragung des Drehmomentflusses, der durch das erste Mittel verläuft, entkoppelt. Dies bewirkt, dass ein Drehwinkel des Pitchrohrs und ein Drehwinkel des ersten Mittels in der Verbindungsstelle identisch sind. Infolge dessen sind eine Drehwinkeländerung des Pitchrohrs und eine Drehwinkeländerung des ersten Mittels in der Verbindungsstelle identisch.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist das erste Mittel hohl ausgeführt, weist also einen Hohlraum auf. Durch diesen ist das Pitchrohr mindestens teilweise hindurch geführt ist. Mindestens ein Teil des Pitchrohrs ist also innerhalb des ersten Mittels bzw. innerhalb des Hohlraums angeordnet.
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Der Teil des Pitchrohrs, der innerhalb des ersten Mittels angeordnet ist, ist in einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung zwischen der Verbindungsstelle und der Messstelle angeordnet. Hierbei handelt es sich um eine hinsichtlich der räumlichen Entkopplung der Verbindungsstelle und der Messstelle besonders vorteilhafte Anordnung.
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Das erste Mittel liegt in einer zudem bevorzugten Weiterbildung in einem von dem Getriebe übertragenen Drehmomentfluss. Der Drehmomentfluss verläuft von einer Eingangswelle des Getriebes über das erste Mittel zu einer Ausgangswelle des Getriebes.
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Bevorzugt ist das erste Mittel als Eingangswelle weitergebildet, d.h. die Eingangswelle des Getriebes und das erste Mittel sind identisch. Bei der Eingangswelle kann es sich insbesondere um einen drehbar gelagerten Planetenträger handeln.
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Das Getriebe ist vorzugsweise mit einem zweiten Mittel, etwa eine Welle oder ein Zahnrad, zum übertragene einer Drehbewegung und einem zweiten Sensor weitergebildet. Analog zu dem ersten Sensor misst der zweite Sensor mindestens eine mit einem Drehwinkel und/oder einer Drehwinkeländerung des zweiten Mittels korrelierte zweite physikalische Größe.
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Bevorzugt ist die zweite physikalische Größe in eindeutiger Weise von dem Drehwinkel und/oder der Drehwinkeländerung des zweiten Mittels abhängig. Dies bedeutet, dass jedem Drehwinkel und/oder jeder Drehwinkeländerung des zweiten Mittels genau ein Wert der zweiten physikalischen Größe zugeordnet ist. Bevorzugt ist die zweite physikalische Größe mit dem Drehwinkel und/oder der Drehwinkeländerung des zweiten Mittels identisch.
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Auch als zweiter Sensor eignet sich eine in der Druckschrift
DE 10 2011 118 831 A1 beschriebener Winkelsensor.
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Ebenso wie das erste Mittel liegt das zweite Mittel in einer bevorzugten Weiterbildung in dem von der Eingangswelle zu der Ausgangswelle verlaufenden Drehmomentfluss. Der Drehmomentfluss verläuft bevorzugt von dem ersten Mittel zu dem zweiten Mittel.
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Die Übertragung des Drehmomentflusses geht einher mit einer Torsion des Getriebes. Dadurch ändert sich die Winkellage des ersten Mittels und des zweiten Mittels relativ zueinander. Da die erste physikalische Größe mit dem Drehwinkel und/oder der Drehwinkeländerung des ersten Mittels und die zweite physikalische Größe mit dem Drehwinkel und/oder der Drehwinkeländerung des zweiten Mittels korreliert, lässt sich die Verdrehung des ersten Mittels und des zweiten Mittels relativ zueinander anhand der Messwerte des ersten Sensors und des zweiten Sensors ermitteln.
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Die Verdrehung des ersten Mittels und des zweiten Mittels relativ zueinander wiederum korreliert mit der Drehmomentbelastung des Getriebes. Entsprechend lässt sich die Drehmomentbelastung bzw. ein an einer beliebigen, im Drehmomentfluss liegenden Komponente des Getriebes anliegendes Drehmoment in Abhängigkeit der relativen Verdrehung des ersten Mittels und des zweiten Mittels berechnen.
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Auch ist es möglich, eine Änderung der Verdrehung des ersten Mittels und des zweiten Mittels relativ zueinander im zeitlichen Verlauf zu ermitteln. Erfolgt die Änderung periodisch, so handelt es sich um eine Torsionsschwingung, die wie in der Druckschrift
DE 10 2011 118 831 A1 beschrieben, durch Vorgabe eines Lastmoments des Generators und eines Antriebsmoments eines Rotors der Windkraftanlage gedämpft werden kann.
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In einer bevorzugten Weiterbildung handelt es sich bei dem zweiten Mittel um die Ausgangswelle des Getriebes.
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Das beschriebene Getriebe ist bevorzugt in einer Anordnung mit mindestens einer Datenverarbeitungseinheit enthalten. Die Datenverarbeitungseinheit ist ausgebildet, wie oben beschrieben, anhand der ersten Größe und der zweiten Größe eine Änderung einer Drehwinkeldifferenz zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle, d.h. eine Änderung einer Verdrehung dem ersten Mittel und dem zweiten Mittel relativ zueinander, zu ermitteln. Vorzugsweise ermittelt die Datenverarbeitungseinheit daraus, wie oben beschrieben, die Drehmomentbelastung des Getriebes und/oder dämpft Torsionsschwingungen.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist in 1 dargestellt. Übereinstimmende Bezugsziffern kennzeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale. Im Einzelnen zeigt:
- 1 ein Getriebe mit Sensorik.
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Das in 1 dargestellte Getriebe 101 weist eine erste Planetenstufe 103, eine der ersten Planetenstufen 103 nachgeschaltete zweite Planetenstufe 105 und eine der zweiten Planetenstufe 105 nachgeschaltete Stirnradstufe 107 auf. Eine Eingangswelle 109 des Getriebes 101 ist einstückig mit einem Planetenträger 111 der ersten Planetenstufe verbunden. Eine Ausgangswelle 113 des Getriebes 101 ist Teil der Stirnradstufe 107.
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Zur Durchführung von elektrischen Leitungen weist das Getriebe 101 ein Pitchrohr 115 auf. Dieses verläuft koaxial durch eine als Hohlwelle ausgebildete Eingangswelle 109 der Stirnradstufe, eine als Hohlwelle ausgebildete Sonnenwelle der zweiten Planetenstufe 105, eine als Hohlwelle ausgebildete Sonnenwelle der ersten Planetenstufe 103 und durch die ebenso als Hohlwelle ausgebildete Eingangswelle 109. Mit der Eingangswelle 109 ist das Pitchrohr 115 drehfest verbunden. Auf diese Weise ist das Pitchrohr 115 gegenüber der Eingangswelle 109 torsionsfrei. Jede Drehwinkeländerung des Pitchrohrs 115 ist identisch mit einer Drehwinkeländerung der Eingangswelle 109 und umgekehrt.
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Das Getriebe 101 weist einen ersten Winkelsensor 117, einen zweiten Winkelsensor 119 und einen dritten Winkelsensor 121 auf. Der erste Winkelsensor 117 und der zweite Winkelsensor 119 messen eine Rotation des Pitchrohrs. Der dritte Winkelsensor 121 misst eine Rotation der Ausgangswelle. Durch Abgleich der Messwerte des ersten Winkelsensors 117 und des zweiten Winkelsensors 119 mit den Werten des dritten Winkelsensors 121 lässt sich eine Winkeldifferenz zwischen dem Pitchrohr 115 und der Ausgangswelle 113 ermitteln. Da das Pitchrohr 115 drehfest mit der Eingangswelle 109 verbunden ist, entspricht dies einer Winkeldifferenz zwischen der Eingangswelle 109 und der Ausgangswelle 113.
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Der erste Winkelsensor 117 und der zweite Winkelsensor 119 sind in umfänglicher Richtung des Pitchrohrs 115 versetzt angeordnet. Auf diese Weise lassen sich Messfehler infolge einer axialen Verlagerung des Pitchrohrs 115 ausgleichen.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- Getriebe
- 103
- erste Planetenstufe
- 105
- zweite Planetenstufe
- 107
- Stirnradstufe
- 109
- Eingangswelle
- 111
- Planetenträger der ersten Planetenstufe
- 113
- Ausgangswelle
- 115
- Pitchrohr
- 117
- erster Winkelsensor
- 119
- zweiter Winkelsensor
- 121
- dritter Winkelsensor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011118831 A1 [0002, 0003, 0010, 0020, 0024]
