DE202014002171U1

DE202014002171U1 - Torque-limiting element

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Publication number: DE202014002171U1
Application number: DE202014002171.6U
Authority: DE
Original assignee: Intorq & Co KG GmbH
Current assignee: Intorq & Co KG GmbH
Priority date: 2014-03-08
Filing date: 2014-03-08
Publication date: 2015-06-09
Anticipated expiration: 2024-03-09

Abstract

Drehmomentbegrenzungselement (1), insbesondere Rutschnabe, ein Antriebsteil (2) und ein Abtriebsteil (3) aufweisend, wobei das Drehmomentbegrenzungselement (1) derart gestaltet ist, dass ein Drehmoment zwischen Antriebsteil (2) und Abtriebsteil (3) übertragbar ist und bei Überschreitung eines Grenzdrehmoments zwischen Antriebsteil (2) und Abtriebsteil (3) eine Relativdrehung zwischen Antriebsteil (2) und Abtriebsteil (3) ermöglicht ist, wobei die Drehmomentbegrenzungselement (1) einen mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit befüllten Spalt (4) zur Übertragung des Drehmoments zwischen dem Antriebsteil (2) und dem Abtriebsteil (3) aufweist, wobei das Drehmonentbegrenzungselement (1) einen Permanentmagneten (5) aufweist und derart gestaltet ist, dass die Flüssigkeit vom Magnetfeld (6) des Permanentmagneten (5) durchsetzt wird.Torque limiting element (1), in particular slip hub, a drive part (2) and a driven part (3) having, wherein the torque limiting element (1) is designed such that a torque between the drive part (2) and driven part (3) is transferable and when exceeding a Limiting torque between the drive part (2) and driven part (3) a relative rotation between the drive part (2) and driven part (3) is possible, wherein the torque limiting element (1) filled with a magnetorheological fluid gap (4) for transmitting the torque between the drive part ( 2) and the output part (3), wherein the Drehmonentbegrenzungselement (1) has a permanent magnet (5) and is designed such that the liquid from the magnetic field (6) of the permanent magnet (5) is penetrated.

Description

Die Erfindung betrifft ein Drehmomentbegrenzungselement, insbesondere eine Rutschnabe sowie eine Bremsenanordnung, eine Windkraftanlage und einen Drehmomentschlüssel mit einem erfindungsgemäßen Drehmomentbegrenzungselement.The invention relates to a torque limiting element, in particular a slip hub and a brake assembly, a wind turbine and a torque wrench with a torque limiting element according to the invention.

Drehmomentbegrenzungselemente dienen dazu, bei der Übertragung eines Drehmoments ein Grenzdrehmoment vorzugeben. Dieses Grenzdrehmoment kann vom übertragenen Drehmoment nicht überschritten werden. Häufig werden derartige Drehmomentbegrenzungselemente als Rutschnabe ausgeführt. Dabei handelt es sich um eine Nabe, welche eine Drehmomentübertragung mittels Reibelementen ermöglicht. Die Reibelemente werden mit einer vorgegebenen Kraft gegeneinander angedrückt. Aus der Andruckkraft resultiert die maximal mögliche Haftreibungskraft zwischen den Reibelementen. Wird die maximal mögliche Reibungskraft überschritten, so kommt es zum Durchrutschen der Reibelemente und damit zu einer Relativdrehung zwischen Antriebsteil und Abtriebsteil der Rutschnabe bzw. des Drehmomentbegrenzungselements. Auf diese Weise kann bei einer derartigen mechanischen Rutschnabe das Grenzdrehmoment durch die Wahl des Reibungskoeffizienten zwischen den Reibelementen und der Andruckkraft, mit der die Reibelemente gegeneinander gedrückt werden, vorgegeben werden. Ein derartiges als Rutschnabe ausgestaltetes Drehmomentbegrenzungselement ist beispielsweise in der DE 10 2007 040 462 A1 offenbart.Torque limiting elements are used to specify a limit torque when transmitting torque. This limit torque can not be exceeded by the transmitted torque. Frequently, such torque limiting elements are designed as slip hub. It is a hub, which allows torque transmission by means of friction elements. The friction elements are pressed against each other with a predetermined force. From the pressure force results in the maximum possible static friction between the friction elements. If the maximum possible frictional force is exceeded, then the friction elements slip and thus a relative rotation between the drive part and the output part of the slip hub or the torque limiting element occurs. In this way, in such a mechanical slip hub, the limit torque by the choice of the coefficient of friction between the friction elements and the pressing force with which the friction elements are pressed against each other, can be specified. Such designed as a slip hub torque limiting element is for example in the DE 10 2007 040 462 A1 disclosed.

Derartige Drehmomentbegrenzungselemente weisen jedoch den Nachteil auf, dass es beim Erreichen des Grenzdrehmoments zum Durchrutschen der Reibelemente kommt. Zwar wird bei der Unterschreitung eines durch die mechanische Anpresskraft und den Gleitreibungskoeffizienten vorgegebenen Drehmomentes wieder eine drehfeste Verbindung zwischen den Reibelementen und damit zwischen Abtriebs- und Antriebsteil hergestellt, jedoch sind die Reibelemente, während sie beim Durchrutschen aneinander abgleiten, einem mechanischen Verschleiß unterworfen. Insbesondere in Anwendungsfällen, in denen mit einem vergleichsweise häufigen Überschreiten des Grenzdrehmoments zu rechnen ist, führt dies zu einer stark begrenzten Lebensdauer der Drehmomentbegrenzungselemente bzw. zu der Notwendigkeit regelmäßiger Wartungsarbeiten, insbesondere zu einem regelmäßigen Austausch der Reibelemente.However, such torque limiting elements have the disadvantage that when the limit torque is reached, the friction elements slip. Although a rotationally fixed connection between the friction elements and thus between the output and drive part is again produced when falling below a predetermined by the mechanical contact force and the sliding friction coefficient torque, but the friction elements, while sliding against each other during slipping, subjected to mechanical wear. In particular, in applications in which to expect a comparatively frequent exceeding of the limit torque, this leads to a very limited life of the torque limiting elements or to the need for regular maintenance, in particular to a regular replacement of the friction elements.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Drehmomentbegrenzungselement aufzuzeigen, das weniger anfällig für Verschleiß ist.The invention is therefore based on the object to show a torque limiting element that is less susceptible to wear.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Drehmomentbegrenzungselement mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Merkmale der abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen.The object is achieved by a torque limiting element with the features of claim 1. The features of the dependent claims relate to advantageous embodiments.

Erfindungsgemäß weist das Drehmomentbegrenzungselement einen mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit befüllten Spalt zur Übertragung eines Drehmoments zwischen dem Antriebsteil und dem Abtriebsteil auf. Dabei weist das Drehmomentbegrenzungselement einen Permanentmagneten auf und ist derart gestaltet, dass die Flüssigkeit vom Magnetfeld des Permanentmagneten durchsetzt wird.According to the invention, the torque limiting element has a gap filled with a magnetorheological fluid for transmitting a torque between the drive part and the driven part. In this case, the torque limiting element on a permanent magnet and is designed such that the liquid is penetrated by the magnetic field of the permanent magnet.

Bei einer magnetorheologischen Flüssigkeit – im Folgenden MRF – handelt es sich um eine Suspension von magnetisch polarisierbaren Partikeln in einer Trägerflüssigkeit. Die Partikel sind dabei vorzugsweise kugelförmig, es sind jedoch auch MRF mit Partikeln anderer regelmäßiger und/oder unregelmäßiger Formen möglich und in einem erfindungsgemäßen Drehmomentbegrenzungselement verwendbar. Ebenfalls sind MRF mit Mischungen aus Partikeln verschiedener Formen und/oder Partikelgrößenverteilungen möglich. Eine derartige MRF wird beispielsweise in der DE 10 2004 041 650 B4 beschrieben.A magnetorheological fluid - hereafter MRF - is a suspension of magnetically polarizable particles in a carrier fluid. The particles are preferably spherical, but MRF with particles of other regular and / or irregular shapes are also possible and usable in a torque limiting element according to the invention. Also possible are MRF with mixtures of particles of different shapes and / or particle size distributions. Such an MRF is used for example in the DE 10 2004 041 650 B4 described.

Grundsätzlich kommen als Material für die Partikel jegliche, insbesondere weichmagnetische, magnetisch polarisierbare Materialen in Frage. Vorzugsweise handelt es sich jedoch um hochreines Eisen, bevorzugt um Karbonyleisen. Als Trägerflüssigkeiten werden bevorzugt Mineralöle, synthetische Öle, Ethylenglykol und/oder Wasser eingesetzt. Die Trägerflüssigkeit kann Additive wie Stabilisatoren und Viskositätsverbesserer enthalten. Additive sollen insbesondere die Sedimentation und/oder Agglomeration der Partikel in der Suspension verhindern.In principle, suitable materials for the particles are any, in particular soft magnetic, magnetically polarizable materials. Preferably, however, it is high-purity iron, preferably carbonyl iron. The carrier liquids used are preferably mineral oils, synthetic oils, ethylene glycol and / or water. The carrier liquid may contain additives such as stabilizers and viscosity improvers. In particular, additives should prevent the sedimentation and / or agglomeration of the particles in the suspension.

Wesentliche Eigenschaft einer MRF ist, dass sie sich im magnetfeldfreien Raum zumindest annähernd wie ein Newtonsches Fluid und in einem von einem Magnetfeld durchsetzten Raum, zumindest annähernd, wie ein Bingham Fluid verhält.An essential feature of an MRF is that, in magnetic-field-free space, it behaves at least approximately like a Newtonian fluid and in a space penetrated by a magnetic field, at least approximately like a Bingham fluid.

Charakteristisch für ein solches Bingham Fluid ist, dass ein Bingham Fluid erst ab einer Mindestschubspannung, die der sogenannten Fließgrenze des jeweiligen Bingham Fluids entspricht, zu fließen beginnt. Ein Bingham Fluid, das Schubspannungen unterhalb der Fließgrenze ausgesetzt ist, verhält sich wie ein elastischer Körper. Übersteigt die Schubspannung die Fließgrenze, so geht das Bingham Fluid in einen Fließzustand über, wobei sich regelmäßig ein linearer Verlauf der Schubspannung über dem Schergefälle oberhalb der Fließgrenze ergibt. Das Schergefälle wird DIN-konform auch als Schergeschwindigkeit bezeichnet, weitere ältere nicht DIN-konforme Bezeichnungen sind Scherrate oder Geschwindigkeitsgefälle.Characteristic of such a Bingham fluid is that a Bingham fluid begins to flow only from a minimum shear stress, which corresponds to the so-called yield point of the respective Bingham fluid. A Bingham fluid, which is subject to shear stresses below the yield point, behaves like an elastic body. If the shear stress exceeds the yield point, the Bingham fluid changes to a flow state, whereby a linear progression of the shear stress above the shear gradient regularly occurs above the yield stress. The shear rate is also referred to as shear rate in accordance with DIN standards; other older non-DIN designations are shear rate or velocity gradient.

Das erfindungsgemäße Drehmomentbegrenzungselement ist derart gestaltet, dass die Flüssigkeit vom Magnetfeld eines permanenten Magneten durchsetzt wird. Dies bedeutet insbesondere, dass wenigstens ein Teil der Flüssigkeit sich im Magnetfeld des Permanentmagneten befindet bzw. dass wenigstens ein Teil des Magnetfelds die Flüssigkeit durchsetzt. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung kommt es dabei im Wesentlichen darauf an, dass die aufgrund des Magnetfelds verketteten Partikel der MRF einen statischen Widerstand gegen eine Relativdrehung zwischen Antriebs- und Abtriebsteil erzeugen, der bei Überschreiten eines Grenzdrehmoments überwunden wird. Die Überwindung dieses statischen Widerstands ermöglicht dann die Relativdrehung zwischen Antriebs- und Abtriebsteil. Dadurch verhält sich das Drehmomentbegrenzungselement ähnlich einem konventionellen, auf mechanischen Reibkräften beruhenden Drehmomentbegrenzungselement, was insbesondere bedeutet, dass es sich bei der Überschreitung des Grenzdrehmoments zumindest ähnlich wie beim Überschreiten eines Losbrechmoments bei einer konventionellen Rutschnabe verhält. The torque limiting element according to the invention is designed such that the liquid is penetrated by the magnetic field of a permanent magnet. This means, in particular, that at least part of the liquid is in the magnetic field of the permanent magnet or that at least part of the magnetic field passes through the liquid. In the context of the present invention, it essentially depends on the particles of the MRF which are linked due to the magnetic field generating a static resistance to a relative rotation between the drive and driven parts, which is overcome when a limit torque is exceeded. The overcoming of this static resistance then allows the relative rotation between the input and output part. As a result, the torque limiting element behaves similar to a conventional torque limiting element based on mechanical friction forces, which means in particular that when the limit torque is exceeded, it is at least similar to exceeding a breakaway torque in a conventional slip hub.

Das Grenzdrehmoment ist dabei bevorzugt durch den Scherwiderstand der magnetorheologischen Flüssigkeit vorgegeben. Der Scherwiderstand der MRF ist der Widerstand, den die MRF einer Drehmomentbelastung zwischen Antriebs- und Abtriebsteil eines erfindungsgemäßen Drehmomentbegrenzungselements im statischen Lastfall beim Erreichen des Grenzdrehmoments entgegensetzt. Dieser hängt von der konstruktiven Ausgestaltung des flüssigkeitsbefüllten Spalts und der Fließgrenze der MRF ab. Die Fließgrenze der MRF wird insbesondere durch die Auswahl der MRF und der Stärke des Magnetfelds, welches die MRF durchsetzt, beeinflusst.The limit torque is preferably predetermined by the shear resistance of the magnetorheological fluid. The shear resistance of the MRF is the resistance which the MRF opposes to a torque load between drive and driven part of a torque limiting element according to the invention in the static load case when the limit torque is reached. This depends on the structural design of the liquid-filled gap and the yield point of the MRF. In particular, the yield point of the MRF is influenced by the choice of the MRF and the strength of the magnetic field that permeates the MRF.

Abhängig von den konkreten Umständen bei einer spezifischen Einbausituation kann es vorteilhaft sein, wenn der Spalt zumindest im Wesentlichen die Form eines Zylindermantels aufweist. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn das Drehmomentbegrenzungselement zwischen einer Welle und einem diese Welle umgebenden Bauteil angeordnet werden soll. In diesem Fall ist ein zylindermantelförmiger Spalt von Vorteil, da durch die resultierende verhältnismäßig flache Bauform nur eine geringe Verdickung der Welle durch das Drehmomentbegrenzungselement stattfindet.Depending on the specific circumstances in a specific installation situation, it may be advantageous if the gap has at least substantially the shape of a cylinder jacket. This is the case, for example, when the torque limiting element is to be arranged between a shaft and a component surrounding this shaft. In this case, a cylinder jacket-shaped gap is advantageous because only a slight thickening of the shaft by the torque limiting element takes place due to the resulting relatively flat design.

Es kann aber auch, beispielsweise wenn hohe Grenzdrehmomente gefordert sind, sinnvoll sein, den Spalt in einer Scheibenform bzw. einer Rondenform auszubilden. Dies ermöglicht insbesondere die Anordnung einer Mehrzahl scheibenförmiger bzw. rondenförmiger Spalte auf einer gemeinsamen Achse und/oder in parallelen Ebenen. Dies kann beispielsweise erzielt werden, indem scheiben- bzw. rondenförmige Elemente des Antriebs- und des Abtriebsteils kammartig ineinandergreifen, so dass sich ein durchgehender rotationssymmetrischer Spalt ausbildet, der sich über eine Mehrzahl entsprechender Elemente erstreckt. Ein solcher Spalt kann näherungsweise die Form eines Well- bzw. Faltenbalgs aufweisen. Ein solcher Spalt erzeugt unter Beanspruchung eines verhältnismäßig kleinen Bauraums einen verhältnismäßig hohen Scherwiderstand, da eine verhältnismäßig große Fläche zur Übertragung der Scherkräfte zur Verfügung gestellt wird.But it can also be useful, for example, when high limit torques are required, to form the gap in a disk shape or a circular blank. This allows in particular the arrangement of a plurality of disc-shaped or ronde-shaped gaps on a common axis and / or in parallel planes. This can be achieved, for example, by meshing disk-shaped or ronde-shaped elements of the drive and driven parts in a comb-like manner so that a continuous rotationally symmetrical gap is formed which extends over a plurality of corresponding elements. Such a gap may have approximately the shape of a corrugated or bellows. Such a gap generates a comparatively high shear resistance under the stress of a relatively small installation space, since a relatively large area is provided for the transmission of the shear forces.

Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Drehmomentbegrenzungselement ein Ausgleichselement auf. Das Ausgleichelement dient zum Ausgleich der Wärmeausdehnungen bei einem erfindungsgemäßen Drehmomentbegrenzungselement. Dies betrifft insbesondere die Wärmeausdehnung der MRF. Zu diesem Zweck ist das Ausgleichselement derart gestaltet, dass es eine Anpassung des Volumens des Spalts an eine durch Temperaturschwankungen bedingte Änderung des Volumens des Spalts und/oder der MRF ermöglicht. Durch Temperaturschwankungen können sich die Abmessungen der Bauteile des erfindungsgemäßen Drehmomentbegrenzungselements und/oder das Volumen der MRF ändern. Das vorteilhafte Ausgleichselement dient dazu, diese temperaturbedingten Änderungen auszugleichen. Insbesondere dient das vorteilhafte Ausgleichselement dazu, sicherzustellen, dass das Volumen der MRF zumindest innerhalb eines vorgegebenen Einsatztemperaturbereichs dem Volumen des Spalts entspricht.Preferably, the torque limiting element according to the invention has a compensation element. The compensation element serves to compensate for the thermal expansions in a torque limiting element according to the invention. This applies in particular to the thermal expansion of the MRF. For this purpose, the compensation element is designed such that it allows adaptation of the volume of the gap to a change in the volume of the gap and / or the MRF caused by temperature fluctuations. Temperature fluctuations can change the dimensions of the components of the torque limiting element according to the invention and / or the volume of the MRF. The advantageous compensation element serves to compensate for these temperature-induced changes. In particular, the advantageous compensating element serves to ensure that the volume of the MRF corresponds to the volume of the gap at least within a predetermined operating temperature range.

Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem Ausgleichselement um ein kompressibles Element. Dieses kann eine Ringform aufweisen und dabei vorzugsweise koaxial zur Drehachse des Drehmomentbegrenzungselements angeordnet sein. So kann das Ausgleichselement, zumindest im Wesentlichen, aus einem geschlossen porigen, vorzugsweise elastischen porösen Werkstoff bestehen. Derartige Werkstoffe, wie beispielsweise Kunststoffschäume, weisen ein besonders vorteilhaftes Kompressionsverhalten auf, das aus der Kompression des in den Poren eingeschlossenen Gases herrührt.Advantageously, the compensation element is a compressible element. This may have a ring shape and thereby preferably be arranged coaxially to the axis of rotation of the torque limiting element. Thus, the compensation element, at least substantially, consist of a closed-pore, preferably elastic porous material. Such materials, such as plastic foams, have a particularly advantageous compression behavior, which results from the compression of the gas enclosed in the pores.

In vorteilhafter Weise lässt sich ein erfindungsgemäßes Drehmomentbegrenzungselement in eine Bremsenanordnung integrieren. Eine solche erfindungsgemäße Bremsenanordnung weist eine Bremse und ein erfindungsgemäßes Drehmomentbegrenzungselement auf. In einer solchen Bremsenanordnung hat das Drehmomentbegrenzungselement insbesondere die Aufgabe, das auf die Bremse wirkende Drehmoment derart zu begrenzen, dass ein Durchrutschen der Bremse verhindert wird.Advantageously, a torque limiting element according to the invention can be integrated into a brake arrangement. Such a brake assembly according to the invention has a brake and a torque limiting element according to the invention. In such a brake arrangement, the torque limiting element has in particular the task of limiting the torque acting on the brake in such a way that slippage of the brake is prevented.

Vorzugsweise handelt es sich bei der Bremse um eine Feststellbremse, beispielsweise kann eine Federdruckbremse zum Einsatz kommen. Bei derartigen Federdruckbremsen wird durch elastische mechanische Elemente – wie beispielsweise Federn – die zum Schließen der Bremse benötigte Kraft aufgebracht. Das Lösen der Bremse erfolgt durch aktive Betätigung, beispielsweise durch den Einsatz von Elektromagneten. In diesem Fall spricht man von einer elektromagnetisch lüftenden Federkraftbremse. Insbesondere in all jenen Einsatzfällen, in denen die Bremse zur Arretierung dient, d. h. in den Fällen, in denen die Reibelemente der Bremse im Wesentlichen eine statische Haltekraft ausüben, sollen und dementsprechend eine Optimierung der Reibelemente für die Übertragung von Haftreibung anzustreben ist, ist die Kombination mit einem erfindungsgemäßen Drehmomentbegrenzungselement sinnvoll.Preferably, the brake is a parking brake, for example, a Spring pressure brake are used. In such spring-applied brakes is applied by elastic mechanical elements - such as springs - the force required to close the brake. The brake is released by active actuation, for example by the use of electromagnets. In this case we speak of an electromagnetically releasing spring-loaded brake. In particular, in all those applications in which the brake is used for locking, ie, in cases where the friction elements of the brake substantially exert a static holding force, and accordingly an optimization of the friction elements for the transmission of static friction is desirable, is the combination makes sense with a torque limiting element according to the invention.

Das Drehmomentbegrenzungselement kann ein Durchrutschen der Bremse, das mit einer hohen Belastung der Reibelemente durch Gleitreibung verbunden ist, verhindern. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, das Bremsmoment der Bremse, d. h. das Drehmoment bei dem der Haftreibungswiderstand der Bremse überwunden wird, größer zu wählen als das Grenzdrehmoment des Drehmomentbegrenzungselements. Dadurch wird sichergestellt, dass bei zu hohen Drehmomentbelastungen der Bremsenanordnung das Drehmomentbegrenzungselement dem Drehmoment nachgibt bevor es zum Durchrutschen der geschlossenen Bremse kommt.The torque limiting element can prevent slippage of the brake, which is associated with a high load of the friction elements by sliding friction. In this context, it is advantageous to the braking torque of the brake, d. H. the torque at which the static friction resistance of the brake is overcome, to be greater than the limit torque of the torque limiting element. This ensures that at too high torque loads of the brake assembly, the torque limiting element yields to the torque before it comes to slipping of the closed brake.

Ein bevorzugtes Einsatzgebiet für erfindungsgemäße Drehmomentbegrenzungselemente und/oder Bremsenanordnungen sind Windkraftanlagen. Windkraftanlagen verfügen über Stellantriebe, um eine optimale Ausrichtung der Rotorblätter zum Wind sicherzustellen. Regelmäßig verfügen Windkraftanlagen über einen Azimutantrieb, der den Rotor in einer horizontalen Ebene verschwenkt, um den Kopf der Windkraftanlage, der den Rotor trägt und auch als Gondel bezeichnet wird, relativ zur Windrichtung auszurichten. Weiterhin verfügen Windkraftanlagen regelmäßig über einen Pitchantrieb für die Rotorblattverstellung. Der Pitchantrieb rotiert die Rotorblätter um ihre Längsachse. Durch den Pitchantrieb wird eine optimale Anstellung der Rotorblätter zum Wind in Abhängigkeit von der Windstärke und der Drehzahl des Rotors ermöglicht.A preferred application for torque limiting elements and / or brake assemblies according to the invention are wind turbines. Wind turbines have actuators to ensure optimum alignment of the blades with the wind. Wind power plants usually have an azimuth drive which pivots the rotor in a horizontal plane in order to align the head of the wind turbine, which carries the rotor and is also referred to as a nacelle, relative to the wind direction. Furthermore, wind turbines regularly have a pitch drive for the rotor blade adjustment. The pitch drive rotates the rotor blades about their longitudinal axis. The pitch drive enables optimum adjustment of the rotor blades to the wind as a function of the wind speed and the rotational speed of the rotor.

Erfindungsgemäße Drehmomentbegrenzungselemente und/oder Bremsenanordnungen können dann dem Azimutantrieb und/oder dem Pitchantrieb zugeordnet sein. Beim Auftreten von Starkwind oder Windböen ermöglichen die Drehmomentbegrenzungselemente, dass sich der Kopf und/oder die Rotorblätter der Windkraftanlage aus dem Wind drehen können, ohne dass es zum Durchrutschen einer gegebenenfalls vorhandenen Feststellbremse kommt. Ein erfindungsgemäßes Drehmomentbegrenzungselement bringt dabei den Vorteil mit sich, unabhängig von der Bremsenaktorik oder -ansteuerung bzw. der Aktorik des jeweiligen Antriebs zu arbeiten, d. h. eine zuverlässige Drehmomentbegrenzung und die Möglichkeit, dass sich Kopf bzw. Rotorblätter bei Starkwind oder Windböen aus dem Wind drehen können, ist auch beim Ausfall jeglicher Hilfsenergie sichergestellt. Dabei ist es möglich und vorteilhaft, das Drehmomentbegrenzungselement derart auszulegen, dass das Grenzdrehmoment bei der Überschreitung einer für die Windkraftanlage kritischen Windstärke überschritten wird.Inventive torque limiting elements and / or brake assemblies can then be assigned to the azimuth drive and / or the pitch drive. When strong winds or gusts of wind occur, the torque limiting elements allow the head and / or the rotor blades of the wind turbine to be able to rotate out of the wind without slippage of an optionally present parking brake. An inventive torque limiting element brings with it the advantage of working independently of the brake actuator or control or the actuators of the respective drive, d. H. a reliable torque limitation and the possibility that head or rotor blades can turn out of the wind in strong winds or gusts, is ensured even in the absence of any auxiliary power. It is possible and advantageous to design the torque limiting element such that the limit torque is exceeded when exceeding a critical for the wind turbine wind force.

In ebenso vorteilhafter Weise kann ein erfindungsgemäßes Drehmomentbegrenzungselement Bestandteil eines Werkzeugs, beispielsweise eines Drehmomentschlüssels, sein. Durch ein erfindungsgemäßes Drehmomentbegrenzungselement kann so das größtmögliche Drehmoment, welches durch das Werkzeug ausübbar ist, auf einen definierten Wert, der dem Grenzdrehmoment des Drehmomentbegrenzungselements entspricht, begrenzt werden. Vorzugsweise ist es ebenfalls möglich, ein erfindungsgemäßes Drehmomentbegrenzungselement in eine Werkzeugnuss zu integrieren. Dies hat den Vorteil, dass die Werkzeugnuss mit verschiedenen Werkzeugen kombiniert werden kann. Dabei ist es vorteilhaft, die Nuss derart auszugestalten, dass sie an einem Werkzeug aufgenommen werden kann und ihrerseits eine weitere Nuss aufnehmen kann. Dadurch wird es durch die Wahl der weiteren Nuss ermöglicht, die so gebildete Werkzeuganordnung, die ein erfindungsgemäßes Drehmomentbegrenzungselement und ein Werkzeug aufweist, an die jeweilige Aufgabe anzupassen, beispielsweise eine Anpassung an einen bestimmten Schraubenkopf vorzunehmen.In just as advantageous manner, a torque limiting element according to the invention may be part of a tool, for example a torque wrench. By means of a torque limiting element according to the invention, the maximum possible torque, which can be exerted by the tool, can thus be limited to a defined value, which corresponds to the limit torque of the torque limiting element. Preferably, it is also possible to integrate a torque limiting element according to the invention into a tool nut. This has the advantage that the tool nut can be combined with different tools. It is advantageous to design the nut so that it can be accommodated on a tool and in turn can accommodate another nut. This makes it possible by the choice of the other nut to adapt the tool assembly thus formed, which has a torque limiting element according to the invention and a tool to the respective task, for example to make an adjustment to a certain screw head.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 bis 6 schematisch näher erläutert.The invention will be described below with reference to the 1 to 6 schematically explained in more detail.

1 zeigt eine Schnittdarstellung eines beispielhaften erfindungsgemäßen Drehmomentbegrenzungselements. 1 shows a sectional view of an exemplary torque limiting element according to the invention.

2 zeigt einen perspektivisch dargestellten Teilschnitt des beispielhaften erfindungsgemäßen Drehmomentbegrenzungselements aus 1. 2 shows a partially sectioned perspective view of the exemplary torque limiting element according to the invention 1 ,

3 und 4 zeigen jeweils Schnittdarstellungen weiterer beispielhafter erfindungsgemäßer Drehmomentbegrenzungselemente. 3 and 4 each show sectional views of further exemplary torque limiting elements according to the invention.

5 zeigt eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Bremsenanordnung. 5 shows a sectional view of a brake assembly according to the invention.

6 zeigt eine Schnittdarstellung eines beispielhaften als Werkzeugnuss ausgebildeten Drehmomentbegrenzungselements. 6 shows a sectional view of an exemplary formed as a tool nut torque limiting element.

1 zeigt ein beispielhaftes Drehmomentbegrenzungselement 1, welches ein Antriebsteil 2 und ein Abtriebsteil 3 aufweist. Zwischen dem Antriebsteil 2 und dem Abtriebsteil 3 ist ein Spalt 4 angeordnet, der mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit befällt ist. Das Drehmomentbegrenzungselement 1 weist einen Permanentmagneten 5 auf. Dieser weist vorzugsweise eine radiale Magnetisierungsrichtung auf. In 1 ist diese radiale Magnetisierungsrichtung schematisch durch die Feldlinien 6 des Permanentmagneten 5 dargestellt. Das Magnetfeld des Permanentmagneten 5 durchsetzt die MRF im Spalt 4. Der Spalt 4 wird vorzugsweise durch ein Dichtelement abgedichtet. Bevorzugt ist mindestens ein Dichtelement an jedem Ende des Spalts in axialer Richtung vorgesehen. Der Permanentmagnet 5 weist vorteilhafterweise eine Ringform auf. Bevorzugt umgibt der Permanentmagnet 5 das Antriebsteil 2. 1 shows an exemplary torque limiting element 1 which is a driving part 2 and a stripping section 3 having. Between the drive part 2 and the stripping section 3 is a gap 4 arranged, which is filled with a magnetorheological fluid. The torque limiting element 1 has a permanent magnet 5 on. This preferably has a radial magnetization direction. In 1 this radial magnetization direction is schematically through the field lines 6 of the permanent magnet 5 shown. The magnetic field of the permanent magnet 5 intersperses the MRF in the gap 4 , The gap 4 is preferably sealed by a sealing element. Preferably, at least one sealing element is provided at each end of the gap in the axial direction. The permanent magnet 5 advantageously has a ring shape. The permanent magnet preferably surrounds 5 the drive part 2 ,

Bevorzugt ist ein Lagerelement vorgesehen, welches das Antriebsteil 2 relativ zum Abtriebsteil 3 drehbar lagert. Bevorzugt sind Antriebsteil 2 und Abtriebsteil 3 koaxial angeordnet. Vorzugsweise weist das Antriebsteil 2 und/oder das Abtriebsteil 3 ein, vorzugsweise formschlüssiges, Welle-Naben-Verbindungselement auf. Bei dem Welle-Naben-Verbindungselement kann es sich vorzugsweise um eine Passfedernut 9, die insbesondere an einer zylindrischen Innenfläche 10, vorzugsweise des Antriebsteils 2, angeordnet ist, handelt. Bevorzugt kann es sich auch um eine Verzahnung, die insbesondere an einer zylindrischen Außenfläche, insbesondere des Abtriebsteils 3 angeordnet ist, handeln.Preferably, a bearing element is provided, which the drive part 2 relative to the stripping section 3 rotatably supports. Preferred are drive part 2 and stripping section 3 arranged coaxially. Preferably, the drive part 2 and / or the driven part 3 a, preferably positive, shaft-hub connection element. The shaft-hub connecting element may preferably be a keyway 9 , in particular on a cylindrical inner surface 10 , preferably the drive part 2 , is arranged, acts. It may also preferably be a toothing, in particular on a cylindrical outer surface, in particular of the driven part 3 is arranged, act.

Bevorzugt kann das erfindungsgemäße Drehmomentbegrenzungselement 1 ein Ausgleichselement 19 zum Ausgleich von Wärmeausdehnungen aufweisen. Dieses kann – wie dies beispielhaft in den 1 und 2 für das dortige Drehmomentbegrenzungselement dargestellt ist – ringförmig ausgebildet sein. Grundsätzlich können jedoch auch die in den anderen Figuren dargestellten erfindungsgemäßen Drehmomentbegrenzungselemente 1 in vorteilhafter Weise ein derartiges Ausgleichselement aufweisen.Preferably, the torque limiting element according to the invention 1 a compensation element 19 to compensate for thermal expansion. This can - as exemplified in the 1 and 2 is shown for the local torque limiting element - be formed annular. In principle, however, the torque limiting elements according to the invention shown in the other figures 1 advantageously have such a compensation element.

Der Spalt 4 kann – wie in 3 dargestellt – einen im Längsschnitt mäanderförmigen Verlauf aufweisen. Diese Form des Spalts kann beispielsweise – wie in 3 dargestellt – dadurch erzeugt werden, dass innere scheibenförmige Elemente 12 und äußere scheibenförmige Elemente 13 in axialer Richtung hintereinander und einander abwechselnd zwischen Antriebsteil 2 und Abtriebsteil 3 angeordnet werden. Dabei können zwischen den inneren scheibenförmigen Elementen 12 innere Distanzelemente 14 und/oder zwischen den äußeren scheibenförmigen Elementen 13 äußere Distanzelemente 15 angeordnet sein. Die inneren Distanzelemente 14 und/oder die äußeren Distanzelemente 15 sind vorzugsweise hülsenförmig und/oder aus einem magnetisch isolierenden Werkstoff.The gap 4 can - as in 3 shown - have a meandering in longitudinal section course. This form of the gap can, for example - as in 3 shown - generated by that inner disc-shaped elements 12 and outer disc-shaped elements 13 in the axial direction one behind the other and alternately between the drive part 2 and stripping section 3 to be ordered. It can be between the inner disc-shaped elements 12 inner spacers 14 and / or between the outer disk-shaped elements 13 outer spacer elements 15 be arranged. The inner spacers 14 and / or the outer spacer elements 15 are preferably sleeve-shaped and / or of a magnetically insulating material.

Bevorzugt können insbesondere entlang des Spalts weitere magnetisch isolierende Elemente, wie beispielsweise eine magnetisch isolierende Hülse 16, zwischen Antriebsteil 2 und Spalt 4 vorgesehen sein.Preferably, in particular along the gap further magnetically insulating elements, such as a magnetically insulating sleeve 16 , between drive part 2 and split 4 be provided.

Der Permanentmagnet 5 kann vorzugsweise eine axiale, d. h. zur Rotationsachse X des Drehmomentbegrenzungselements 1 parallele Magnetisierungsrichtung aufweisen. Vorteilhafterweise sind den beiden Enden des Spalts 4 in axialer Richtung Permanentmagnete 5 zugeordnet. Vorzugsweise können Flussleitelemente 17 zur Leitung und/oder Führung des magnetischen Flusses, insbesondere – wie in 3 dargestellt -zwischen dem Spalt 4 und dem Permanentmagneten 5, vorgesehen sein.The permanent magnet 5 may preferably be an axial, ie to the axis of rotation X of the torque limiting element 1 have parallel magnetization direction. Advantageously, the two ends of the gap 4 in the axial direction permanent magnets 5 assigned. Preferably, flux guide elements 17 for conducting and / or guiding the magnetic flux, in particular - as in 3 represented between the gap 4 and the permanent magnet 5 , be provided.

Ein weiteres beispielhaftes Drehmomentbegrenzungselement 1 ist in den 4 und 5 dargestellt. Dieses weist die Besonderheit auf, dass sich durch das Ineinandergreifen von Antriebsteil 2 und Abtriebsteil 3 ein im Querschnitt in radialer Richtung mäandierender Verlauf des Spalts 4 ergibt. Während die spaltbegrenzenden Elemente bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel in radialer Richtung ineinandergreifen, greifen die den Spalt 4 begrenzenden Elemente des Antriebsteils 2 und des Abtriebsteils 3 bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel in axialer Richtung – bezogen auf die Rotationsachse X – ineinander. Hierdurch erhalten Abschnitte des Spalts 4 eine, zumindest im Wesentlichen, zylindermantelförmige Form und sind vorzugsweise koaxial zur Rotationsachse X ineinander verschachtelt angeordnet. Durch diese ebenfalls vorteilhafte Gestaltung des Spalts 4 wird ebenfalls eine hohe Drehmomentübertragung auf geringem Raum ermöglicht.Another exemplary torque limiting element 1 is in the 4 and 5 shown. This has the peculiarity that is due to the mesh of drive part 2 and stripping section 3 a meandering in cross section in the radial direction of the gap 4 results. While the gap delimiting elements in the in 3 illustrated embodiment in the radial direction intermesh, grab the gap 4 limiting elements of the drive part 2 and the stripping section 3 at the in 4 illustrated embodiment in the axial direction - with respect to the axis of rotation X - into each other. This gives sections of the gap 4 a, at least substantially, cylinder jacket-shaped shape and are preferably coaxial with the axis of rotation X arranged nested. By this also advantageous design of the gap 4 also allows a high torque transmission in a small space.

Die Verzahnung 11 am Abtriebsteil 3 kann – wie dies in 5 beispielhaft dargestellt ist – zur vorzugsweise axial verschieblichen Aufnahme eines Bremsenrotors 20 dienen. Dabei ist die Gestaltung als Verzahnung lediglich beispielhaft. Grundsätzlich kann der Rotor auch in anderer, vorzugsweise entlang der Rotationsachse X längsverschieblicher Weise – mit dem Abtriebsteil 3 verbunden sein. Der Rotor 20 weist vorzugsweise Reibelemente 21 auf, die insbesondere mit Reibgegenelementen 22 einer Bremse 23 zusammenwirken. Die Bremse 23 kann auf diese vorteilhafte Weise – wie dies beispielhaft in 5 dargestellt ist – mit einem erfindungsgemäßen Drehmomentbegrenzungselement 1 zu einer erfindungsgemäßen Bremsenanordnung 24 kombiniert werden. Die erfindungsgemäße Bremsenanordnung 24 kann – wie beispielhaft in 5 dargestellt – eine koaxiale Anordnung eines Drehmomentbegrenzungselements 1 und einer Bremse 23 sein. Dieses ist insbesondere hinsichtlich des Bauraumbedarfs vorteilhaft. Bevorzugt ist dabei das Drehmomentbegrenzungselement 1 innerhalb der Bremse 23 angeordnet.The gearing 11 on the stripping section 3 can - like this in 5 is shown by way of example - for preferably axially displaceable receiving a brake rotor 20 serve. The design as a gearing is merely exemplary. In principle, the rotor can also be moved longitudinally in another manner, preferably along the axis of rotation X, with the output part 3 be connected. The rotor 20 preferably has friction elements 21 on, in particular with Reibgegenelementen 22 a brake 23 interact. The brake 23 can in this advantageous way - as exemplified in 5 is shown - with a torque limiting element according to the invention 1 to a brake assembly according to the invention 24 be combined. The brake assembly according to the invention 24 can - as exemplified in 5 shown - a coaxial arrangement of a torque limiting element 1 and a brake 23 be. This is especially in terms of space requirements advantageous. Preference is given to the torque limiting element 1 inside the brake 23 arranged.

Insbesondere für die Verwendung als Werkzeugnuss eignet sich ein Drehmomentbegrenzungselement 1, bei dem das Antriebsteil 2 und das Abtreibsteil 3 derart angeordnet sind, dass sowohl das Antriebsteil 2 als auch das Abtriebsteil 3 jeweils einen die Rotationsachse X des Drehmomentbegrenzungselements 1 unmittelbar umgebenden Verbindungsbereich aufweist. Die Verbindungsbereiche 18 des Drehmomentbegrenzungselements befinden sich dabei vorzugsweise an voneinander abgewandten vorzugsweise einander gegenüberliegenden Enden des Drehmomentbegrenzungselements 1 auf der Rotationsachse X. Vorteilhaft, insbesondere für die Verwendung als Werkzeugnuss, ist es, wenn mindestens ein Verbindungsbereich 18, vorzugsweise beide Verbindungsbereiche 18 als Formschlusselemente insbesondere zur Verbindung mit einem Werkzeug und/oder einer Werkzeugnuss, beispielhaft als Steckschlüsselansatz ausgestaltet sind.In particular, for use as a tool nut, a torque limiting element is suitable 1 in which the drive part 2 and the abortion part 3 are arranged such that both the drive part 2 as well as the output part 3 one each the rotation axis X of the torque limiting element 1 having immediately surrounding connection area. The connection areas 18 The torque limiting element are preferably located on opposite preferably opposite ends of the torque limiting element 1 on the axis of rotation X. It is advantageous if at least one connecting region, in particular for use as a tool nut 18 , preferably both connection areas 18 are designed as positive locking elements in particular for connection to a tool and / or a tool nut, for example as a socket wrench approach.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: DrehmomentbegrenzungselementTorque-limiting element
22: Antriebsteildriving part
33: Abtriebsteilstripping section
44: Spaltgap
55: Permanentmagnetpermanent magnet
66: Feldlinienfield lines
77: Dichtelementsealing element
88th: Lagerelementbearing element
99: Passfedernutkeyway
1010: Innenflächepalm
1111: Verzahnunggearing
1212: innere scheibenförmige Elementeinner disc-shaped elements
1313: äußere scheibenförmige Elementeouter disc-shaped elements
1414: innere Distanzelementeinner spacers
1515: äußere Distanzelementeouter spacer elements
1616: magnetisch isolierende Hülsemagnetically insulating sleeve
1717: Flussleitelementeflux guides
1818: Verbindungsbereichconnecting area
1919: Ausgleichselementcompensation element
2020: Rotorrotor
2121: Reibelementfriction
2222: ReibgegenelementReibgegenelement
2323: Bremsebrake
2424: Bremsenanordnungbrake assembly
XX: Rotationsachseaxis of rotation

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102007040462 A1 [0002]
DE 102004041650 B4 [0007]

Claims

Torque limiting element ( 1 ), in particular slip hub, a drive part ( 2 ) and a stripping section ( 3 ), wherein the torque limiting element ( 1 ) is designed such that a torque between the drive part ( 2 ) and stripping section ( 3 ) is transferable and when exceeding a limit torque between the drive part ( 2 ) and stripping section ( 3 ) a relative rotation between the drive part ( 2 ) and stripping section ( 3 ), wherein the torque limiting element ( 1 ) a filled with a magnetorheological fluid gap ( 4 ) for transmitting the torque between the drive part ( 2 ) and the stripping section ( 3 ), wherein the torque limiting element ( 1 ) a permanent magnet ( 5 ) and is designed such that the liquid from the magnetic field ( 6 ) of the permanent magnet ( 5 ) is interspersed.

Torque limiting element ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the limit torque is predetermined by the shear resistance of the magnetorheological fluid.

Torque limiting element ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the gap ( 4 ), at least substantially, has the shape of a cylinder jacket.

Torque limiting element ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the gap ( 4 ), at least substantially, a disc shape and / or a Rondenform, in particular wherein a plurality of disc-shaped and / or Rondenförmiger, preferably interconnected, column ( 4 ) is arranged on a common axis and / or in parallel planes.

Torque limiting element ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the torque limiting element ( 1 ) a compensation element ( 19 ) to compensate for the thermal expansion, in particular the magnetorheological fluid has.

Brake arrangement ( 24 ), a mechanical brake, in particular a spring-applied brake, and a torque limiting element ( 1 ) according to one of the preceding claims.

Brake arrangement ( 24 ) according to claim 6, characterized in that the braking torque of the brake is greater than the limit torque of the torque limiting element ( 1 ).

Wind turbine, a brake assembly ( 24 ) and / or a torque limiting element ( 1 ) according to one of the preceding claims.

Wind turbine according to claim 8, characterized in that the brake assembly ( 24 ) and / or the torque limiting element ( 1 ) is assigned to the azimuth drive of the wind turbine.

Wind turbine according to claim 8 or 9, characterized in that the brake assembly ( 24 ) and / or the torque limiting element ( 1 ) is assigned to the pitch drive of the wind turbine.

Wind turbine according to one of claims 8 to 10, characterized in that the torque limiting element ( 1 ) is designed such that the limit torque is exceeded when exceeding a critical for the wind turbine wind force.

Tool, in particular torque wrench or nut, a torque limiting element ( 1 ) according to any one of claims 1 to 4.