EP1700033A1 - Hydraulic azimuth drive for a wind power plant, featuring play compensation - Google Patents

Hydraulic azimuth drive for a wind power plant, featuring play compensation

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Publication number
EP1700033A1
EP1700033A1 EP04797724A EP04797724A EP1700033A1 EP 1700033 A1 EP1700033 A1 EP 1700033A1 EP 04797724 A EP04797724 A EP 04797724A EP 04797724 A EP04797724 A EP 04797724A EP 1700033 A1 EP1700033 A1 EP 1700033A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hydraulic
drive
pressure
components
play
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04797724A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Hahmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hydac System GmbH
Original Assignee
Hydac System GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hydac System GmbH filed Critical Hydac System GmbH
Publication of EP1700033A1 publication Critical patent/EP1700033A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/0204—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for orientation in relation to wind direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B7/00—Systems in which the movement produced is definitely related to the output of a volumetric pump; Telemotors
    • F15B7/005—With rotary or crank input
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B7/00—Systems in which the movement produced is definitely related to the output of a volumetric pump; Telemotors
    • F15B7/008—Systems in which the movement produced is definitely related to the output of a volumetric pump; Telemotors with rotary output
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention relates to a device for driving movable mechanical components, at least two of which are operatively connected to one another in such a way that the one component can be driven by means of one component, there being play between the two components 5 mentioned.
  • Devices of the generic type such as are available on the market in a large number of embodiments, are designed, inter alia, as rotary drives for the purpose of rotating or pivoting adjustment of a working device with respect to a defined working direction.
  • Mechanical components or machine elements are often used, in the manner of sprockets and pinions for the transmission of drive power for the above-mentioned turning or swiveling process, gear drives in this regard being particularly suitable when large transmission ratios are to be realized.
  • bearing clutches, shafts and other components in the drive train can also be damaged, which leads to the complete failure of the rotary or swivel drive, because in the area of wind turbines in particular, the alternating torques within the game lead and lead Encourage kickback of the moving components within the drive train.
  • the game in the drive train is basically not avoidable and is also required as a necessary backlash between the ring gear and pinion and in the gearbox, but also as a clutch play in the clutches of the rotary or swivel drive in order to be able to ensure the function in operation ,
  • the object of the invention while maintaining the advantages for the known devices is to improve them further in such a way that a solution is created with which the play in the drive train can be eliminated without this leading to wear on system parts , and related operating and maintenance costs.
  • a relevant object is achieved by a device with the features of claim 1 in its entirety.
  • the mechanical braking devices in the prior art are hydraulic Preloading device replaced, which works without wear and thus does not cause increased maintenance and assembly costs. Since the hydraulic device acts on the operative connection between the movable mechanical components at their interface accordingly, the drive play is completely eliminated at the point of the active intervention and when the play is eliminated, an additional drive force or drive torque can be applied via the hydraulic device, which then helps in components in a play-free state with one another, preferably to drive a rotary or pivoting movement.
  • the solution according to the invention need not be limited to the use of rotary or swivel drives, but can be used wherever appropriate also in the area of linear movements where mechanical components are in operative connection with an otherwise existing play.
  • the one mechanical component is an output gear which is at least partially provided with a drive sprocket, the other component being a drive gear which is at least partially provided with an output sprocket.
  • a drive wheel is arranged on opposite sides of the driven wheel, the parts of which are engaged in the opposite direction of rotation with their parts on driven gear rings with parts of the driven gear ring of the driven wheel. In this way, the pretension between the movable components can be achieved via the hydraulic device, regardless of the direction of rotation of the driven wheel, so that the mentioned play is eliminated in every operating state of the device.
  • the hydraulic device has a first pump in the manner of a feed pump, which prestresses parts of a hydraulic circuit with a predeterminable feed pressure, to which at least one hydraulic motor is connected, which is in operative connection with the mechanical component that can be assigned to it ,
  • a separate hydraulic motor is preferably used for each drive wheel.
  • the hydraulic motors preferably have the same absorption volume per revolution, so that they can generate the same high torque under the same preload pressure. However, these torques do not produce any rotational movement for the driven wheel, because the arrangement is chosen so that the applied torques act in opposite directions on the assignable parts of the drive sprocket of the driven gear and cancel each other out to that extent. In this way, the entire drive train is pretensioned in both directions of rotation of the driven wheel, and to this extent the play in the meshing teeth or in any couplings used is eliminated.
  • a further second pump in the manner of a feed or drive pump is connected to the hydraulic circuit, which serves to drive the mechanical components with an adjustable flow rate of fluid , it is possible to overlay the effect of the first pump or feed pump with the further second pump to the extent that it maintains the freedom from play and thus applies a drive torque to the driven wheel in order to drive it in a correspondingly pivoting or rotating manner.
  • a switching valve is introduced between the two hydraulic motors in the hydraulic circuit and can be connected to the tank by means of a connection point via a pressure relief valve. It is preferably further provided that the switching valve can be connected to a further pressure-limiting valve by means of a further connection point, the setting pressure of which is higher than the setting pressure of the first pressure-limiting valve and that the two connection points are arranged on opposite sides of the switching valve in the hydraulic circuit.
  • the hydraulic device can be supplied with pressure medium of a predeterminable pressure by means of an external pressure supply and / or with at least one internally connected hydraulic accumulator of the hydraulic circuit.
  • this can be used to ensure the external pressure supply to the device in emergency situations, and in addition, only small delivery volumes are required, in particular for the first pump or feed pump, if, for example, this brings medium under pressure into the respective hydraulic accumulator from which the device is at a standstill Energy stored in this way can be called up at any time, provided the hydraulic circuit demands the additional power.
  • FIG. 6 u. 7 basic representations related to a decentralized and a central feed
  • FIG. 8 shows a further exemplary embodiment of the device according to the invention with a structure comparable to the solution according to FIG. 4 but with a central high-pressure feed.
  • FIG. 1 shows a known device for driving movable mechanical components 10; 12a, b, c, at least two of which are 10; 12a, b, c are operatively connected to one another in such a way that one component 12a, b, c can drive the other component 10, with the two components 10; 12a, b, c there is a game.
  • the rotary or swivel drive shown in FIG. 1 is actuated by means of a hydraulic device designated as a whole by 14.
  • the hydraulic pump 18, which can be driven by a drive motor 16, generates a fluid delivery flow, preferably with a hydraulic medium, which a direction of rotation valve 20 in the manner of a 4/3-way valve is passed to the respective hydraulic motor 22a, b, c as soon as the direction of rotation valve 20 is moved from its central position shown in FIG. 1, the hydraulic motors being in a further switching position of the valve 22, a, b, c in one direction and in the other switch position in the other direction. To this extent, the hydraulic motors shown are connected in parallel within the hydraulic circuit of the hydraulic device 14.
  • the primary pressure relief valve designated by 24 in FIG. 1 protects the hydraulic pump 18 against overload.
  • the two secondary limiting valves 26 protect the hydraulic motors 22a, b, c from overload and limit the load torques that can be assigned retrospectively by the mechanical component 10 via the mechanical components 12a, b, c and Couplings 28a, b, c act on the hydraulic motors 22a, b, c.
  • Component 10 arranged braking devices 30 can brake the movement of the mechanical component 10 in the possible directions of movement indicated by double arrow 32, and can also hold it stationary in the approached position when it is at a standstill.
  • the one mechanical component 10 is an output gear 36 that is at least partially provided with a drive sprocket 34, the other component 12a, b, c being a drive gear 38 that is provided with an output gear sprocket 40 on the outer circumference.
  • a drive gear 38 - a total of 3 pieces - which, in the opposite direction to one another, with their parts on the output gear rings 40 are in engagement with parts of the drive gear ring 34 of the driven gear 36.
  • the individual teeth became the tooth- wreaths 34, 40 omitted; however, as is customary in the case of gear drives, these are in meshing operative connection with one another.
  • the braking devices 30 can now remain in operative contact, act on the driven wheel 36 with the driven gear 36 and in such a sliding manner. Any play that may be present is then avoided between the driven wheel 36 and the drive wheels 38, and for the actual drive movement the hydraulic pump 18 can overcome the braking torque in question, and via the hydraulic motors 22 a, b, c and the respective drive wheels 38 the driven wheel 36 drive along the directions of rotation or pivoting according to the double arrow 32.
  • FIG. 2 in turn relates to a solution in the prior art, and also relates to a rotary or swivel drive like the solution according to FIG. 1.
  • an electromechanical power transmission solution is chosen, instead of the hydraulic pump 18, two electric motors 16.
  • an additional gear 42 is connected between the respective electric motor 16 and the assignable drive wheel 38, which is designed as a gear transmission.
  • the mechanical gearbox 42 in this regard often has an additional holding brake 30, the holding torque of which acts on the wheels 36, 38 through the gearbox 42; however only serves as a holding brake, ie may only be used when the entire device is at a standstill.
  • the gear 42 together with an assignable holding brake 30, are used in a comparable manner in hydraulic rotary drives (not shown).
  • the rotary drives shown in the prior art are not only loaded by the controlled or regulated movement sequences - that is, by constant loads or accelerations and decelerations in the desired movement sequence - but also by dynamic external loads.
  • strongly changing torque loads occur in the azimuth drives due to gusty winds and changing loads on the rotor blades.
  • these alternating torques can reach peak values that are a multiple of the stationary load torques required to adjust the direction of the rotor axis.
  • the solution according to the invention is now characterized in that the drive is always free of play, even with high alternating moments, and this can take place without deliberate destruction of excess energy.
  • Fig. 3 shows a first embodiment in the manner of a circuit diagram for such a drive, with all essential components.
  • An electric drive motor 16 in turn drives a hydraulic pump 18 in the manner of a variable displacement pump, which can deliver in a quasi-closed hydraulic circuit in both directions. It then drives a hydraulic motor 22 in each case, which drives the output gear 36 in a pivoting manner via a shaft 44 and the drive wheel 38, specifically in the possible pivoting directions according to double arrow 32.
  • the quasi-closed hydraulic circuit is now biased by a pump 46 in FIG Kind of a feed pump.
  • the pump 46 or feed pump in question can feed into the hydraulic circuit via a feed line and check valves 48.
  • the pressure at which the hydraulic circuit is pretensioned is in turn predefined by the setting of the feed pressure limiting valve 24. If the hydraulic pump 18 is in the zero position and does not deliver into either of the two strands of the hydraulic circuit, then the pressure determined by the setting of the feed pressure limiting valve 24 prevails in both assignable main lines or strands. level. Since the further second connection of the respective hydraulic motor 22 is connected to the tank T, the hydraulic circuit, as defined above, is called quasi closed. Since the tank connection T is almost depressurized (ambient pressure), the pressure difference applied to the hydraulic motors 22 generates a torque which the hydraulic motors 22 direct via the drive train 44, 38 to the drive sprocket 34 of the driven wheel 36.
  • the two hydraulic motors 22 have the same absorption volume per revolution, so that they generate the same high torque under the same preload pressure. However, these torques do not produce any rotational movement of the driven wheel 36 because the hydraulic motors 22 are installed in such a way that their torques act against each other on the driven sprocket 40 and thus on the driven wheel 36, that is to say cancel each other out due to their opposite position. In any case, they pretension the drive train on both sides so that there is a completely play-free connection between the components of the drive trains mentioned. It is immaterial whether the play in the toothings and / or in the corresponding couplings is to be "displaced", which will be explained in more detail below in the exemplary embodiments according to FIG. 4.
  • an external moment acts z. B. by wind forces on the nacelle of a wind turbine, it generates an increase in this torque depending on the direction of action in the hydraulic motor 22, which already generates a counteracting torque under pretension.
  • the hydraulic motor 22 is supported on the oil side in the hydraulic circuit towards the hydraulic pump 18 and to the respective check valve 48 in the feed line.
  • the pressure in the line increases according to the external moment. Only when this pressure, which is caused by the secondary Pressure relief valves 26 (maximum pressure relief valves) would exceed the predetermined value, the respectively assignable, secondary pressure relief valve 26 would open, and this would result in a significant movement for the driven wheel 36.
  • the second hydraulic motor 22, whose torque acts in the same direction as the external moment undergoes no change in load since the first or feed pump 46 maintains the bias pressure. In this way, the play-free connection on this otherwise unloaded side of the drive train is fully retained.
  • the hydraulic pump 18 is actuated accordingly, depending on the desired direction of rotation or pivoting. Load moments against the direction of rotation now cause an increase in the pressure in the line to the assignable hydraulic motors 22 into which the pump 18 delivers, while on the suction side of the pump 18 the pressure is determined by the supply pressure limiting valve 24.
  • the hydraulic motor 22 which generates a constant torque against the direction of movement, also feeds into this suction line. It now acts as a pump, which receives its drive power from the ring gear 34 of the driven wheel 36. Apart from the unavoidable volumetric and hydraulic-mechanical losses of such a drive, the hydraulic pump 18 now only has to apply the power which is required by the load torques occurring during the drive movement.
  • the drives must now be designed so that load torque peaks in or opposite to the direction of rotation do not, or only briefly, trigger the secondary pressure relief valves 26. This ensures that uncontrolled movements cannot occur. NEN.
  • a constant feed via the feed pump 46 ensures that the play is completely removed from the drive trains.
  • a construction comparable to that of the exemplary embodiment according to FIG. 3 is realized with the proviso that an intermediate gear 42 is connected between the hydraulic motors 22 and the drive wheels 38, which has clutches 28 in both directions. Furthermore, a braking device 30 is provided which acts on the drive train in question in order to stop the respective drive train when the device is at a standstill. Otherwise, the operation of the exemplary embodiment according to FIG. 4 is corresponding to that described above for the exemplary embodiment according to FIG. 3.
  • the embodiment according to the illustration according to FIG. 5, in particular with regard to the drive trains, is designed to be comparable to the embodiment according to FIG. 4.
  • the new embodiment is supplemented in comparison to the previous embodiments insofar as between the two hydraulic motors 22 into the hydraulic circuit 3 / 2- switching valve 50 is introduced.
  • the pressure relief valve 54 is connected via check valves 48, the drain connection of which also leads via check valves 48 to the connections 52c and 52d.
  • the drain connection is connected to the low-pressure circuit of the feed pump 46, the pressure of which is predetermined by the pressure-limiting valve 24.
  • the switching valve 50 on its opposite side can be connected by means of a further connection line 56 to a further pressure limiting valve 58, the setting pressure of which is lower than the setting pressure of the pressure limiting valve. tion valve 24. If the switching valve 50 is not actuated, and remains in its locked position as shown in FIG. 5, it is possible to secure the hydraulic motors against overload with the relevant pressure relief valves 54, 26, for example to the indicated maximum pressure of 400 bar ,
  • the pressure values in bar shown in FIG. 5 are only to be seen as examples and, in a modification, can also assume other values.
  • the two hydraulic motors 22 are connected to one another in a fluid-carrying manner and, moreover, are connected to the tank T via the pressure-limiting valve 58. In this way, the system can be flushed with fluid in order to be able to discharge dirt onto the tank side T in this way.
  • the feed pump 46 can also introduce pressure medium internally into a hydraulic accumulator 60, so that a storage possibility is created in this respect in order to be able to supply the hydraulic motors 22 accordingly with a larger amount of pressurized fluid.
  • the relevant solution has an external pressure supply, designated as a whole by 62, for generating the pretension, which is secured by a pressure limiting valve 64, and can also ensure a pressure supply via the further internal hydraulic accumulator 66.
  • an emergency supply for the preload function can be achieved if the main drive train 16, 18, 46 should fail. 4 and 5 can also be used to realize a low-play, low-loss rotary or swivel drive.
  • M N ((p 4 -p 3 ) + (p 2 -p,)) * V / 2 / ⁇
  • M Nmax (p max - p sp ) * V / 2 / ⁇
  • a central feed as shown in FIG. 7 does not have the restriction described above, namely that the torque that can be used for play-free operation is reduced accordingly by the amount of the feed pressure.
  • the feed pressure is fed centrally between the two hydraulic motors 22 as shown in FIG.
  • the medium pressure can be selected to be very high without restricting the useful torque, so that the central feed system can also be referred to as a high-pressure feed system.
  • the feeding of the high pressure centrally between the two hydromotors 22 produces an equally large torque, which also biases the drive train in the opposite direction, so that it is free of play.
  • applications whose load torque peaks by far exceed the useful torque required to generate the adjusting movement due to external loads can be safely controlled by a drive train that is always free of play.
  • a low-pressure feed pump 68 according to the exemplary embodiment according to FIG. 8 can also be used, which relates to a low-loss, low-loss, hydraulic rotary drive with central high-pressure feed and decentralized low-pressure feed and in this respect represents a further development of the solution according to FIG. 4, with only a decentralized one pressure supply.
  • the drive according to the illustration according to FIG. 8 has additional gears 42 in the drive train, which are connected via couplings 28 to the respective hydraulic motor 22 and the assignable pinion (drive wheel 38).
  • each drive train is again equipped with a brake 30, which is designed as a holding brake.
  • the holding brake function can also be performed when the drive is switched off. After braking by the drive (service brake function), the holding brake 30 is applied to the pretensioned drive trains. As a result, the nacelle (driven wheel 36) is held in position without play and pretensioned.
  • a pressure-controlled high-pressure feed pump 72 conveys fluid coming from the tank under high pressure, the backflow from the two hydraulic motors 22 to the feed pump 72 being blocked via a check valve 48 is.
  • This high-pressure feed pressure control device 74 shown in FIG. 8 can be used instead of a feed pressure limiting valve, which the The advantage is that only as much edible oil flow is used as is necessary.

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Abstract

The invention relates to a device for driving movable mechanical components (10; 12a, b), at least two (10; 12a, b) of which are effectively interconnected in such a way that one component (10) can be driven by means of the other component (12a, b), play being provided between said two components (10; 12a, b). Said play between the components (10; 12a, b) can be eliminated by moving or bracing at least said two components (10; 12a, b) towards or against each other with the aid of a hydraulic mechanism (14).

Description

HYDRAULISCHER AZIMUTANTRIEB MIT SPIELAUSGLEICH FÜR EINE WINDKRAFTANLAGEHYDRAULIC AZIMUT DRIVE WITH COMPENSATION FOR A WIND TURBINE
Vorrichtung zum Antrieb bewegbarer mechanischer KomponentenDevice for driving movable mechanical components
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antrieb bewegbarer mechanischer Komponenten, von denen mindestens zwei in Wirkverbindung derart miteinander stehen, dass mittels der einen Komponente die andere Komponente antreibbar ist, wobei zwischen den genannten beiden Komponenten 5 ein Spiel besteht.The invention relates to a device for driving movable mechanical components, at least two of which are operatively connected to one another in such a way that the one component can be driven by means of one component, there being play between the two components 5 mentioned.
Gattungsgemäße Vorrichtungen wie sie auf dem Markt in einer Vielzahl von Ausführungsformen erhältlich sind, sind unter anderem als Drehantriebe konzipiert, zwecks drehender oder schwenkender Einstellung einer Ar- 10 beitsgerätschaft in Bezug auf eine definierte Arbeitsrichtung. Häufig kommen dabei mechanische Komponenten oder Maschinenelemente zum Einsatz, in der Art von Zahnkranz und Ritzel zur Übertragung von Antriebsleistungen für den vorstehend genannten Dreh- oder Schwenkvorgang, wobei sich dahingehende Zahnradantriebe besonders dann gut eignen, wenn gro- 15 ße Übersetzungsverhältnisse zu realisieren sind. Bei dieser bewährten Antriebstechnik lassen sich Verluste bei der Energie- oder Kraftübertragung gering halten und eine große wirtschaftliche Bedeutung haben dahingehende Antriebe bei Kränen und Baggern erhalten, sowie in jüngster Zeit innerhalb von sogenannten Azimutantrieben bei Windenergieanlagen, wobei 20 Teile des Azimutantriebes dem Schwenken des Rotorkopfes mit seinen Ro- torblättern dienen, um dergestalt wechselnden Windrichtungen nachzufolgen, um mittels der Windenergieanlage optimal die Windkraft an den Rotorblättern ausnutzen zu können.Devices of the generic type, such as are available on the market in a large number of embodiments, are designed, inter alia, as rotary drives for the purpose of rotating or pivoting adjustment of a working device with respect to a defined working direction. Mechanical components or machine elements are often used, in the manner of sprockets and pinions for the transmission of drive power for the above-mentioned turning or swiveling process, gear drives in this regard being particularly suitable when large transmission ratios are to be realized. With this proven drive technology, losses in energy or power transmission can be kept low and drives in cranes and excavators have been of great economic importance, as well as in recent times within so-called azimuth drives in wind turbines, with 20 parts of the azimuth drive also pivoting the rotor head his ro- Gate leaves serve to follow changing wind directions in order to be able to optimally utilize the wind power on the rotor blades by means of the wind energy plant.
Bei den genannten Zahnradlösungen kommt es regelmäßig zu einem Spiel zwischen den Zähnen der Zahnkränze, was zum einen zu Ungenauigkeiten führt im Rahmen der anstehenden Einstellbewegungen mit dem Dreh- oder Schwenkantrieb und zum anderen kommt es bei häufigen Lastwechseln bedingt durch das Spiel zu einer sehr hohen Beanspruchung an den Zähnen des Zahnradtriebes mit der Folge, dass durch „Ausschlagen" der Zähne das Spiel sich noch vergrößert oder gar zu einem Abbrechen einzelner Zähne des Zahnradtriebes führt. Hierbei ist auch zu berücksichtigen, dass solche Dreh- oder Schwenkantriebe nicht nur durch gesteuerte oder geregelte Bewegungsabläufe belastet sind -also durch konstante Lasten oder Beschleu- nigungen und Verzögerungen im gewünschten Bewegungsablauf- sondern auch durch dynamische äußere Lasten. Inbesondere bei Windenergieanlagen treten durch böige Winde und wechselnde Belastungen der Rotorblätter stark wechselnde Drehmomentbelastungen in den Azimutantrieben auf, und insbesondere bei hohen Windgeschwindigkeiten und Böen werden Spitzenwerte erreicht, die ein Vielfaches des stationären Lastmomentes betragen, das ansonsten zur Einstellung der Rotorachsrichtung erforderlich ist, und für die die jeweilige Antriebsvorrichtung ausgelegt ist. Neben den bereits genannten Beschädigungen kann es darüber hinaus dazu kommen, dass Lagerkupplungen, Wellen und andere im Antriebsstrang liegende Komponenten zu Schaden kommen, was zum gesamten Ausfall des Drehoder Schwenkantriebes führt, weil insbesondere im Bereich von Windkraftanlagen die Wechselmomente innerhalb des Spiels zum Voreilen und anschließenden Zurückschlagen der bewegbaren Komponenten innerhalb des Antriebsstranges anregen. Das Spiel im Antriebsstrang läßt sich dem Grunde nach nicht vermeiden und wird im übrigen als notwendiges Zahnflankenspiel zwischen Zahnkranz und Ritzel benötigt sowie im Getriebe, aber auch als Kupplungsspiel in den Kupplungen des Dreh- oder Schwenkantriebes, um dergestalt überhaupt die Funktion im Betrieb sicherstellen zu können.In the gear solutions mentioned, there is regularly a play between the teeth of the sprockets, which on the one hand leads to inaccuracies in the context of the upcoming adjustment movements with the rotary or swivel drive, and on the other hand, with frequent load changes due to play, there is a very high load on the teeth of the gear drive, with the result that by "knocking out" the play, the play increases or even breaks off individual teeth of the gear drive. It should also be taken into account here that such rotary or swivel drives are not only controlled or regulated Movements are burdened by constant loads or accelerations and delays in the desired movement, but also by dynamic external loads, especially in wind turbines, gusty winds and changing loads on the rotor blades result in strongly changing torque loads in the azimuth drives n, and especially at high wind speeds and gusts, peak values are reached which are a multiple of the stationary load torque, which is otherwise required to set the rotor axis direction, and for which the respective drive device is designed. In addition to the damage already mentioned, bearing clutches, shafts and other components in the drive train can also be damaged, which leads to the complete failure of the rotary or swivel drive, because in the area of wind turbines in particular, the alternating torques within the game lead and lead Encourage kickback of the moving components within the drive train. The game in the drive train is basically not avoidable and is also required as a necessary backlash between the ring gear and pinion and in the gearbox, but also as a clutch play in the clutches of the rotary or swivel drive in order to be able to ensure the function in operation ,
Insbesondere dann, wenn bei der bekannten Lösung mehrere Antriebe parallel auf einen Zahnkranz einwirken, besteht die Gefahr, dass einzelne An- triebe durch den dahingehenden separaten Kontakt überlastet werden. Der Grund hierfür liegt in der Auslegung des Antriebes, da man bei dieser Antriebskonzeption davon ausgeht, dass sich die Gesamtbelastung bei mehreren Antrieben gleichmäßig auf alle verteilt. Das Spiel kann aber als zufällig sich einstellende Größe bei einem dieser Antriebe aufgehoben sein, bei dem anderen aber im gleichen Augenblick den maximal möglichen Wert angenommen haben. Bei einem dann erfolgenden Laststoß wird der Antrieb der momentan spielfrei verbunden ist, innerhalb seiner Drehsteife das Gesamtdrehmoment aufzunehmen haben, ehe auch bei dem anderen die Last zum Tragen kommt. Wenn alle Antriebe von Beginn an spielfrei im Eingriff ständen, käme es auch insoweit stets zu einer gleichmäßigen Lastverteilung.Particularly when, in the known solution, several drives act in parallel on a toothed ring, there is a risk that individual drives are overloaded by the separate contact in question. The reason for this lies in the design of the drive, since with this drive design it is assumed that the total load is distributed evenly across all drives. The game can, however, be eliminated as a randomly occurring variable in one of these drives, but in the other at the same time it has assumed the maximum possible value. In the event of a load surge then the drive which is currently connected without play must absorb the total torque within its torsional stiffness before the load is also applied to the other. If all drives were in mesh-free operation from the start, this would always result in an even load distribution.
Bei den heute zum Einsatz kommenden modernen Azimutantrieben versucht man das genannte Spiel im Antriebsstrang dadurch zu beseitigen, dass die zum Stillsetzen des Dreh- oder Schwenkantriebes vorgesehenen me- chanischen Bremsen während eines Einstellvorganges nicht vollständig geöffnet werden, sondern mit einem vorgebbaren Bremsmoment schleifend an einem Teil der bewegbaren Komponenten des Antriebes angreifen, wobei das dahingehende Bremsmoment so hoch sein muß, dass Wechselmomentspitzen nicht zu einer Aufhebung der Spielfreiheit führen können. Dies wiederum bedingt eine deutlich überdimensionierte Antriebsleistung für den Antriebsstrang und am Ende wird die dahingehende Antriebsleistung dann in der Bremse vernichtet, was zu einem erheblichen Verschleiß der Bremse und mithin zu hohen Betriebskosten führt.In the modern azimuth drives used today, attempts are made to eliminate the play in the drive train in such a way that the mechanical brakes provided for stopping the rotary or swivel drive are not fully opened during an adjustment process, but rather dragging on a part with a specifiable braking torque attack the movable components of the drive, the braking torque must be so high that alternating torque peaks can not lead to a loss of backlash. This in turn, a significantly oversized drive power for the drive train and in the end the drive power in question is then destroyed in the brake, which leads to considerable wear of the brake and thus to high operating costs.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde unter Beibehalten der Vorteile für die bekannten Vorrichtungen diese dahingehend weiter zu verbessern, dass eine Lösung geschaffen ist mit der das Spiel im Antriebsstrang beseitigbar ist, ohne dass dies zu Ver- schleiß an Anlagenteilen führt, und damit in Verbindung stehender Betriebs- und Wartungskosten. Eine dahingehende Aufgabe löst eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit.Proceeding from this prior art, the object of the invention while maintaining the advantages for the known devices is to improve them further in such a way that a solution is created with which the play in the drive train can be eliminated without this leading to wear on system parts , and related operating and maintenance costs. A relevant object is achieved by a device with the features of claim 1 in its entirety.
Dadurch, dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 mittels einer hydraulischen Einrichtung zumindest die beiden in Wirkverbindung miteinander stehenden Komponenten derart gegeneinander bewegt oder verspannt sind, dass das vorhandene Spiel zwischen diesen Komponenten beseitigbar ist, sind die mechanischen Bremseinrichtungen im Stand der Technik durch eine hydraulische Vorspanneinrichtung ersetzt, die verschleißfrei arbeitet und somit keine erhöhten Wartungs- und Montagekosten hervorruft. Da die hydraulische Einrichtung auf die Wirkverbindung zwischen den bewegbaren mechanischen Komponenten an deren Schnittstelle entsprechend einwirkt, ist an der Stelle des Wirkeingriffes das Antriebsspiel vollständig beseitigt und bei beseitigtem Spiel läßt sich über die hydraulische Einrichtung eine zusätzliche Antriebskraft oder Antriebsmoment aufbringen, dass dann hilft die im spielfreien Zustand miteinander befindlichen Komponenten, vorzugsweise für den Erhalt einer Dreh- oder Schwenkbewegung anzutreiben. Die erfindungsgemäße Lösung braucht nicht auf den Einsatz von Dreh- oder Schwenkantrieben beschränkt zu sein, sondern läßt sich überall dort sinnfällig einsetzen auch im Bereich linearer Bewegungen, wo mechanische Komponenten mit einem ansonsten vorhandenen Spiel miteinander in Wirkverbindung stehen.Characterized in that, according to the characterizing part of patent claim 1, at least the two components that are in operative connection with one another are moved or tensioned against one another in such a way that the existing play between these components can be eliminated, the mechanical braking devices in the prior art are hydraulic Preloading device replaced, which works without wear and thus does not cause increased maintenance and assembly costs. Since the hydraulic device acts on the operative connection between the movable mechanical components at their interface accordingly, the drive play is completely eliminated at the point of the active intervention and when the play is eliminated, an additional drive force or drive torque can be applied via the hydraulic device, which then helps in components in a play-free state with one another, preferably to drive a rotary or pivoting movement. The solution according to the invention need not be limited to the use of rotary or swivel drives, but can be used wherever appropriate also in the area of linear movements where mechanical components are in operative connection with an otherwise existing play.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die eine mechanische Komponente ein zumindest teilweise mit einem Antriebszahnkranz versehenes Abtriebsrad, wobei die jeweilige andere Komponente ein Antriebsrad ist, das zumindest teilweise mit einem Abtriebszahnkranz versehen ist. Vorzugsweise ist dabei an gegenüberliegenden Seiten des Abtriebrades jeweils ein Antriebsrad angeordnet, die in gegenläufiger Drehrichtung zueinander mit ihren Teilen an Abtriebszahnkränzen in Eingriff sind mit Teilen des Antriebszahnkranzes des Abtriebrades. Auf diese Art und Weise läßt sich unabhängig von der Drehrichtung des Abtriebsrades die Vorspannung zwischen den bewegbaren Komponenten über die hydraulische Einrichtung erreichen, so dass in jedem Betriebszustand der Vorrichtung das angesprochene Spiel beseitigt ist.In a preferred embodiment of the device according to the invention, the one mechanical component is an output gear which is at least partially provided with a drive sprocket, the other component being a drive gear which is at least partially provided with an output sprocket. Preferably, a drive wheel is arranged on opposite sides of the driven wheel, the parts of which are engaged in the opposite direction of rotation with their parts on driven gear rings with parts of the driven gear ring of the driven wheel. In this way, the pretension between the movable components can be achieved via the hydraulic device, regardless of the direction of rotation of the driven wheel, so that the mentioned play is eliminated in every operating state of the device.
Vorzugsweise ist dabei des weiteren vorgesehen, dass die hydraulische Einrichtung eine erste Pumpe in der Art einer Speisepumpe aufweist, die mit einem vorgebbaren Speisedruck Teile eines hydraulischen Kreises vorspannt, an dem mindestens ein Hydromotor angeschlossen ist, der in Wirkverbindung mit der ihm zuordenbaren mechanischen Komponente steht. Vorzugsweise kommt dabei weiter für jedes Antriebsrad ein eigener Hydromotor zum Einsatz. Vorzugsweise besitzen dabei die Hydromotoren ein gleiches Schluckvolumen pro Umdrehung, so dass sie unter gleichem Vorspanndruck ein gleich hohes Drehmoment erzeugen können. Diese Drehmomente erzeugen aber keine Drehbewegung für das Abtriebsrad, weil die Anordnung so gewählt ist, dass die aufgebrachten Drehmomente gegensinnig auf die zuordenbaren Teile des Antriebszahnkranzes des Abtriebsrades einwirken und sich insoweit gegenseitig aufheben. Auf diese Art und Weise wird der gesamte Antriebsstrang in beiden Drehrichtungen des Abtriebsrades vorgespannt und insoweit wird das Spiel in den in Eingriff befindlichen Verzahnungen oder in gegebenenfalls eingesetzten Kupplungen aufgehoben.It is preferably further provided that the hydraulic device has a first pump in the manner of a feed pump, which prestresses parts of a hydraulic circuit with a predeterminable feed pressure, to which at least one hydraulic motor is connected, which is in operative connection with the mechanical component that can be assigned to it , A separate hydraulic motor is preferably used for each drive wheel. The hydraulic motors preferably have the same absorption volume per revolution, so that they can generate the same high torque under the same preload pressure. However, these torques do not produce any rotational movement for the driven wheel, because the arrangement is chosen so that the applied torques act in opposite directions on the assignable parts of the drive sprocket of the driven gear and cancel each other out to that extent. In this way, the entire drive train is pretensioned in both directions of rotation of the driven wheel, and to this extent the play in the meshing teeth or in any couplings used is eliminated.
Sofern bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vor- richtung neben der ersten Pumpe in Form der Speisepumpe eine weitere zweite Pumpe in der Art einer Förder- oder Antriebspumpe in den hydraulischen Kreis geschaltet ist, die mit einem einstellbaren Förderstrom an Fluid dem Antrieb der mechanischen Komponenten dient, ist es möglich mit der dahingehenden weiteren zweiten Pumpe die Wirkung der ersten Pumpe oder Speisepumpe dahingehend zu überlagern, dass diese die Spielfreiheit weiter aufrechterhält und dergestalt ein Antriebsmoment auf das Abtriebsrad aufbringt, um dieses entsprechend schwenkend oder drehend anzutreiben.If, in a preferred embodiment of the device according to the invention, in addition to the first pump in the form of the feed pump, a further second pump in the manner of a feed or drive pump is connected to the hydraulic circuit, which serves to drive the mechanical components with an adjustable flow rate of fluid , it is possible to overlay the effect of the first pump or feed pump with the further second pump to the extent that it maintains the freedom from play and thus applies a drive torque to the driven wheel in order to drive it in a correspondingly pivoting or rotating manner.
Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zwischen den beiden Hydromotoren in den hydraulischen Kreis ein Schaltventil eingebracht, das mittels einer Anschlußstelle über ein Druckbegrenzungsventil an den Tank anschließbar ist. Vorzugsweise ist dabei des weiteren vorgesehen, dass das Schaltventil mittels einer weiteren Anschlußstelle an ein weiteres Druckbegrenzungsventil anschließbar ist, dessen Einstelldruck höher ist als der Einstelldruck des ersten Druckbegrenzungsventiles und dass die beiden Anschlußstellen auf gegenüberliegenden Seiten des Schaltventiles im hydraulischen Kreis angeordnet sind. Mit der dahingehenden Anordnung läßt sich in der einen Schaltstel- lung des Schaltventiles eine Art Spülung von hydraulikführenden Teilen der Vorrichtung erreichen, so dass nicht befürchtet werden muss, dass ansonsten bei längerem Stillstandsbetrieb der Vorrichtung fluidführende Komponenten mit Verschmutzungsanteilen oder dergleichen verstopfen könnten, was gegebenenfalls zum Ausfall der gesamten Vorrichtung führen würde, und im übrigen läßt sich dergestalt über die beiden Druckbegrenzungsventile auf gegenüberliegenden Seiten des Schaltventiles erreichen, dass bei Auftreten von Höchstlastspitzen beide Hydromotoren gleichsinnig einem vorgebbaren Maximaldruck aussetzbar sind und somit Wechselmomente in doppelter Größe aufnehmen können bis zum Maximaldruck, bei dessen Überschreiten sich das System in Richtung des Tanks hin immer insoweit entspannt, dass der maximal für den Betrieb der Hydromotoren vorgegebene Systemdruck keinesfalls überschritten wird.In a further particularly preferred embodiment of the device according to the invention, a switching valve is introduced between the two hydraulic motors in the hydraulic circuit and can be connected to the tank by means of a connection point via a pressure relief valve. It is preferably further provided that the switching valve can be connected to a further pressure-limiting valve by means of a further connection point, the setting pressure of which is higher than the setting pressure of the first pressure-limiting valve and that the two connection points are arranged on opposite sides of the switching valve in the hydraulic circuit. With this arrangement, in one switching position tion of the switching valve achieve a kind of flushing of the hydraulic parts of the device, so that there is no need to fear that, if the device is not used for a long time, fluid-carrying components could become clogged with contaminants or the like, which could lead to failure of the entire device, and otherwise can be achieved via the two pressure relief valves on opposite sides of the switching valve so that when maximum load peaks occur, both hydraulic motors can be exposed in the same direction to a predeterminable maximum pressure and can therefore take up double alternating torques up to the maximum pressure, which, when exceeded, always leads to the tank to the extent that the maximum system pressure specified for the operation of the hydraulic motors is never exceeded.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die hydraulische Einrichtung mittels einer externen Druckversorgung und/oder mit mindestens einem intern angeschlossenen Hydrospeicher des hydraulischen Kreises mit Druckmedium eines vorgebbaren Druckes versorgbar ist. Hiermit läßt sich zum einen in Notsituationen extern die Druckversorgung der Vorrichtung sicherstellen, und im übrigen benötigt man insbesondere für die erste Pumpe oder Speisepumpe nur geringe Fördervolumina, wenn diese beispielsweise bei Stillstandszeiten der Vorrichtung Medium unter Druck in den jeweiligen Hydrospeicher einbringt, von dem aus die derart eingespeicherte Energie je- derzeit abrufbar ist, sofern der hydraulische Kreis die dahingehende Mehrleistung einfordert. Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung in der Art von Schalt- oder Hydraulikplänen dieIn a further preferred embodiment of the device according to the invention it can be provided that the hydraulic device can be supplied with pressure medium of a predeterminable pressure by means of an external pressure supply and / or with at least one internally connected hydraulic accumulator of the hydraulic circuit. On the one hand, this can be used to ensure the external pressure supply to the device in emergency situations, and in addition, only small delivery volumes are required, in particular for the first pump or feed pump, if, for example, this brings medium under pressure into the respective hydraulic accumulator from which the device is at a standstill Energy stored in this way can be called up at any time, provided the hydraulic circuit demands the additional power. The device according to the invention is explained in more detail below with reference to the drawing. In principle and not to scale in the manner of circuit or hydraulic diagrams show the
Fig. 1 eine im Stand der Technik bekannte hydraulische Vorrichtung,1 is a hydraulic device known in the prior art,
Fig. 2 eine im Stand der Technik bekannte elektromechanische Einrichtung,2 shows an electromechanical device known in the prior art,
Fig. 3 bis 5 verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung,3 to 5 different embodiments of the device according to the invention,
Fig. 6 u. 7 Prinzipdarstellungen bezogen auf eine dezentrale und eine zentrale Einspeisung,Fig. 6 u. 7 basic representations related to a decentralized and a central feed,
Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Aufbau vergleichbar der Lösung nach der Fig. 4 aber mit zentraler Hochdruckeinspeisung.8 shows a further exemplary embodiment of the device according to the invention with a structure comparable to the solution according to FIG. 4 but with a central high-pressure feed.
Die Fig. 1 zeigt eine bekannte Vorrichtung zum Antrieb bewegbarer mechanischer Komponenten 10; 12a, b, c, von denen mindestens zwei 10; 12a, b, c in Wirkverbindung derart miteinander stehen, dass mittels der einen Komponente 12a, b, c die andere Komponente 10 antreibbar ist, wobei zwischen den genannten beiden Komponenten 10; 12a, b, c ein Spiel besteht. Mittels einer als Ganzes mit 14 bezeichneten hydraulischen Einrichtung wird der in der Fig. 1 gezeigte Dreh- oder Schwenkantrieb betätigt. Die von einem Antriebsmotor 16 antreibbare Hydropumpe 18 erzeugt einen Fluidförderstrom, vorzugsweise mit einem Hydraulikmedium, der über ein Drehrichtungsventil 20 in der Art eines 4/3-Wegeventiles zu dem jeweiligen Hydromotor 22a, b, c geleitet wird, sobald das Drehrichtungsventil 20 aus seiner in der Fig. 1 dargestellten Mittelstellung bewegt wird, wobei in der einen weiteren Schaltstellung des Ventiles die Hydromotoren 22, a, b, c in die eine Richtung drehen und in der anderen weiteren Schaltstellung in die andere Richtung. Die gezeigten Hydromotoren sind insoweit innerhalb des hydraulischen Kreises der hydraulischen Einrichtung 14 in paralleler Anordnung geschaltet. Das in der Fig. 1 mit 24 bezeichnete Primärdruckbe- grenzungsventil schützt dabei die Hydropumpe 18 vor Überlastung. Bei der in der Fig. 1 gezeigten Mittelstellung des Drehrichtungsventiles 20 schützen hingegen die beiden Sekundärbegrenzungsventile 26 die Hydromotoren 22a, b, c vor Überlastung und begrenzen die Lastmomente, die von der mechanischen Komponente 10 rückwirkend über die mechanischen Komponenten 12a, b, c und zuordenbaren Kupplungen 28a, b, c auf die Hy- dromotoren 22a, b, c einwirken. Zwei beidseitig zu der mechanischen1 shows a known device for driving movable mechanical components 10; 12a, b, c, at least two of which are 10; 12a, b, c are operatively connected to one another in such a way that one component 12a, b, c can drive the other component 10, with the two components 10; 12a, b, c there is a game. The rotary or swivel drive shown in FIG. 1 is actuated by means of a hydraulic device designated as a whole by 14. The hydraulic pump 18, which can be driven by a drive motor 16, generates a fluid delivery flow, preferably with a hydraulic medium, which a direction of rotation valve 20 in the manner of a 4/3-way valve is passed to the respective hydraulic motor 22a, b, c as soon as the direction of rotation valve 20 is moved from its central position shown in FIG. 1, the hydraulic motors being in a further switching position of the valve 22, a, b, c in one direction and in the other switch position in the other direction. To this extent, the hydraulic motors shown are connected in parallel within the hydraulic circuit of the hydraulic device 14. The primary pressure relief valve designated by 24 in FIG. 1 protects the hydraulic pump 18 against overload. 1, on the other hand, the two secondary limiting valves 26 protect the hydraulic motors 22a, b, c from overload and limit the load torques that can be assigned retrospectively by the mechanical component 10 via the mechanical components 12a, b, c and Couplings 28a, b, c act on the hydraulic motors 22a, b, c. Two on both sides to the mechanical
Komponente 10 angeordnete Bremseinrichtungen 30 können die Bewegung der mechanischen Komponente 10 in den möglichen mit Doppelpfeil 32 angegebenen Bewegungsrichtungen abbremsen, und bei Stillstand auch in der angefahrenen Position entsprechend stationär halten.Component 10 arranged braking devices 30 can brake the movement of the mechanical component 10 in the possible directions of movement indicated by double arrow 32, and can also hold it stationary in the approached position when it is at a standstill.
Gemäß der Darstellung nach der Fig. 1 ist die eine mechanische Komponente 10 ein zumindest teilweise mit einem Antriebszahnkranz 34 versehenes Abtriebsrad 36, wobei die jeweilige andere Komponente 12a, b, c ein Antriebsrad 38 ist, das außenumfangseitig mit einem Abtriebszahnkranz 40 versehen ist. Somit ist an gegenüberliegenden Seiten des Abtriebsrades 36 jeweils ein Antriebsrad 38 -insgesamt 3 Stück- angeordnet, die in gegenläufiger Drehrichtung zueinander mit ihren Teilen an Abtriebszahnkränzen 40 in Eingriff sind mit Teilen des Antriebszahnkranzes 34 des Abtriebsrades 36. Der einfacheren Darstellung wegen wurden die einzelnen Zähne der Zahn- kränze 34, 40 weggelassen; diese stehen aber wie üblich bei Zahnradantrieben miteinander in kämmender Wirkverbindung. Bei der bekannten, in der Fig. 1 gezeigten Lösung, können nun die Bremseinrichtungen 30 ständig in Wirkkontakt bleiben, mit dem Abtriebsrad 36 und dergestalt schlei- fend auf das Abtriebsrad 36 einwirken. Ein etwaig vorhandenes Spiel wird dann insoweit zwischen dem Abtriebsrad 36 und den Antriebsrädern 38 vermieden, und für die eigentliche Antriebsbewegung kann die Hydropum- pe 18 das dahingehende Bremsmoment überwinden, und über die Hydromotoren 22 a, b, c und die jeweiligen Antriebsräder 38 das Abtriebsrad 36 längs den Dreh- oder Schwenkrichtungen nach dem Doppelpfeil 32 antreiben.1, the one mechanical component 10 is an output gear 36 that is at least partially provided with a drive sprocket 34, the other component 12a, b, c being a drive gear 38 that is provided with an output gear sprocket 40 on the outer circumference. Thus, on each side of the driven gear 36 there is a drive gear 38 - a total of 3 pieces - which, in the opposite direction to one another, with their parts on the output gear rings 40 are in engagement with parts of the drive gear ring 34 of the driven gear 36. For the sake of simplicity of illustration, the individual teeth became the tooth- wreaths 34, 40 omitted; however, as is customary in the case of gear drives, these are in meshing operative connection with one another. In the known solution shown in FIG. 1, the braking devices 30 can now remain in operative contact, act on the driven wheel 36 with the driven gear 36 and in such a sliding manner. Any play that may be present is then avoided between the driven wheel 36 and the drive wheels 38, and for the actual drive movement the hydraulic pump 18 can overcome the braking torque in question, and via the hydraulic motors 22 a, b, c and the respective drive wheels 38 the driven wheel 36 drive along the directions of rotation or pivoting according to the double arrow 32.
Sofern im folgenden vergleichbare Komponenten verwendet sind, wie für die im Stand der Technik nachweisbare Lösung nach der Fig. 1 bereits be- schrieben, werden insoweit für dieselben Bauteile und Komponenten auch dieselben Bezugszeichen eingesetzt, und das bisher Gesagte gilt insoweit dann auch für die Ausführungsformen nach den nachfolgenden Figuren. Die Fig. 2 betrifft wiederum eine Lösung im Stand der Technik, und betrifft ebenso einen Dreh- oder Schwenkantrieb wie die Lösung nach der Fig. 1. Bei der bekannten Lösung nach der Fig. 2 wird jedoch eine elektromecha- nische Leistungsübertragungslösung gewählt, wobei anstelle der Hydro- pumpe 18 zwei Elektromotoren 16 treten. Zur Reduzierung der Abtriebsgeschwindigkeit ist zwischen dem jeweiligen Elektromotor 16 und dem zuordenbaren Antriebsrad 38 ein zusätzliches Getriebe 42 geschaltet, das als Zahnradgetriebe ausgeführt ist. Das dahingehend mechanische Getriebe 42 weist oftmals eine zusätzliche Haltebremse 30 auf, deren Haltemoment durch das Getriebe 42 übersetzt auf die Räder 36, 38 einwirkt; allerdings nur als Haltebremse dient, d.h. nur im Stillstand der Gesamtvorrichtung eingesetzt werden darf. Das Getriebe 42 nebst zuordenbarer Haltebremse 30, werden in vergleichbare Weise auch bei hydraulischen Drehantrieben (nicht dargestellt) eingesetzt.If comparable components are used in the following, as already described for the solution according to FIG. 1 which can be proven in the prior art, the same reference numerals are used for the same components and components, and what has been said so far also applies to the embodiments according to the following figures. FIG. 2 in turn relates to a solution in the prior art, and also relates to a rotary or swivel drive like the solution according to FIG. 1. In the known solution according to FIG. 2, however, an electromechanical power transmission solution is chosen, instead of the hydraulic pump 18, two electric motors 16. To reduce the output speed, an additional gear 42 is connected between the respective electric motor 16 and the assignable drive wheel 38, which is designed as a gear transmission. The mechanical gearbox 42 in this regard often has an additional holding brake 30, the holding torque of which acts on the wheels 36, 38 through the gearbox 42; however only serves as a holding brake, ie may only be used when the entire device is at a standstill. The gear 42 together with an assignable holding brake 30, are used in a comparable manner in hydraulic rotary drives (not shown).
Die gezeigten Drehantriebe im Stand der Technik werden nicht nur durch die gesteuerten oder geregelten Bewegungsabläufe belastet -also durch konstante Lasten oder Beschleunigungen und Verzögerungen im gewünschten Bewegungsablauf-, sondern auch durch dynamische äußere Lasten. Insbesondere bei Windenergieanlagen treten durch böige Winde und wechselnde Belastungen der Rotorblätter stark wechselnde Drehmomentbela- stungen in den Azimutantrieben auf. Diese Wechselmomente können bei hohen Windgeschwindigkeiten Spitzenwerte erreichen, die ein Mehrfaches der stationären Lastmomente betragen, die zur Verstellung der Rotorachsrichtung erforderlich sind.The rotary drives shown in the prior art are not only loaded by the controlled or regulated movement sequences - that is, by constant loads or accelerations and decelerations in the desired movement sequence - but also by dynamic external loads. In the case of wind turbines in particular, strongly changing torque loads occur in the azimuth drives due to gusty winds and changing loads on the rotor blades. At high wind speeds, these alternating torques can reach peak values that are a multiple of the stationary load torques required to adjust the direction of the rotor axis.
Das vorhandene Spiel im Antriebsstrang führt bei derartigen Wechselmomenten zu erhöhten Belastungen des Antriebsstranges, zu Schlägen in den Verzahnungen, Lagern, Kupplungen, Wellen und anderer im Antriebsstrang liegender Komponenten, und damit zu Schäden und zum vorzeitigen Ausfall des gesamten Drehantriebes, weil die Wechselmomente innerhalb des Spieles zum Voreilen und anschließenden Zurückschlagen der genannten Triebwerksteile anregen. Spiel im Antriebsstrang läßt sich nicht vermeiden und ist vorhanden als notwendiges Zahnflankenspiel zwischen Zahnkranz und Ritzel, sowie im Getriebe aber auch als Kupplungsspiel in den Kupplungen. Bei den heutigen sogenannten Azimutantrieben gemäß den Darstel- lungen nach den Fig. 1 und 2, versucht man das Spiel im Antriebsstrang dadurch wirkungslos zu machen, dass die jeweilige Bremse 30 während eines Einstellvorganges nicht geöffnet wird, sondern mit dem zuordenbaren Bremsmoment „schleift". Dieses Bremsmoment muss so hoch sein, dass Wechselmomentspitzen nicht zu einer Aufhebung der Spielfreiheit führen. Dies wiederum, bedingt erheblich überdimensionierte Antriebsleistungen für die Antriebe, sei es in Form der Hydropumpe 18 (Fig. 1), sei es in Form der Elektroantriebsmotoren 16 (Fig. 2). Die durch den jeweiligen Antriebsstrang dann zu leitende überdimensionierte Antriebsleistung ist dann letzt- endlich am Ende desselben wiederum in der Bremse 30 zu vernichten, was mit den genannten Verschleißproblemen einhergeht.With such alternating torques, the existing play in the drive train leads to increased loads on the drive train, to impacts in the gears, bearings, couplings, shafts and other components in the drive train, and thus to damage and premature failure of the entire rotary drive because the alternating torques within the Encourage play to advance and then kick back the aforementioned engine parts. Play in the drive train cannot be avoided and is available as a necessary backlash between the ring gear and pinion, as well as in the gearbox, but also as a clutch play in the clutches. In today's so-called azimuth drives according to the representations according to FIGS. 1 and 2, attempts are made to make the play in the drive train ineffective by not opening the respective brake 30 during an adjustment process, but instead “grinding” with the assignable braking torque. This braking torque must be so high that alternating torque peaks do not lead to a lack of backlash. This, in turn, requires considerably oversized drive powers for the drives, be it in the form of the hydraulic pump 18 (FIG. 1) or be it in the form of the electric drive motors 16 (FIG. 2). The oversized drive power which is then to be conducted by the respective drive train is then finally to be destroyed in the brake 30 at the end of the drive train, which is associated with the wear problems mentioned.
Die erfindungsgemäße Lösung ist nun dadurch charakterisiert, dass stets -also auch bei hohen Wechsel momenten- die Spielfreiheit des Antriebes gewährleistet ist, und dies ohne gezielte Vernichtung überschüssiger Energie stattfinden kann.The solution according to the invention is now characterized in that the drive is always free of play, even with high alternating moments, and this can take place without deliberate destruction of excess energy.
Die Fig. 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel in der Art eines Schaltplanes für einen solchen Antrieb, mit allen wesentlichen Komponenten. Ein Elek- troantriebsmotor 16 treibt wiederum eine Hydropumpe 18 in der Art einer Verstellpumpe an, die in einen quasi geschlossenen hydraulischen Kreislauf in beiden Richtungen fördern kann. Damit treibt sie dann jeweils einen Hydromotor 22 an, der über eine Welle 44 und das Antriebsrad 38, das Abtriebsrad 36 schwenkend antreibt, und zwar in den möglichen Schwenkrichtungen gemäß Doppelpfeil 32. Der quasi geschlossene hydraulische Kreislauf ist nunmehr vorgespannt durch eine Pumpe 46 in der Art einer Speisepumpe. Die dahingehende Pumpe 46 oder Speisepumpe kann über eine Einspeiseleitung und Rückschlagventile 48 in den hydraulischen Kreislauf hineinfördern. Der Druck mit dem der hydraulische Kreislauf vor- gespannt wird, ist durch die Einstellung des Speisedruckbegrenzungsventi- les 24 wiederum vorgegeben. Steht die Hydropumpe 18 in Nullstellung und fördert in keine der beiden Stränge des hydraulischen Kreislaufes, dann herrscht in beiden zuordenbaren Hauptleitungen oder Strängen das durch die Einstellung des Speisedruckbegrenzungsventil 24 vorgegebene Druck- niveau. Da der weitere zweite Anschluß des jeweiligen Hydromotors 22 mit dem Tank T verbunden ist, wird der hydraulische Kreislauf wie vorstehend definiert, quasi geschlossen bezeichnet. Da der Tankanschluß T nahezu drucklos ist (Umgebungsdruck), erzeugt die an den Hydromotoren 22 anliegende Druckdifferenz ein Drehmoment, das die Hydromotoren 22 über den Antriebsstrang 44, 38 auf den Antriebszahnkranz 34 des Abtriebrades 36 leiten.Fig. 3 shows a first embodiment in the manner of a circuit diagram for such a drive, with all essential components. An electric drive motor 16 in turn drives a hydraulic pump 18 in the manner of a variable displacement pump, which can deliver in a quasi-closed hydraulic circuit in both directions. It then drives a hydraulic motor 22 in each case, which drives the output gear 36 in a pivoting manner via a shaft 44 and the drive wheel 38, specifically in the possible pivoting directions according to double arrow 32. The quasi-closed hydraulic circuit is now biased by a pump 46 in FIG Kind of a feed pump. The pump 46 or feed pump in question can feed into the hydraulic circuit via a feed line and check valves 48. The pressure at which the hydraulic circuit is pretensioned is in turn predefined by the setting of the feed pressure limiting valve 24. If the hydraulic pump 18 is in the zero position and does not deliver into either of the two strands of the hydraulic circuit, then the pressure determined by the setting of the feed pressure limiting valve 24 prevails in both assignable main lines or strands. level. Since the further second connection of the respective hydraulic motor 22 is connected to the tank T, the hydraulic circuit, as defined above, is called quasi closed. Since the tank connection T is almost depressurized (ambient pressure), the pressure difference applied to the hydraulic motors 22 generates a torque which the hydraulic motors 22 direct via the drive train 44, 38 to the drive sprocket 34 of the driven wheel 36.
Die beiden Hydromotoren 22 besitzen ein gleiches Schluckvolumen pro Umdrehung, so dass sie unter gleichem Vorspanndruck ein gleich hohes Drehmoment erzeugen. Diese Drehmomente erzeugen aber keine Drehbewegung des Abtriebrades 36, weil die Hydromotoren 22 so installiert sind, dass ihre Drehmomente gegeneinander auf den Abtriebszahnkranz 40 und mithin auf das Abtriebsrad 36 einwirken, also aufgrund ihrer gegen- überliegenden Lage sich aufheben. Sie spannen aber jedenfalls den Antriebsstrang beider Seiten so vor, dass eine völlig spielfreie Verbindung zwischen den Komponenten der genannten Antriebsstränge entsteht. Dabei ist es gleichgültig, ob das Spiel in den Verzahnungen und/oder in den entsprechenden Kupplungen zu „verdrängen" ist, was nachstehend noch bei Aus- führungsbeispielen nach der Fig. 4 näher erläutert werden wird.The two hydraulic motors 22 have the same absorption volume per revolution, so that they generate the same high torque under the same preload pressure. However, these torques do not produce any rotational movement of the driven wheel 36 because the hydraulic motors 22 are installed in such a way that their torques act against each other on the driven sprocket 40 and thus on the driven wheel 36, that is to say cancel each other out due to their opposite position. In any case, they pretension the drive train on both sides so that there is a completely play-free connection between the components of the drive trains mentioned. It is immaterial whether the play in the toothings and / or in the corresponding couplings is to be "displaced", which will be explained in more detail below in the exemplary embodiments according to FIG. 4.
Wirkt in diesem Zustand ein äußeres Moment z. B. durch Windkräfte auf die Gondel einer Windkraftanlage ein, so erzeugt es je nach Wirkrichtung bei dem Hydromotor 22, der bereits unter Vorspannung ein entgegenge- setzt wirkendes Moment erzeugt, eine Erhöhung dieses Momentes. Dabei stützt sich der Hydromotor 22 auf der Ölseite im hydraulischen Kreislauf zur Hydropumpe 18 hin ab, sowie zum jeweiligen Rückschlagventil 48 in der Einspeiseleitung. Dabei steigt der Druck in der Leitung entsprechend dem äußeren Moment an. Erst wenn dieser Druck, den durch die Sekundär- Druckbegrenzungsventile 26 (Maximal-Druckbegrenzungsventile) vorgegebenen Wert übersteigen würde, würde das jeweils zuordenbare, Sekundär- Druckbegrenzungsventil 26 öffnen, und es entstände eine nennenswerte Bewegung für das Abtriebsrad 36. Der zweite Hydromotor 22, dessen Drehmoment in der gleichen Richtung wirkt wie das äußere Moment, erfährt keine Belastungsänderung, da die erste oder Speisepumpe 46 den Vorspanndruck aufrechterhält. Damit bleibt auch die spielfreie Verbindung auf dieser ansonsten unbelasteten Seite des Antriebsstranges vollumfänglich erhalten.In this state, an external moment acts z. B. by wind forces on the nacelle of a wind turbine, it generates an increase in this torque depending on the direction of action in the hydraulic motor 22, which already generates a counteracting torque under pretension. The hydraulic motor 22 is supported on the oil side in the hydraulic circuit towards the hydraulic pump 18 and to the respective check valve 48 in the feed line. The pressure in the line increases according to the external moment. Only when this pressure, which is caused by the secondary Pressure relief valves 26 (maximum pressure relief valves) would exceed the predetermined value, the respectively assignable, secondary pressure relief valve 26 would open, and this would result in a significant movement for the driven wheel 36. The second hydraulic motor 22, whose torque acts in the same direction as the external moment undergoes no change in load since the first or feed pump 46 maintains the bias pressure. In this way, the play-free connection on this otherwise unloaded side of the drive train is fully retained.
Zur Einstellung der genannten Gondel, die an dem Abtriebsrad 36 angreift, wird in Abhängigkeit der gewünschten Dreh- oder Schwenkrichtung die Hydropumpe 18 entsprechend betätigt. Lastmomente entgegen der Drehrichtung bewirken nun einen Anstieg des Druckes in der Leitung zu den zuordenbaren Hydromotoren 22, in welche die Pumpe 18 fördert, während auf der Saugseite der Pumpe 18 der Druck durch das Speisedruckbegren- zungsventil 24 bestimmt ist. In diese Saugleitung fördert in diesem Zustand auch der Hydromotor 22, der ein konstantes Drehmoment entgegen der Bewegungsrichtung erzeugt. Er wirkt nun als Pumpe, der seine Antriebslei- stung vom Zahnkranz 34 des Abtriebsrades 36 erhält. Die Hydropumpe 18 muss nun abgesehen von den nicht vermeidbaren volumetrischen und hydraulisch-mechanischen Verlusten eines solchen Antriebes nur die Leistung aufbringen, die durch die, während der Antriebsbewegung auftretenden Lastmomente erforderlich ist.To adjust the above-mentioned nacelle, which acts on the driven wheel 36, the hydraulic pump 18 is actuated accordingly, depending on the desired direction of rotation or pivoting. Load moments against the direction of rotation now cause an increase in the pressure in the line to the assignable hydraulic motors 22 into which the pump 18 delivers, while on the suction side of the pump 18 the pressure is determined by the supply pressure limiting valve 24. In this state, the hydraulic motor 22, which generates a constant torque against the direction of movement, also feeds into this suction line. It now acts as a pump, which receives its drive power from the ring gear 34 of the driven wheel 36. Apart from the unavoidable volumetric and hydraulic-mechanical losses of such a drive, the hydraulic pump 18 now only has to apply the power which is required by the load torques occurring during the drive movement.
Die Auslegung der Antriebe ist nun so vorzunehmen, dass Lastmomentspitzen in oder entgegengesetzt zur Drehrichtung nicht oder nur ganz kurzzeitig zum Ansprechen der Sekundärdruckbegrenzungsventile 26 führen. Damit ist sichergestellt, dass unkontrollierte Bewegungen nicht auftreten kön- nen. Durch stetige Einspeisung über die Einspeisepumpe 46 ist sichergestellt, dass das Spiel aus den Antriebssträngen vollständig herausgenommen ist.The drives must now be designed so that load torque peaks in or opposite to the direction of rotation do not, or only briefly, trigger the secondary pressure relief valves 26. This ensures that uncontrolled movements cannot occur. NEN. A constant feed via the feed pump 46 ensures that the play is completely removed from the drive trains.
Beim Ausführungsbeispiel nach der Fig. 4 ist ein vergleichbarer Aufbau realisiert wie bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 3 mit der Maßgabe, dass zwischen die Hydromotoren 22 und den Antriebsrädern 38 ein Zwischengetriebe 42 geschaltet ist, dass nach beiden Richtungen hin Kupplungen 28 aufweist. Ferner ist eine Bremseinrichtung 30 vorgesehen, die auf den dahingehenden Antriebsstrang einwirkt, um im Stillstand der Vorrichtung den jeweiligen Antriebsstrang stillzusetzen. Ansonsten ist die dahingehende Funktionsweise des Ausführungsbeispieles nach der Fig. 4 entsprechend wie vorstehend für das Ausführungsbeispiel nach der Fig. 3 beschrieben.In the exemplary embodiment according to FIG. 4, a construction comparable to that of the exemplary embodiment according to FIG. 3 is realized with the proviso that an intermediate gear 42 is connected between the hydraulic motors 22 and the drive wheels 38, which has clutches 28 in both directions. Furthermore, a braking device 30 is provided which acts on the drive train in question in order to stop the respective drive train when the device is at a standstill. Otherwise, the operation of the exemplary embodiment according to FIG. 4 is corresponding to that described above for the exemplary embodiment according to FIG. 3.
Das Ausführungsbeispiel gemäß der Darstellung nach der Fig. 5 ist insbesondere bezogen auf die Antriebsstränge vergleichbar ausgelegt, wie das Ausführungsbeispiel nach der Fig. 4. Das neue Ausführungsbeispiel ist insoweit gegenüber den vorangegangenen Ausführungsbeispielen ergänzt, als zwischen die beiden Hydromotoren 22 in den hydraulischen Kreis ein 3/2- Schaltventil 50 eingebracht ist. An den Anschlußstellen 52a und 52b ist über Rückschlagventile 48 das Druckbegrenzungsventil 54 angeschlossen, dessen Ablaufanschluß ebenso über Rückschlagventile 48 zu den Anschlüssen 52c und 52d führt. Des weiteren ist der Ablaufanschluß mit Nieder- druckkreislauf der Speisepumpe 46 verbunden, dessen Druck durch das Druckbegrenzungsventil 24 vorgegeben ist. Darüber hinaus ist das Schaltventil 50 an seiner gegenüberliegenden Seite, mittels einer weiteren Anschlußleitung 56 an ein weiteres Druckbegrenzungsventil 58 anschließbar, dessen Einstelldruck niedriger ist, als der Einstelldruck des Druckbegren- zungsventiles 24. Wird das Schaltventil 50 nicht betätigt, und bleibt in seiner gesperrten Stellung gemäß der Darstellung nach der Fig. 5, ist es möglich mit den dahingehenden Druckbegrenzungsventilen 54, 26 die Hydromotoren gegen Überlast zu sichern, beispielsweise auf den aufgezeigten Maximaldruck von 400 bar. Die in der Fig. 5 angegebenen Druckwerte in bar sind nur beispielhaft zu sehen, und können in Abänderung entsprechend auch andere Werte annehmen.The embodiment according to the illustration according to FIG. 5, in particular with regard to the drive trains, is designed to be comparable to the embodiment according to FIG. 4. The new embodiment is supplemented in comparison to the previous embodiments insofar as between the two hydraulic motors 22 into the hydraulic circuit 3 / 2- switching valve 50 is introduced. At the connection points 52a and 52b, the pressure relief valve 54 is connected via check valves 48, the drain connection of which also leads via check valves 48 to the connections 52c and 52d. Furthermore, the drain connection is connected to the low-pressure circuit of the feed pump 46, the pressure of which is predetermined by the pressure-limiting valve 24. In addition, the switching valve 50 on its opposite side can be connected by means of a further connection line 56 to a further pressure limiting valve 58, the setting pressure of which is lower than the setting pressure of the pressure limiting valve. tion valve 24. If the switching valve 50 is not actuated, and remains in its locked position as shown in FIG. 5, it is possible to secure the hydraulic motors against overload with the relevant pressure relief valves 54, 26, for example to the indicated maximum pressure of 400 bar , The pressure values in bar shown in FIG. 5 are only to be seen as examples and, in a modification, can also assume other values.
Wird das Ventil 50 betätigt, sind die beiden Hydromotoren 22 fluidführend miteinander verbunden, und im übrigen über das Druckbegrenzungsventil 58 an den Tank T angeschlossen. Auf diese Art und Weise läßt sich das System mit Fluid spülen, um dergestalt Verschmutzungen auf die Tankseite T hin austragen zu können. Die Speisepumpe 46 kann darüber hinaus intern in einen Hydrospeicher 60 Druckmedium einbringen, so dass insoweit eine Speichermöglichkeit geschaffen ist, um die Hydromotoren 22 entsprechend mit unter Druck stehendem Fluid größerer Menge versorgen zu können. Des weiteren verfügt die dahingehende Lösung, über eine als Ganzes mit 62 bezeichnete externe Druckversorgung zur Erzeugung der Vorspannung, die über ein Druckbegrenzungs-ventil 64 abgesichert ist, und im übrigen eine Druckversorgung über den weiteren internen Hydrospeicher 66 sicherstellen kann. Auf diese Art und Weise läßt sich eine Notversorgung für die Vorspannfunktion erreichen, wenn der Hauptantriebsstrang 16, 18, 46 ausfallen sollte. Auch mit den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 4 und 5 läßt sich ein spielfreier- und verlustarmer Dreh- oder Schwenkantrieb reali- sieren.If the valve 50 is actuated, the two hydraulic motors 22 are connected to one another in a fluid-carrying manner and, moreover, are connected to the tank T via the pressure-limiting valve 58. In this way, the system can be flushed with fluid in order to be able to discharge dirt onto the tank side T in this way. The feed pump 46 can also introduce pressure medium internally into a hydraulic accumulator 60, so that a storage possibility is created in this respect in order to be able to supply the hydraulic motors 22 accordingly with a larger amount of pressurized fluid. Furthermore, the relevant solution has an external pressure supply, designated as a whole by 62, for generating the pretension, which is secured by a pressure limiting valve 64, and can also ensure a pressure supply via the further internal hydraulic accumulator 66. In this way, an emergency supply for the preload function can be achieved if the main drive train 16, 18, 46 should fail. 4 and 5 can also be used to realize a low-play, low-loss rotary or swivel drive.
Bei den bisher aufgezeigten Lösungen ist eine sogenannte dezentrale Einspeisung realisiert, die von ihrem Grundprinzip her in der Fig. 6 wiedergegeben ist. Das nutzbare Drehmoment der Hydromotoren 22, ist proportio- nal der anliegenden Druckdifferenz p4 - p,. Ferner ist bei der dezentralen Einspeisung der niedrigere der beiden Drücke gleich dem Einspeisedruck. Wenn also wegen hoher Lastmomente eine hohe Vorspannung benötigt wird, um stets spielfrei zu sein, dann ist das nutzbare Moment entsprechend um den Betrag des Einspeisedruckes reduziert. Dabei ergeben sich die folgenden physikalischen Zusammenhänge:In the solutions shown so far, a so-called decentralized feed is implemented, which is shown in FIG. 6 in terms of its basic principle. The usable torque of the hydraulic motors 22 is proportional. nal of the applied pressure difference p 4 - p ,. Furthermore, the lower of the two pressures is the same as the feed pressure for the decentralized feed. So if a high preload is required due to high load moments in order to always be free of play, then the usable torque is reduced accordingly by the amount of the feed pressure. The following physical relationships result:
Resultierendes Nutz-DrehmomentResulting useful torque
MN = ((p4-p3) + (p2-p,))*V/2/πM N = ((p 4 -p 3 ) + (p 2 -p,)) * V / 2 / π
Mit p2 = p3 « 0 und p„ p4 < pmax With p 2 = p 3 «0 and p„ p 4 <p max
MN = (p4-p1)*V/2/πM N = (p 4 -p 1 ) * V / 2 / π
Vorspannmomentpreload torque
Msp = psp*V/2/πM sp = p sp * V / 2 / π
Maximales Nutz-DrehmomentMaximum useful torque
MNmax = (pmax - psp) * V / 2 / πM Nmax = (p max - p sp ) * V / 2 / π
Bei vergleichbaren Systemvoraussetzungen weist eine zentrale Einspeisung gemäß der Darstellung nach der Fig.7 die vorstehend beschriebene Ein- schränkung nicht auf, nämlich dass für einen spielfreien Betrieb das nutzbare Moment entsprechend um den Betrag des Einspeisedruckes reduziert ist. Bei der zentralen Einspeisung wird im Gegensatz zu der dezentralen Einspeisung der Einspeisedruck zentral zwischen die beiden Hydromotoren 22 gemäß der Darstellung nach der Fig.7 zugeführt. Bei der dahingehenden Ausführung kann der Mitteldruck sehr hoch gewählt werden ohne das Nutzdrehmoment einzuschränken, so dass das zentrale Einspeisesystem sinnfälliger Weise auch als Hochdruckspeisesystem bezeichnet werden kann. Die Einspeisung des hohen Druckes zentral zwischen die beiden Hy- dromotoren 22 bewirkt ein gleich großes Drehmoment, das entgegengesetzt gerichtet ebenso den Antriebsstrang vorspannt, so dass er spielfrei ist. Insbesondere Anwendungen, deren Lastmomentspitzen durch äußere Belastungen das erforderliche Nutzmoment zur Erzeugung der Einstellbewegung bei weitem übersteigen, lassen sich so durch einen stets spielfreien Antriebsstrang sicher beherrschen.With comparable system requirements, a central feed as shown in FIG. 7 does not have the restriction described above, namely that the torque that can be used for play-free operation is reduced accordingly by the amount of the feed pressure. In the case of the central feed, in contrast to the decentralized feed, the feed pressure is fed centrally between the two hydraulic motors 22 as shown in FIG. With the passing one Version, the medium pressure can be selected to be very high without restricting the useful torque, so that the central feed system can also be referred to as a high-pressure feed system. The feeding of the high pressure centrally between the two hydromotors 22 produces an equally large torque, which also biases the drive train in the opposite direction, so that it is free of play. In particular, applications whose load torque peaks by far exceed the useful torque required to generate the adjusting movement due to external loads can be safely controlled by a drive train that is always free of play.
Die Systemverhältnisse für eine zentrale Einspeisung stellen sich wie folgt dar:The system relationships for a central feed are as follows:
Resultierendes Nutz-DrehmomentResulting useful torque
MN = ((p4-p3) + (p2-p,))*V/2/π Mit p2 = p3 * psp und p„ p2, p3, p4 < pmax und p„ p4 < psp MN = (p4-p,)*V/2/πM N = ((p 4 -p 3 ) + (p 2 -p,)) * V / 2 / π With p 2 = p 3 * p sp and p „p 2 , p 3 , p 4 <p max and p "p 4 <p sp M N = (p 4 -p,) * V / 2 / π
Vorspannmomentpreload torque
Msp = psp*V/2/π Maximales Nutz-Drehmoment Nmax = pmax* V/2/π Damit in den Hauptleitungen zwischen der Hydropumpe 18 und den beiden Hydromotoren 22 kein schädlicher Unterdruck entsteht, können die Hauptleitungen über Nachsaugeventile (nicht dargestellt) mit dem Tank T verbunden sein. Statt der Nachsaugeventile kann auch eine Niederdruckspeisepumpe 68 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 8 eingesetzt sein, die einen spielfreien, verlustarmen, hydraulischen Drehantrieb mit zentraler Hochdruckeinspeisung und dezentraler Niederdruckeinspeisung betrifft und insoweit eine Weiterausgestaltung der Lösung nach der Fig. 4 darstellt, mit nur dezentraler Druckeinspeisung.M sp = p sp * V / 2 / π maximum useful torque Nmax = p max * V / 2 / π So that no harmful negative pressure is created in the main lines between the hydraulic pump 18 and the two hydraulic motors 22, the main lines can be connected to the tank T via suction valves (not shown). Instead of the suction valves, a low-pressure feed pump 68 according to the exemplary embodiment according to FIG. 8 can also be used, which relates to a low-loss, low-loss, hydraulic rotary drive with central high-pressure feed and decentralized low-pressure feed and in this respect represents a further development of the solution according to FIG. 4, with only a decentralized one pressure supply.
Der Antrieb gemäß der Darstellung nach der Fig. 8 besitzt ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 4 zusätzliche Getriebe 42 im Antriebsstrang, die über Kupplungen 28 mit dem jeweiligen Hydromotor 22 und dem zuordenbaren Ritzel (Antriebsrad 38) verbunden sind. Außerdem ist wiederum jeder Antriebsstrang mit einer Bremse 30 ausgestattet, die als Haltebremse ausgeführt ist. Mit der dahingehenden Ausführung kann die Haltebremsfunktion auch bei abgeschaltetem Antrieb erfüllt werden. Nach dem Abbremsen durch den Antrieb (Betriebsbremsfunktion) läßt man die Haltebremse 30 bei vorgespannten Antriebssträngen einfallen. Dadurch wird die Gondel (Abtriebsrad 36) spielfrei und vorgespannt in Position gehalten.Similar to the embodiment according to FIG. 4, the drive according to the illustration according to FIG. 8 has additional gears 42 in the drive train, which are connected via couplings 28 to the respective hydraulic motor 22 and the assignable pinion (drive wheel 38). In addition, each drive train is again equipped with a brake 30, which is designed as a holding brake. With this design, the holding brake function can also be performed when the drive is switched off. After braking by the drive (service brake function), the holding brake 30 is applied to the pretensioned drive trains. As a result, the nacelle (driven wheel 36) is held in position without play and pretensioned.
In die Hochdruckeinspeiseleitung 70, die mit ihrem einen Ende in eine Verbindungsleitung zwischen die beiden Hydromotoren 22 mündet, fördert eine druckgeregelte Hochdruckspeisepumpe 72 Fluid vom Tank kommend unter hohem Druck ein, wobei über ein Rückschlagventil 48 der Rückfluß von den beiden Hydromotoren 22 zur Speisepumpe 72 gesperrt ist. Diese in der Fig. 8 dargestellte Hochdruck- Speisedruckregeleinrichtung 74 kann anstelle eines Speisedruckbegrenzungsventiles eingesetzt sein, was den Vorteil mit sich bringt, dass nur soviel Speiseölstrom eingesetzt wird wie notwendig ist.In the high-pressure feed line 70, which opens at one end into a connecting line between the two hydraulic motors 22, a pressure-controlled high-pressure feed pump 72 conveys fluid coming from the tank under high pressure, the backflow from the two hydraulic motors 22 to the feed pump 72 being blocked via a check valve 48 is. This high-pressure feed pressure control device 74 shown in FIG. 8 can be used instead of a feed pressure limiting valve, which the The advantage is that only as much edible oil flow is used as is necessary.
Da die Höhe der Wechselmomente, die auf einen Drehantrieb für die Azi- mutbewegung einer Windenergieanlage einwirken, sehr starken Schwankungen unterliegen kann, was mehrfach ermittelt wurde und was auch zeitlich begrenzt vorhersagbar ist entsprechend der zu erwartenden Wetterlage, ist es sinnvoll, die Höhe der Vorspannung im Antriebsstrang den zu erwartenden Wechsel momenten anzupassen. Das hat den Vorteil, dass in Zeiten sehr niedriger Wechsel momente auch nur mit niedriger Vorspannung gearbeitet wird, und bei beispielsweise zu erwartenden Orkanböen mit sehr hoher Vorspannung. Dadurch werden sowohl die Zahnflanken als auch andere proportional zur Vorspannung belastete Teile nur so stark wie nötig belastet als auch das Auftreten von Spiel selbst bei stärksten Belastungen verhindert. Since the magnitude of the alternating torques that act on a rotary drive for the azimuth movement of a wind turbine can be subject to very strong fluctuations, which has been determined several times and which can also be predicted for a limited time in accordance with the expected weather situation, it makes sense to determine the amount of preload adapt the expected alternating torques in the drive train. This has the advantage that, in times of very low alternating torques, work is only carried out with a low preload and, for example, with very high preload in the event of hurricane gusts to be expected. As a result, both the tooth flanks and other parts loaded in proportion to the preload are only loaded as much as necessary and the occurrence of play is prevented even under the heaviest loads.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Vorrichtung zum Antrieb bewegbarer mechanischer Komponenten (10;12a, b, c), von denen mindestens zwei (10; 12a, b, c) in Wirkver- bindung derart miteinander stehen, dass mittels der einen Komponente (12a, b, c) die andere Komponente (10) antreibbar ist, wobei zwischen den genannten beiden Komponenten (10; 12a, b, c) ein Spiel besteht, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer hydraulischen Einrichtung (14) zumindest diese beiden Komponenten (10; 12a, b, c) derart gegen- einander bewegt oder verspannt sind, dass das vorhandene Spiel zwischen diesen Komponenten (10; 12a, b, c) beseitigbar ist.1. Device for driving movable mechanical components (10; 12a, b, c), of which at least two (10; 12a, b, c) are operatively connected to one another in such a way that one component (12a, b, c ) the other component (10) can be driven, there being play between the two components (10; 12a, b, c) mentioned, characterized in that by means of a hydraulic device (14) at least these two components (10; 12a, b , c) are moved or braced against each other in such a way that the existing play between these components (10; 12a, b, c) can be eliminated.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eine mechanische Komponente (10) ein zumindest teilweise mit einem An- triebszahnkranz (34) versehenes Abtriebsrad (36) ist und dass die jeweilige andere Komponente (12a, b, c) ein Antriebsrad (38) ist, das zumindest teilweise mit einem Abtriebszahnkranz (40) versehen ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the one mechanical component (10) is an output gear (36) at least partially provided with a drive sprocket (34) and that the respective other component (12a, b, c) is a drive gear (38), which is at least partially provided with an output ring gear (40).
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an gegen- überliegenden Seiten des Abtriebrades (36) jeweils ein Antriebsrad (38) angeordnet ist, die in gegenläufiger Drehrichtung zueinander mit ihren Teilen an Abtriebszahnkränzen (40) in Eingriff sind mit Teilen des Antriebszahnkranzes (34) des Abtriebsrades (36).3. Apparatus according to claim 2, characterized in that on opposite sides of the driven wheel (36) a drive wheel (38) is arranged, which are in opposite directions to each other with their parts on the output sprockets (40) in engagement with parts of the drive sprocket (34) of the driven wheel (36).
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Einrichtung (14) eine erste Pumpe (46) aufweist, die mit einem vorgebbaren Speisedruck Teile eines hydraulischen Kreises vorspannt, an dem mindestens ein Hydromotor (22a, b, c) ange- schlössen ist, der in Wirkverbindung mit der ihm zuordenbaren mechanischen Komponente (12a, b, c) steht.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the hydraulic device (14) has a first pump (46) which biases parts of a hydraulic circuit with a predeterminable feed pressure, on which at least one hydraulic motor (22a, b, c) appropriate is closed, which is in operative connection with the mechanical component (12a, b, c) that can be assigned to it.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass neben der ersten Pumpe (46) eine weitere zweite Pumpe (18) in den hydraulischen Kreis geschaltet ist, die mit einem einstellbaren Förderstrom dem Antrieb der mechanischen Komponenten (10; 12a, b, c) dient.5. The device according to claim 4, characterized in that in addition to the first pump (46), a further second pump (18) is connected in the hydraulic circuit, the drive of the mechanical components (10; 12a, b, c ) serves.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydromotor (22) direkt das Abtriebsrad (36) antreibt oder über ein Zwischengetriebe (42).6. The device according to claim 4 or 5, characterized in that the hydraulic motor (22) drives the driven wheel (36) directly or via an intermediate gear (42).
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass beide Pumpen (18, 46) von einem gemeinsamen Antriebsmotor (16) an- treibbar sind.7. The device according to claim 5 or 6, characterized in that both pumps (18, 46) can be driven by a common drive motor (16).
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Hydromotoren (22) in den hydraulischen Kreis ein Schaltventil (50) eingebracht ist und dass mittels Anschlußstellen (52a, b) ein Druckbegrenzungsventil (54) anschließbar ist.8. The device according to claim 6 or 7, characterized in that between the two hydraulic motors (22) in the hydraulic circuit, a switching valve (50) is introduced and that by means of connection points (52a, b) a pressure relief valve (54) can be connected.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (50) mittels einer weiteren Anschlußleitung (56) an ein weiteres Druckbegrenzungsventil (58) anschließbar ist, dessen Einstelldruck niedriger ist als der Einstelldruck des ersten Druckbegrenzungsventils (24). 9. The device according to claim 8, characterized in that the switching valve (50) by means of a further connection line (56) to a further pressure relief valve (58) can be connected, the set pressure is lower than the set pressure of the first pressure relief valve (24).
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Einrichtung mittels einer externen Druckversorgung (62) und/oder mit mindestens einem internen angeschlossenen Hydrospeicher (60) des hydraulischen Kreises mit Druckmedium eines vorgebbaren Druckes versorgbar ist.10. The device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the hydraulic device by means of an external pressure supply (62) and / or with at least one internally connected hydraulic accumulator (60) of the hydraulic circuit can be supplied with pressure medium of a predetermined pressure.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorspanndruck zentral oder dezentral aufbringbar ist. 11. The device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the bias pressure can be applied centrally or decentrally.
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