EP2880309A1 - Nichtschaltbare kupplung mit drehmomentüberwachung - Google Patents

Nichtschaltbare kupplung mit drehmomentüberwachung

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Publication number
EP2880309A1
EP2880309A1 EP13762733.7A EP13762733A EP2880309A1 EP 2880309 A1 EP2880309 A1 EP 2880309A1 EP 13762733 A EP13762733 A EP 13762733A EP 2880309 A1 EP2880309 A1 EP 2880309A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
intermediate tube
torque sensor
hub
torque
connection
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Withdrawn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
EP13762733.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jochen Exner
Martin Bach
Jochen Forstmann
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.)
Centa Antriebe Kirschey GmbH
Original Assignee
Centa Antriebe Kirschey 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 Centa Antriebe Kirschey GmbH filed Critical Centa Antriebe Kirschey GmbH
Publication of EP2880309A1 publication Critical patent/EP2880309A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/06—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving mechanical means for indicating
    • 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
    • F03D15/00—Transmission of mechanical power
    • 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
    • F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/108—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving resistance strain gauges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/14—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/1407—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs
    • G01L3/1428—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs using electrical transducers
    • G01L3/1457—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs using electrical transducers involving resistance strain gauges
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T403/00—Joints and connections
    • Y10T403/20—Joints and connections with indicator or inspection means

Definitions

  • the invention relates to a device for transmitting torques from a first machine part to a second machine part according to the preamble of claim 1.
  • Such devices are basically known and are also referred to as non-switchable coupling.
  • Corresponding devices are used for example in wind turbines, but also e.g. in the marine or maritime area or in hydropower plants.
  • the machine parts may be e.g. to act as a generator connected to a transmission, e.g. a rotor of a wind turbine, is coupled.
  • Such couplings or devices in this case usually allow the connection of the machine parts as well as the transmission of torque (especially in a transmission ratio of 1: 1), as well as an offset compensation, for example, to ensure the relative movements of the machine parts without large restoring forces in wind turbines.
  • Such devices in addition to the intermediate pipe arranged at a first and a second connecting hub (or at a first or second flange), usually also comprise elastic, kinematically active elements, which are respectively arranged on the hubs in order to allow an offset-compensating connection with the machine part.
  • these kinetic elements are handlebar-like devices, which will be described in more detail later become.
  • membranes and fins can be provided.
  • a fundamental monitorability of the device is desirable, for example, to analyze possible sources of error in test runs or the operating state of Monitor device continuously.
  • the object of the present invention is therefore to improve the basic controllability of a generic device or the entire system in which the device is used.
  • the present invention solves the problem according to a first
  • the device comprises at least one torque sensor, which is arranged on the first connecting hub or on the second connecting hub.
  • the principle of the invention is essentially to measure the torque transmitted in the device by not attaching a torque sensor, as might be expected, to the intermediate tube, but rather to one of the two connecting hubs connected to the intermediate tube.
  • the hubs are typically formed of metal. Since the metal has isotropic properties, as the intermediate tube consisting of a glass fiber plastic, here can more advantageous measurement done. This is initially not to be expected in principle, since such sensors are usually arranged rather on homogeneous, axially elongated, or (hollow) wave-like areas (eg pipes) of such a device, as the experts assume that it is possible to perform a better measurement here ,
  • torque sensors which can be embodied, for example, as measuring strips, in particular strain gauges
  • the hubs which are axially rather short in relation to the intermediate tube.
  • connection hubs have an approximately hollow cylindrical basic shape for this purpose. The arrangement of the sensor is thus contrary to the expectations of the art in the "transition region" between the intermediate tube and connecting hub or machine part.
  • the torque sensor is preferably designed as a so-called strain gauge (DMS), as it is commonly available from specialist dealers.
  • DMS strain gauge
  • Such a measuring strip can be optimally arranged due to its flexible or limp configuration to the usually circular path or hollow-cylindrical shell of the attachment portion of the hub.
  • connection hub the monitored component
  • the torque sensor may be connected to a, in particular also arranged on the hub, electronics, which may for example also be strip-shaped.
  • the sensors and the electronics can also be integrated in the same strip.
  • Such torque sensors are in this way easy to arrange on one of the hub connection, which can be dispensed in particular to additional, separate measuring waves, which allows a total of a simple structure and thus again easier maintenance and easier monitoring of the entire device.
  • separate measuring waves can adversely affect the insulation properties of the device, with the invention, an insulating glass fiber plastic tube can be used as an intermediate tube easily.
  • Devices of the invention are usually used in wind turbines, namely as a coupling between the generator and the gearbox of the rotor or the rotor itself.
  • a coupling between the generator and the gearbox of the rotor or the rotor itself Alternatively, however, an application in other technical areas, such as hydroelectric plants or maritime facilities possible, as a machine part and components such For example, the rotor itself or a ship's hub can be understood.
  • the intermediate tube of the device is usually adhesively bonded to one of the attachment hubs with one end in each case.
  • This can be the Intermediate tube overlap the connecting hubs.
  • the connecting hubs overlap the intermediate tube.
  • the intermediate tube made of fiber composite material, in particular fiberglass plastic, formed, in principle, other materials for the production of the intermediate tube can be used.
  • the torque sensor is surprisingly not arranged on the intermediate tube, but on one of the connection hubs.
  • one or more sensors may of course also be provided on both connection hubs.
  • the torque sensor is arranged on that connecting hub, which represents the output hub, ie the hub to which the torque is transmitted later in the chain of action from one machine part to the other machine part (at least in a conventional torque transmission from the gearbox or rotor on the generator).
  • the other hub may typically be referred to as an input hub.
  • the torque sensor is then arranged due to space constraints, typically at that connection hub, which is assigned to the generator, ie at the output hub. Another reason for this may be the greater heat development in the region of a rotor of the rotor gear.
  • the other hub or the input hub can be used to attach the torque sensor.
  • Concrete considerations regarding the available space must be considered.
  • connection hub on which the torque sensor is arranged, has a connecting section for connection to the corresponding machine part and a fastening section for fastening the intermediate tube.
  • this connection hub can consist exclusively of these two sections, so that the connection hub then consists of connection section and attachment section.
  • the torque sensor is advantageously arranged on the attachment portion. The torque sensor is thus, based on the connection hub, fixed in the region which is assigned to the intermediate tube and its attachment or holder is used. Usually, the intermediate tube is glued to the attachment portion of the connection hub and the torque sensor is mounted in this area, in particular glued there.
  • the attachment portion can represent all the areas of the connection hub, which do not serve the connection to the corresponding machine part.
  • the torque sensor is arranged in a region of the fastening section which overlaps with the intermediate tube. This allows a particularly optimal space utilization. Alternatively, however, it is also possible for the torque sensor to be arranged in a region of the fastening section which does not overlap with the intermediate pipe, in particular if there is a particularly long fastening section. According to an advantageous arrangement of the torque sensor is further arranged on that side of the mounting portion to which the intermediate tube is not attached or glued. In this sense, the intermediate tube, for example, overlap the attachment portion of the corresponding connection hub. The torque sensor in this case would be arranged on the inside of the attachment portion, opposite the intermediate tube, on the attachment portion. Alternatively, the attachment portion may also overlap the intermediate tube, in which case the torque sensor is placed on the outside of the attachment portion (which typically has a hollow cylindrical shape).
  • the torque sensor is arranged at a distance from the edge of the fastening section, and thus in particular not directly at the transition region between the fastening section and the intermediate pipe. This leaves a certain axial distance between the intermediate tube facing the end of the connection hub and the placement of the torque sensor. This leads to a higher measuring accuracy of the torque, because a more homogeneous measuring surface results for the torque sensor and in particular the torque has already occurred to a larger percentage in the connection hub (at an outlet hub) or not yet leaked to a larger percentage (at an input hub) is.
  • the strain gradient is unfavorably high in this edge region due to the material transition
  • the torque sensor is arranged in a region of the fastening section of the outlet hub, in which at least 50% of the torque has already been transmitted to the outlet hub. Further advantageously, the arrangement takes place in an area in which at least 75% were transmitted.
  • the torque sensor is also arranged at a distance from the connection section of the hub, since in the transition region between the connection section and the fastening section, typically voltage peaks, in particular notch stresses due to cross-sectional changes, occur.
  • connection hub on which the torque sensor is arranged, has a further torque sensor.
  • This can in particular be arranged or fastened substantially axially symmetrically or axially symmetrically to the longitudinal axis of the device or of the intermediate raw res at the connection hub.
  • a torque sensor may in practice also consist of several sensors.
  • a unit of a plurality of spatially or functionally related torque sensors for example wires or measuring strips, may represent a torque sensor.
  • the invention achieves the stated object with the features of claim 8, in particular with those of the identification part, and is thus characterized in that the device has at least one torque sensor which is arranged with a transmission tube arranged in the intermediate tube and / or. or receiving unit is connected.
  • the principle of this aspect of the invention thus lies in actually arranging a transmitting unit or a receiving unit within the torque-conducting intermediate tube, that is to say within a torque-carrying shaft.
  • this unit has both transmit and receive capabilities.
  • the receiving unit can in this case in particular for a supply of the device (and in particular for a supply of the torque sensor) provide energy, namely on the basis of a so-called contactless energy transfer. Also connected to the torque sensor electronics can be powered in this way with energy.
  • the unit can also have transmission characteristics, so that signals or data which the torque sensor has determined contactlessly out of the torque-carrying intermediate tube (and thus from the rotating elements) to the outside to a stationary transmitting and / or receiving station (so-called "pick-up ").
  • This receiving station can then be connected to a computer unit, for example, which evaluates the received signals or data.
  • This may be, for example, the change in the electrical resistances of the measuring sensor strips, which are then converted into the corresponding torque.
  • a value for the torque but also before transmission namely by the electronics (which may in particular also make a digital coding), are determined, and these data are sent to the antenna or with the transmitting and / or receiving unit.
  • the contactless transmission offers visually aesthetic and protective advantages in terms of wear-free. In addition, sparking is avoided, so that there is a better explosion protection.
  • the transmitting and / or receiving unit is advantageously arranged outside the overlapping region of intermediate tube and fastening section of the hub in order to achieve a better transmitting and / or receiving performance.
  • the transmitting and / or receiving unit is fixed inside the intermediate raw res, for example, on the inner shell side of the intermediate tube.
  • the unit may for example rest on the inside of the intermediate raw area and be glued there.
  • the transmitting and / or receiving unit is designed as an inductive element, for example, as an inductive ring, which can be arranged on the intermediate tube and there glued, for example circumferentially.
  • the element can also be a coil with several inductive Be turns so that several turns inside
  • the electronics can also be integrated into the transmitting and / or receiving unit, whereby this is then also zwallgs petition arranged in the intermediate tube.
  • the electronics may also be arranged in the hub, in particular spaced from the antenna.
  • Energy - but also signal or data transfers done can be used.
  • the transmitting and / or receiving unit is designed as a simple Bluetooth transmitter and that there is no receiving unit for an energy transmission at all.
  • the torque sensors and also possibly arranged in the hub electronics can be operated with batteries.
  • Fig. 2 is a schematic oblique view of an inventive
  • FIG. 3 shows, in a similar oblique view as FIG. 2, a section through a device according to the invention, given a different dimensioning and omitting the handlebars still shown in FIG. 2,
  • FIG. 4 shows a device according to FIG. 3 in a sectional view, approximately in accordance with arrow IV in FIG. 3 together with associated transmitting and receiving station and connected computer unit
  • FIG. 5 shows a schematic diagram of a representation across the width of the fastening section shown in FIG wherein the illustrated curve indicates the percentage by which the torque in the intermediate tube is transferred to the metal hub and
  • Fig. 6 is a schematic, fragmentary shown cutout of a second embodiment of the invention, relative to the device shown in Fig. 4 arranged approximately in the region denoted there VI, wherein the sensor is associated with the other hub connection and the illustrated
  • Connecting hub overlaps the intermediate tube.
  • the device according to the invention denoted by 10 in its entirety in the figures is shown in FIG. 1 with respect to its arrangement in an indicated wind turbine 1 1. It is clarified here that the device 10 according to the invention is arranged as a coupling between the generator 12 of the wind turbine 1 1 and a transmission 13. Wind drives a rotor 14, so that the transmission 13 with the aid of
  • Clutch 10 can transmit torque to the generator 12.
  • the torque is in one Transfer ratio of about 1: 1, which is made possible by the coupling 10 according to the invention.
  • the clutch 10 allows an offset compensation, for example, to compensate for a shift of the machine parts, as in the wind turbine 1 1iesiesiesweise both the generator 12 and the gear 13 are resiliently mounted, which are elastic bearings 15a-d illustrate only schematically.
  • Transmission is as homokinetic as possible, that is, uniform input rotational motions are uniform
  • the device according to the invention provides in the illustrated embodiment in Fig. 2 illustrated link members 16.
  • the link element designated 16 in FIG. 2 is in this case arranged pivotably with a screw bolt 17 in the direction of the axial longitudinal extent x of the device 10 with the aid of a screw bolt 17 on a brake disk 18.
  • the brake disk 18 is assigned to the gear 13, not shown in FIG. 2, which would thus be located with respect to the figures 2 and 3 thus with respect to the figure plane right.
  • the handlebar points with the help of another offset by 90 °
  • connection hub 19 is connected via the intermediate tube 20 to a second connecting hub, not shown in FIG. 2, namely an output hub 21 (see FIG. 3).
  • the gear 13 and the brake disc 18 associated hub 19 may also be referred to as an input hub.
  • FIG. 3 also shows a torque sensor 23, which is designed as a stick-on strain gauge.
  • the torque sensor 23 is merely indicated in FIG. 3.
  • his biegeschlaffer character Fig. 3 can not be removed. Rather, the sensor 23 in Fig. 3 is exaggerated and shown as a schematic box.
  • the torque sensor can be designed as a limp, in the manner of a sticker and adapted to the inner contour 24 of the output hub 21 (and thus glued into the output hub 21).
  • the sensor typically has a width e of 3 to 10 mm.
  • FIG. 3 shows an electronic component 25 which is connected via lines 26 to the torque sensor 23. This electronic component can also be used as a slippery adhesive element be designed so as to influence the rotation of the device 10 as little as possible.
  • the electronic component 25 can combine information from the torque sensor 23 and a further second torque sensor 23 '(not shown in FIG. 3) and optionally evaluate it, or further process it or pass it on.
  • This forwarding takes place via lines 26 ', which are connected to an induction ring 27.
  • the induction ring 27 consists in the illustrated embodiment in particular of a glued on the shell inside or surface 28 of the intermediate tube 20 ring which rotates almost 360 ° in the intermediate tube.
  • the intermediate tube typically has a diameter of 200 to 1000 mm, for example 300 mm.
  • Fig. 4 For energy supply, in particular of the torque sensor 23, in Fig. 4 is arranged outside of intermediate tube 20 and connecting hubs 19, 21 transmitting and receiving station 29 (which also belongs to the device 10) indicated.
  • the arrangement of the transmitting and receiving station 29 is stationary (for example, in a housing of the wind turbine 1 1), ie in particular not within the rotating intermediate tube 20.
  • an alternating current is applied in the transmitting and receiving station 29 which generates a magnetic field which generates a current in the antenna 27 which can supply the torque sensor 23.
  • the torque sensor 23 can measure information about the torque and generate signals from which measured values for the monitored torque can be determined at least indirectly. These signals can pass from the torque sensor 23 via the line 26 to the electronics 25, from there via the line 26 'to the antenna 27, which then sends this contactlessly to the stationary within the wind turbine arranged transmitting and receiving station 29.
  • the receiving unit 29 can then forward these signals, for example, to a likewise schematically indicated in FIG. 4 arithmetic unit or computer unit 30, to which, for example, input devices such as keyboards or accessibility and display options, such as displays, or speakers are connected.
  • FIG. 4 arithmetic unit or computer unit 30
  • Embodiment is formed of a fiberglass plastic, both the antenna 27 and the transmitting and receiving station 29 communicate without much interference by the intermediate tube. In addition, there is protection against damage to the arranged in the intermediate tube elements.
  • the antenna 27 should in this case have a certain distance a to the closer attachment hub 21, since the attachment hub 19 and 21 are usually made of metal and the Communication of the antenna 27 would interfere with the station 29.
  • the distance a of the antenna 24 from the connection hub 21 may not be too large, since the torque sensor is arranged on the connection hub 21.
  • the coupling shown is assigned to the torsionally rigid couplings.
  • the torque sensor 23 can collect information about the torques arising here.
  • the torque sensor is designed for this purpose in the present embodiment as a strain gauge, which contains at least one wire.
  • the wire changes its electrical resistance as the body deforms, which inevitably occurs in the event of rotation, as it is stretched.
  • the signal of the change in the electrical resistance provides information about the torque. This information can be converted, for example, in the electronic module 25 or in the arithmetic unit 30 into actual values for the torque. Since a measurement at a single location within the
  • Output hub 21 could possibly provide slightly falsified results due to inhomogeneities of the material and lack of lateral force and bending moment compensation, Fig. 4, a second torque sensor 23 'can be removed, which with respect to the longitudinal axis A of the unit of connecting hubs 19, 21 and intermediate tube 20 about axisymmetric to this Axis A (also within the hub 21) is arranged. Also this second one Torque sensor 23 'is connected via lines 26 "to the electronics 25.
  • the torque sensors 23, 23 ' are arranged on one of the metallic connecting hubs 19, 21 and not, as might be expected, directly on the intermediate tube 20.
  • the sensors 23, 23' in this case attached to a fixing portion 31 of the output hub 21.
  • the output hub 21 is formed substantially in two parts and, in addition to the attachment section 31 (a width b predetermined in axial extent x), also has a connection section 32 (a width c).
  • the connection section has a plurality of screw threads or threaded bushes 33 for connecting the links 16 'illustrated in FIG. 2 to the output hub 21. The same applies to the bushes 33 'in the connection hub 19 and the handlebar 16, not shown in FIG. 4.
  • Fig. 4 can further be seen that the mounting portion 31 of the output hub 21 is slightly conical. However, since this is not absolutely necessary for the realization of the invention, an embodiment may be provided in which the attachment portion 31 is not conical.
  • the attachment section 31 is in particular fully overlapped by the intermediate tube 20 and is adhesively bonded there in a flat manner with the aid of an adhesive layer which can not be seen in the figures.
  • the bonding takes place in the embodiment shown in FIG. 4 on the outer side 34 of the mounting portion 31, while the torque sensors 23 and 23 'attached to the inner side 35 of the mounting portion 32, in particular also glued.
  • the sensors 23 and 23 ' are in this case arranged in a covering region of the fastening section, which is overlappingly overlapped by the tube 20. In the exemplary embodiment illustrated in FIG. 4, this overlapping area extends essentially over the entire width b of the fastening section 31.
  • the sensors 23 and 23 ' are arranged both at a distance from the connection section 32 and from the edge 36 of the connection hub 21. This distance is shown in Fig. 3 denoted by d.
  • FIG. 5 is intended to illustrate this with reference to a schematic diagram, wherein the percentage of the torque which has already been transmitted to the connecting hub 21 is plotted against the axial extent of the fastening section 31 of the hub 21.
  • b is assigned to the edge 36 according to FIG. 4.
  • the attachment portion 31 in this case has a width b.
  • FIG. 5 also shows a threshold value SW, from which 50% of the torque is already absorbed by the attachment section 31. It can thus be seen from this graph that the torque sensors 23 and 23 ', with respect to the width b of the fastening section, should as far as possible not be arranged in the region which, with respect to FIG. 5, lies between the markings "SW" and "b".
  • the sensor may not be located too close to the edge 36 of the connection hub 21, which is designated b in FIG.
  • FIG. 2 shows the very wide-built brake disc 18 recognize which little space for a stationary arrangement of a transmitting and receiving station eats.
  • the station 29 is arranged on the generator or gear ground in order to maintain the shortest possible distance to the antenna, or to have to bridge only the smallest possible air gaps.
  • the graph shown in Fig. 5 would be mirror symmetric.
  • a corresponding torque sensor would therefore have to be arranged in a region of the corresponding fastening section, in which the torque is not as far as possible transferred in large parts to the intermediate tube 20.
  • FIG. 6 This should also be broken off in FIG. 6 and illustrated in enlarged, second embodiment of the invention.
  • a region of an intermediate tube 20 'and a corresponding input hub 19' is shown.
  • This embodiment corresponds to its basic structure according to essentially the device shown in Fig. 4, however, with the Fig. 6 removable differences.
  • FIG. 4 the detail shown in FIG. 6 would, however, be arranged in the window region designated VI.
  • the intermediate tube does not overlap the attachment section 31 'of the attachment hub 19'. Rather, it is the other way around: So engages over the attachment portion 31 ', which is not conical in this embodiment, the intermediate tube 20', and the upper edge 37 '.
  • the torque sensor 23 is not even arranged in the overlapping area between attachment section 31 'and intermediate tube 20', but with respect to the axial extension outside of the overlap area ü.
  • the attachment section 31 ' can be formed significantly longer than in FIG
  • the sensor 23 is arranged on the outer side 34 'of the fastening section 31', not on its inner side 35 '.
  • This second embodiment is intended to disclose some basic alternatives which are readily combinable and merely intended to modify the embodiment of the device shown in FIGS. 1 to 5 without losing the essence of the invention.
  • the invention is intended to encompass any combination of features of the embodiments of FIGS. 1-5 and FIG.

Abstract

Vorrichtung (10) zur Übertragung von Drehmomenten von einem ersten Maschinenteil (13) auf ein zweites Maschinenteil (12), insbesondere in einer Windkraftanlage (11), umfassend eine erste Anbindungsnabe (19) zur Anbindung an das erste Maschinenteil (13), eine zweite Anbindungsnabe (21) zur Anbindung an das zweite Maschinenteil (12) und ein, insbesondere aus Glasfaserkunststoff bestehendes, Zwischenrohr (20), welches mit einem ersten Ende an der ersten Anbindungsnabe (19) und mit einem zweiten Ende an der zweiten Anbindungsnabe (21) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) mindestens einen Drehmomentsensor (23), insbesondere einen Dehnungsmesssensor, aufweist, welcher an der ersten Anbindungsnabe (19) oder an der zweiten Anbindungsnabe (21) angeordnet ist.

Description

Nichtschaltbare Kupplung mit Drehmomentüberwachung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung von Drehmomenten von einem ersten Maschinenteil auf ein zweites Maschinenteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Derartige Vorrichtungen sind grundsätzlich bekannt und werden auch als nicht schaltbare Kupplung bezeichnet.
Entsprechende Vorrichtungen werden beispielsweise bei Windkraftanlagen eingesetzt, aber auch z.B. im marinen bzw. maritimen Bereich oder in Wasserkraftanlagen. Bei den Maschinenteilen kann es sich dabei z.B. um einen Generator handeln, welcher mit einem Getriebe, z.B. eines Rotors einer Windkraftanlage, gekuppelt ist. Solche Kupplungen oder Vorrichtungen ermöglichen hierbei üblicherweise die Verbindung der Maschinenteile sowie auch die Übertragung des Drehmomentes (insbesondere in einem Übertragungsverhältnis von 1 :1), sowie auch einen Versatzausgleich, beispielsweise um bei Windkraftanlagen die Relativbewegungen der Maschinenteile ohne große Rückstellkräfte zu gewährleisten.
Derartige Vorrichtungen umfassen neben dem an einer ersten und einer zweiten Anbindungsnabe (oder an einem ersten oder zweiten Flansch) angeordneten Zwischenrohr üblicherweise noch elastische, kinematisch wirksame Elemente, welche jeweils an den Naben angeordnet sind, um eine versatzausgleichende Verbindung mit dem Maschinenteil zu ermöglichen. Bei typischen Vorrichtungen der Anmelderin handelt es sich bei diesen kinetischen Elementen um lenkerartige Einrichtungen, welche später noch genauer beschrieben werden. Alternativ können auch Membranen und Lamellen vorgesehen werden.
Um einen problemfreien Betrieb einer solchen Vorrichtung und auch der entsprechenden Maschinenteile (bzw. der gesamten Anlage, in welcher die Vorrichtung Einsatz findet) zu gewähren, ist eine grundsätzliche Überwachbarkeit der Vorrichtung wünschenswert, um beispielsweise in Testläufen mögliche Fehlerquellen zu analysieren oder auch den Betriebszustand der Vorrichtung laufend zu überwachen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die grundsätzliche Überwachbarkeit einer gattungsgemäßen Vorrichtung, bzw. der gesamten Anlage, in welcher die Vorrichtung Einsatz findet, zu verbessern. Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe gemäß einem ersten
Aspekt mit den Merkmalen des Anspruches 1 , insbesondere mit denen des Kennzeichenteils, und ist demgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens einen Drehmomentsensor aufweist, welcher an der ersten Anbindungsnabe oder an der zweiten Anbindungsnabe angeordnet ist.
Das Prinzip der Erfindung besteht somit im Wesentlichen darin, das in der Vorrichtung übertragene Drehmoment zu messen, und zwar indem ein Drehmomentsensor nicht, wie vielleicht erwartbar, an dem Zwischenrohr, sondern vielmehr an einer der beiden mit dem Zwischenrohr verbundenen Anbindungsnaben befestigt ist.
Während das Zwischenrohr beispielweise aus einem Faserverbundwerkstoff, insbesondere einem Glasfaserkunststoffmaterial, bestehen kann, sind die Naben typischerweise aus Metall ausgebildet. Da das Metall isotropere Eigenschaften aufweist, als das aus einem Glasfaserkunststoff bestehende Zwischenrohr, kann hier eine vorteilhaftere Messung erfolgen. Dies ist zunächst grundsätzlich so nicht zu erwarten, weil derartige Sensoren üblicherweise eher an homogenen, axial langgestreckten, bzw. (hohl-) wellenartigen Bereichen (z.B. Rohren) einer derartigen Vorrichtung angeordnet werden, da die Fachwelt annimmt, hier eine bessere Messung durchführen zu können.
Die Anmelderin hat in aufwendigen und zeitintensiven Messreihen ermittelt, dass es durchaus möglich ist, Drehmomentsensoren (welche beispielsweise als Messstreifen, insbesondere Dehnungsmessstreifen, ausgeführt sein können) an den, im Verhältnis zu dem Zwischenrohr, axial recht kurzen Naben anzuordnen.
Insbesondere kann eine derartige Anordnung an einem Befestigungsabschnitt einer der beiden Naben erfolgen. Dieser Befestigungsabschnitt dient der Anbringung des Zwischenrohres, wobei das Zwischenrohr üblicherweise mit diesem Befestigungsabschnitt der Anbindungsnabe verklebt ist. Die Anbindungsnaben weisen hierzu eine annähernd hohlzylindrische Grundform auf. Die Anordnung des Sensors erfolgt somit entgegen der Erwartung der Fachwelt im „Übergangsbereich" zwischen Zwischenrohr und Anbindungsnabe bzw. Maschinenteil.
Der Drehmomentsensor ist vorzugsweise als sogenannter Dehnungs-Messstreifen (kurz: DMS) ausgebildet, wie er herkömmlich im Fachhandel erhältlich ist. Ein solcher Messstreifen kann auf Grund seiner flexiblen bzw. biegeschlaffen Ausgestaltung optimal an den üblicherweise kreisbahnförmigen oder hohl-zylinderförmigen Mantel des Befestigungsabschnittes einer der Anbindungsnaben angeordnet werden.
Ohne auf das Messprinzip derartiger handelsüblicher Dehnungs- Messstreifen näher eingehen zu wollen, sei doch angemerkt, dass die Messung des Drehmomentes durch die (optisch kaum wahrnehmbare) Verformung des überwachten Bauteils (hier: Anbindungsnabe) ermöglicht wird. Mit der Verformung wird nämlich ein auf dem Messstreifen angeordneter Draht derart gedehnt, dass dieser seinen elektrischen Widerstand ändert, was erfasst bzw. gemessen werden kann. Hierzu kann der Drehmomentsensor mit einer, insbesondere ebenfalls an der Nabe angeordneten, Elektronik verbunden sein, welche beispielsweise auch streifenförmig ausgebildet sein kann. Insbesondere können die Sensoren und die Elektronik auch in demselben Streifen integriert sein.
Derartige Drehmomentsensoren sind auf diese Weise einfach an einer der Anbindungsnaben anzuordnen, wodurch insbesondere auf zusätzliche, separate Messwellen verzichtet werden kann, was insgesamt einen einfachen Aufbau ermöglicht und somit wiederum eine einfachere Wartung und auch eine einfachere Überwachung der ganzen Vorrichtung. Zudem besteht durch die Messeinrichtung lediglich ein Mehrgewicht von weniger als 200 gr, was im Vergleich zu einer separaten Messwelle sehr gering . ist. Ausserdem können separate Messwellen die Isolationseigenschaften der Vorrichtung negativ beeinflussen, wobei mit der Erfindung ein isolierendes Glasfaserkunststoffrohr als Zwischenrohr problemlos weiterverwendet werden kann.
Erfindungsgemäße Vorrichtungen werden üblicherweise in Windkraftanlagen eingesetzt, nämlich als Kupplung zwischen dem Generator und dem Getriebe des Rotors bzw. dem Rotor selbst. Alternativ ist ein Einsatz jedoch auch in anderen technischen Bereichen, wie Wasserkraftanlagen oder maritimen Anlagen möglich, wobei als Maschinenteil auch Bauteile, wie beispielsweise der Rotor selbst oder eine Schiffsnabe verstanden werden kann.
Das Zwischenrohr der Vorrichtung ist üblicherweise mit jeweils einem Ende an jeweils einer der Anbindungsnaben verklebt. Hierzu kann das Zwischenrohr die Anbindungsnaben übergreifen. Alternativ ist aber auch vorstellbar, dass die Anbindungsnaben das Zwischenrohr übergreifen. Vorteilhafterweise ist das Zwischenrohr aus Faserverbundwerkstoff, insbesondere Glasfaserkunststoff, ausgebildet, wobei grundsätzlich auch andere Materialien zur Herstellung des Zwischenrohres einsetzbar sind.
Der Drehmomentsensor ist dabei überraschenderweise nicht an dem Zwischenrohr angeordnet, sondern an einer der Anbindungsnaben. Alternativ können ein oder mehrere Sensoren natürlich auch an beiden Anbindungsnaben vorgesehen sein. Insbesondere ist es vorteilhaft, an der zu überwachenden Nabe mehrere, insbesondere zwei, Drehmomentsensoren vorzusehen, welche mit derselben Elektronik verbunden sind. Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist der Drehmomentsensor an derjenigen Anbindungsnabe angeordnet, welche die Ausgangsnabe darstellt, also diejenige Nabe, auf welche in der Wirkkette von dem einen Maschinenteil zu dem anderen Maschinenteil das Drehmoment später übertragen wird (jedenfalls bei einer herkömmlichen Drehmomentübertragung vom Getriebe bzw. Rotor auf den Generator).
In diesem Sinne kann die andere Anbindungsnabe typischerweise als Eingangsnabe bezeichnet werden. Bei einer Windkraftanlage ist der Drehmomentsensor dann bauraumbedingt typischerweise an derjenigen Anbindungsnabe angeordnet, welche dem Generator zugeordnet ist, also an der Ausgangsnabe. Ein weiterer Grund hierfür kann die größere Wärmeentwicklung im Bereich einer Bremsscheibe des Rotorgetriebes sein. Grundsätzlich kann zur Anbringung des Drehmomentsensors jedoch auch die andere Nabe bzw. die Eingangsnabe verwendet werden. Hier sind konkrete Überlegungen bezüglich des vorhandenen Bauraumes zu berücksichtigen.
Vorteilhafterweise weist die Anbindungsnabe, an welcher der Drehmomentsensor angeordnet ist, einen Anbindungsabschnitt zur Anbindung an das entsprechende Maschinenteil und einen Befestigungsabschnitt zur Befestigung des Zwischenrohres auf. Insbesondere kann diese Anbindungsnabe ausschließlich aus diesen beiden Abschnitten bestehen, so dass sich die Anbindungsnabe dann aus Anbindungsabschnitt und Befestigungsabschnitt zusammensetzt. Hierbei ist der Drehmomentsensor vorteilhafterweise an dem Befestigungsabschnitt angeordnet. Der Drehmomentsensor ist somit, bezogen auf die Anbindungsnabe, in dem Bereich befestigt, welcher dem Zwischenrohr zugeordnet ist und dessen Befestigung bzw. Halterung dient. Üblicherweise ist das Zwischenrohr an dem Befestigungsabschnitt der Anbindungsnabe verklebt und auch der Drehmomentsensor ist in diesem Bereich befestigt, insbesondere dort verklebt.
In diesem Sinne kann der Befestigungsabschnitt all die Bereiche der Anbindungsnabe darstellen, welche nicht der Anbindung an das entsprechende Maschinenteil dienen.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Drehmomentsensor in einem Bereich des Befestigungsabschnittes angeordnet, welcher mit dem Zwischenrohr überlappt. Dies ermöglicht eine besonders optimale Platzausnutzung. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass der Drehmomentsensor in einem Bereich des Befestigungsabschnittes angeordnet ist, welcher nicht mit dem Zwischenrohr überlappt, insbesondere wenn ein besonders langer Befestigungsabschnitt vorliegt. Gemäß einer vorteilhaften Anordnung ist der Drehmomentsensor desweiteren an derjenigen Seite des Befestigungsabschnittes angeordnet, an welcher das Zwischenrohr nicht befestigt oder verklebt ist. In diesem Sinne kann das Zwischenrohr den Befestigungsabschnitt der entsprechenden Anbindungsnabe beispielsweise übergreifen. Der Drehmomentsensor wäre in diesem Fall an der Innenseite des Befestigungsabschnittes, gegenüberliegend dem Zwischenrohr, an dem Befestigungsabschnitt angeordnet. Alternativ kann auch der Befestigungsabschnitt das Zwischenrohr übergreifen, in welchem Falle der Drehmomentsensor an der Außenseite des Befestigungsabschnittes (welcher typischerweise eine hohlzylindrische Form aufweist) angeordnet wird.
Weiter vorteilhafterweise ist der Drehmomentsensor beabstandet vom Rand des Befestigungsabschnittes angeordnet, und somit insbesondere nicht direkt am Übergangsbereich zwischen Befestigungsabschnitt und Zwischenrohr. Hierbei verbleibt ein gewisser axialer Abstand zwischen dem dem Zwischenrohr zugewandten Ende der Anbindungsnabe und dem Anordnungsplatz des Drehmomentsensors. Dies führt zu einer höheren Messgenauigkeit des Drehmomentes, weil sich für den Drehmomentsensor eine homogenere Messfläche ergibt und insbesondere das Drehmoment bereits zu einem größeren Prozentanteil in die Anbindungsnabe eingetreten (bei einer Austrittsnabe) bzw. noch nicht zu einem größeren Prozentanteil ausgetreten (bei einer Eingangsnabe) ist. Zudem ist in diesem Randbereich aufgrund des Materialübergangs der Dehnungsgradient ungünstig hoch
Vorteilhafterweise wird der Drehmomentsensor dabei in einem Bereich des Befestigungsabschnittes der Austrittsnabe angeordnet, in welchem mindestens 50 % des Drehmomentes bereits auf die Austrittsnabe übertragen wurden. Weiter vorteilhafterweise erfolgt die Anordnung in einem Bereich, in welchem mindestens 75 % übertragen wurden.
Die genaue Anordnung ist aufgrund von durchzuführenden Messungen oder theoretischen Berechnungen unter Berücksichtigung der verwendeten Materialien und der Abmessungen von Anbindungsnabe und Zwischenrohr sowie des verwendeten Klebstoffes und dessen Auftragsflächen zu ermitteln. Vorteilhafterweise ist der Drehmomentsensor aber auch beabstandet vom Anbindungsabschnitt der Nabe angeordnet, da im Übergangsbereich zwischen Anbindungsabschnitt und Befestigungsabschnitt typischerweise Spannungsspitzen, insbesondere Kerbspannungen aufgrund von Querschnittsänderungen, auftreten.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Anbindungsnabe, an welcher der Drehmomentsensor angeordnet ist, einen weiteren Drehmomentsensor auf. Dieser kann insbesondere im Wesentlichen achssymmetrisch oder achsensymmetrisch zur Längsachse der Vorrichtung bzw. des Zwischen roh res an der Anbindungsnabe angeordnet bzw. befestigt sein.
Eine derartige Anordnung erlaubt eine noch genauere Messung, da Querkräfte und Biegemomente kompensiert werden können. Durch eine Messung an diesen beiden Punkten kann ein solcher Verformungseinfluss minimiert bzw. aus dem Messergebnis herausgerechnet werden. Alternativ können natürlich auch mehr als zwei Sensoren vorgesehen werden. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn diese achssymmetrisch angeordnet werden. Eine große Anzahl an Sensoren ist vorteilhaft, da sich Fehler durch Inhomogenitäten dann schwächer auswirken. Der Vollständigkeit halber sei angeführt, dass ein Drehmomentsensor in der Praxis auch aus mehreren Sensoren bestehen kann. Im Sinne der Erfindung kann also auch eine Einheit von mehreren räumlich oder funktional zusammenhängenden Drehmomentsensoren, beispielsweise Drähten oder Messstreifen, einen Drehmomentsensor darstellen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung löst die Erfindung die gestellte Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 8, insbesondere mit denen des Kennzeichenteils, und ist somit dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens einen Drehmomentsensor aufweist, welcher mit einer in dem Zwischenrohr angeordneten Sende- und/oder Empfangseinheit verbunden ist.
Das Prinzip dieses Aspektes der Erfindung liegt somit darin, innerhalb des drehmomentführenden Zwischenrohres, also innerhalb einer drehmomentführenden Welle, tatsächlich eine Sendeeinheit, bzw. eine Empfangseinheit anzuordnen. Idealerweise weist diese Einheit sowohl Sende- als auch Empfangsfähigkeiten auf. Dies ist aber für die Realisierung der Erfindung nicht zwingend erforderlich: So ist es auch durchaus möglich, dass lediglich eine Sendeeinheit oder eine Empfangseinheit vorgesehen ist. Die Empfangseinheit kann hierbei insbesondere für eine Versorgung der Vorrichtung (und insbesondere für eine Versorgung des Drehmomentsensors) mit Energie sorgen, nämlich auf Basis einer sogenannten kontaktlosen Energieübertragung. Auch die mit dem Drehmomentsensor verbundene Elektronik kann auf diese Weise mit Energie versorgt werden.
Andererseits kann die Einheit auch Sendeeigenschaften aufweisen, so dass Signale oder Daten, welche der Drehmomentsensor ermittelt hat, kontaktlos aus dem drehmomentführenden Zwischenrohr (und somit aus den rotierenden Elementen) nach außen an eine stationäre Sende- und/oder Empfangsstation (sogenannter „Pick-Up") übermittelt werden. Diese Empfangsstation kann dann beispielsweise mit einer Rechnereinheit verbunden sein, welche die empfangenen Signale oder Daten auswertet. Hierbei kann es sich beispielsweise um die Änderung der elektrischen Widerstände der Messsensorstreifen handeln, welche dann in das entsprechende Drehmoment umgerechnet werden. Alternativ kann ein Wert für das Drehmoment aber auch bereits vor Übertragung, nämlich durch die Elektronik (welche insbesondere auch eine digitale Codierung vornehmen kann), ermittelt werden und diese Daten mit der Antenne bzw. mit der Sende- und/oder Empfangseinheit gesendet werden.
Die kontaktlose Übertragung bietet optisch ästhetische und schutztechnische Vorteile im Sinne einer Verschleißfreiheit. Zudem wird Funkenschlag vermieden, so dass ein besserer Explosionsschutz besteht.
Hierbei ist die Sende- und/oder Empfangseinheit vorteilhaft ausserhalb des Überlappungsbereiches von Zwischenrohr und Befestigungsabschnitt der Nabe angeordnet, um eine bessere Sende- und/oder Empfangsleistung zu erreichen.
Vorteilhafterweise ist die Sende- und/oder Empfangseinheit im Inneren des Zwischen roh res fest angebracht, beispielsweise an der inneren Mantelseite des Zwischenrohres. Hierzu kann die Einheit beispielsweise an der Innenseite des Zwischen roh res flächig aufliegen und dort verklebt sein.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Sende- und/oder Empfangseinheit als induktives Element ausgeführt, beispielsweise als induktiver Ring, welcher an dem Zwischenrohr angeordnet und dort beispielsweise umlaufend verklebt sein kann. Alternativ kann das Element auch eine Spule mit mehreren induktiven Windungen sein, so dass mehrere Windungen innenumlaufend
Zwischenrohr angeordnet bzw. verklebt sind.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass auch die Elektronik in die Sende- und/oder Empfangseinheit integriert sein kann, womit diese dann zwngsläufig auch im Zwischenrohr angeordnet ist. Alternativ kann die Elektronik aber auch, insbesondere beabstandet von der Antenne, in der Nabe angeordnet sein. Hierbei kann auf besonders vorteilhafte Weise eine kontaktlose
Energie - aber auch Signal- oder Datenübertragungen erfolgen. Selbstverständlich können auch andere kontaktlose Energie- und/oder Datenübertragungselemente verwendet werden. Beispielsweise ist es möglich, dass die Sende- und/oder Empfangseinheit als einfacher Bluetooth-Sender ausgebildet ist und dass überhaupt keine Empfangseinheit für eine Energieübertragung vorhanden ist. In diesem Fall können die Drehmomentsensoren und auch die gegebenenfalls in der Nabe angeordnete Elektronik mit Batterien betrieben werden.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nicht zitierten Unteransprüchen sowie anhand der nun folgenden Beschreibung der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele. Darin zeigen:
Fig. 1 in einer grob schematischen, bezüglich der Dimensionierung nicht maßstabsgetreuen Darstellung, eine beispielsweise Anordnung für eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Windkraftanlage,
Fig. 2 eine schematische Schrägansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung, welche mit ihrem einen Ende an einer Bremsscheibe eines nicht dargestellten Getriebes und mit dem anderen Ende an einer Überlasteinheit angeordnet ist, welche einem ebenfalls nicht dargestellten Generator zugeordnet ist, Fig. 3 in einer ähnlichen Schrägansicht wie Fig. 2 ein Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung bei anderer Dimensionierung und unter Weglassung der in Fig. 2 noch dargestellten Lenker,
Fig. 4 eine Vorrichtung gemäß Fig. 3 in einer Schnittansicht, etwa gemäß Ansichtspfeil IV in Fig. 3 samt zugeordneter Sende- und Empfangsstation sowie angeschlossener Rechnereinheit, Fig. 5 in einer schematischen Grafik eine Darstellung über die Breite des in Fig. 4 dargestellten Befestigungsabschnittes, wobei die dargestellte Kurve die Prozentzahl angibt, zu welchem Anteil das Drehmoment in dem Zwischenrohr auf die aus Metall bestehende Anbindungsnabe übergeben ist und
Fig. 6 ein schematisch, abgebrochen dargestellter Ausschnitt eines zweiten Ausführungsbeispieles der Erfindung, im Verhältnis zu der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung etwa in dem dort mit VI bezeichneten Bereich angeordnet, wobei der Sensor der anderen Anbindungsnabe zugeordnet ist und die dargestellte
Anbindungsnabe das Zwischenrohr übergreift.
Die in ihrer Gesamtheit in den Figuren mit 10 bezeichnete erfindungsgemäße Vorrichtung ist in Fig. 1 bezüglich ihrer Anordnung in einer angedeuteten Windkraftanlage 1 1 dargestellt. Verdeutlicht wird hierbei, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 als Kupplung zwischen dem Generator 12 der Windkraftanlage 1 1 und einem Getriebe 13 angeordnet ist. Wind treibt einen Rotor 14 an, so dass das Getriebe 13 mit Hilfe der
Kupplung 10 ein Drehmoment auf den Generator 12 übertragen kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Drehmoment in einem Verhältnis von etwa 1 :1 übertragen, was durch die erfindungsgemäße Kupplung 10 ermöglicht wird. Zusätzlich ermöglicht die Kupplung 10 einen Versatzausgleich, beispielsweise um eine Verlagerung der Maschinenteile auszugleichen, da in der Windkraftanlage 1 1 typiescherweise sowohl der Generator 12 als auch das Getriebe 13 elastisch gelagert sind, was elastische Lagerstellen 15a bis d lediglich schematisch verdeutlichen sollen.
Die Übertragung erfolgt möglichst homokinetisch, d.h., dass gleichförmige Eingangsdrehbewegungen gleichförmige
Ausgangsdrehbewegungen zur Folge haben sollen.
Um den angesprochenen Versatzausgleich zu realisieren, sieht die erfindungsgemäße Vorrichtung in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in Fig. 2 dargestellte Lenkerelemente 16 vor. Das in Fig. 2 mit 16 bezeichnete Lenkerelement ist hierbei verschwenkbar mit einem Schraubbolzen 17 in Richtung der axialen Längserstreckung x der Vorrichtung 10 mit Hilfe eines Schraubbolzens 17 an einer Bremsscheibe 18 angeordnet.
Die Bremsscheibe 18 ist dabei dem in Fig. 2 nicht dargestellten Getriebe 13 zugeordnet, welches sich bezüglich der Figuren 2 und 3 somit hinsichtlich der Figurenebene rechts befinden würde. Der Lenker weist mit Hilfe eines weiteren, um 90° versetzten
Schraubbolzens 17' auch in Radialrichtung eine verschwenkbare Befestigung an einer in Fig. 2 lediglich angedeuteten Anbindungsnabe 19 auf. Die dargestellte Vorrichtung 10 ist somit auch als Lenkerkupplung bezeichenbar und weist eine Bauform mit einer radial verschraubten, zylindrischen und einer axial verschraubten sphärischen elastischen Buchse in den Lenkeraugen des Lenkers auf. Die Anbindungsnabe 19 ist über das Zwischenrohr 20 mit einer in Fig. 2 nicht dargestellten zweiten Anbindungsnabe, nämlich einer Ausgangsnabe 21 , verbunden (vgl. Fig. 3). In diesem Sinne kann die dem Getriebe 13 bzw. der Bremsscheibe 18 zugeordnete Verbindungsnabe 19 auch als Eingangsnabe bezeichnet werden.
Während Fig. 2 die Ausgangsnabe 21 selber nicht zu entnehmen ist, ist dort doch erkenntlich, dass auch hier Lenkerelemente 16' vorgesehen sind, die entsprechend an einer Überlasteinheit 22 angeordnet sind. Die Überlasteinheit 22 ist dem in Fig. 2 ebenfalls nicht dargestellten Generator 12 zugeordnet. Bezüglich der Figuren 2 und 3 würde sich der Generator 12 hinsichtlich der Figurenebene also links der dargestellten Bauteile befinden. Sowohl die erste Anbindungsnabe 19, welche auch als
Eingangsnabe bezeichenbar ist, als auch die zweite Anbindungsnabe 21 , welche auch als Ausgangsnabe bezeichenbar ist, sind in Fig. 3 zu erkennen. Fig. 3 lässt sich außerdem ein Drehmomentsensor 23 entnehmen, welcher als aufklebbarer Dehnungs-Messstreifen ausgebildet ist. Der Drehmomentsensor 23 ist in Fig. 3 lediglich angedeutet. Insbesondere ist sein biegeschlaffer Charakter Fig. 3 nicht entnehmbar. Vielmehr ist der Sensor 23 in Fig. 3 überhöht und als lediglich schematische Box dargestellt. Praktisch kann der Drehmomentsensor aber biegeschlaff, nach Art eines Aufklebers ausgebildet sein und sich an die Innenkontur 24 der Ausgangsnabe 21 anpassen (und so in die Ausgangsnabe 21 eingeklebt werden). Der Sensor hat hierbei typischerweise eine Breite e von 3 bis 10 mm. Zudem ist in Fig. 3 ein Elektronikbaustein 25 ersichtlich, welcher über Leitungen 26 mit dem Drehmomentsensor 23 verbunden ist. Dieser Elektronikbaustein kann ebenfalls als biegeschlaffes Klebeelement ausgebildet sein, um so die Rotation der Vorrichtung 10 möglichst wenig zu beeinflussen.
Der Elektronikbaustein 25 kann insbesondere Informationen von dem Drehmomentsensor 23 und einem weiteren, in Fig. 3 nicht dargestellten zweiten Drehmomentsensor 23' zusammenführen und gegebenenfalls bereits auswerten oder weiterverarbeiten bzw. weiterleiten. Diese Weiterleitung erfolgt über Leitungen 26', welche mit einem Induktionsring 27 verbunden sind. Der Induktionsring 27 besteht in dem dargestellten Ausführungsbeispiel insbesondere aus einem auf die Mantelinnenseite oder -fläche 28 des Zwischenrohres 20 aufgeklebten Ring, welcher nahezu um 360° in dem Zwischenrohr umläuft. Das Zwischenrohr hat typischerweise einen Durchmesser von 200 bis 1000 mm, beispielsweise 300 mm.
Alternativ kann anstelle eines nahezu einmal umlaufenden Ringes 27 auch eine Spule mit mehreren umlaufenden Windungen in die Innenmantelfläche 28 des Zwischen rohres 20 einbringbar und dort einklebbar sein.
Zur Energieversorgung, insbesondere des Drehmomentsensors 23, ist in Fig. 4 eine außerhalb von Zwischenrohr 20 und Anbindungsnaben 19, 21 angeordnete Sende- und Empfangsstation 29 (welche auch zur Vorrichtung 10 gehört) angedeutet. Die Anordnung der Sende- und Empfangsstation 29 erfolgt dabei stationär (beispielsweise in einem Gehäuse der Windkraftanlage 1 1 ), also insbesondere nicht innerhalb des rotierenden Zwischenrohres 20. Der mit dem Zwischenrohr 20 rotierende Induktionsring 27, auch als Antenne bezeichenbar, kann somit kontaktlos mit der stationären Sende- und Empfangsstation 29 sowohl Energie als auch Signale bzw. Informationen austauschen. Hierzu kann in der Sende- und Empfangsstation 29 beispielsweise ein Wechselstrom angelegt werden, welcher ein Magnetfeld erzeugt, das in der Antenne 27 einen Strom erzeugt, der den Drehmomentsensor 23 versorgen kann.
Andererseits kann der Drehmomentsensor 23 während einer Rotation der Einheit aus den Anbindungsnaben 19, 21 und dem Zwischenrohr 20 Informationen über das Drehmoment messen und Signale erzeugen, aus welchen sich zumindest mittelbar Messwerte zu dem überwachten Drehmoment ermitteln lassen. Diese Signale können von dem Drehmomentsensor 23 über die Leitung 26 an die Elektronik 25 gelangen, von dort über die Leitung 26' zur Antenne 27, welche diese dann kontaktlos an die stationär innerhalb der Windkraftanlage angeordnete Sende- und Empfangsstation 29 sendet. Die Empfangseinheit 29 kann diese Signale dann beispielsweise an eine in Fig. 4 ebenfalls schematisch angedeutete Recheneinheit oder Rechnereinheit 30 weiterleiten, an welche beispielsweise auch Eingabegeräte, wie Tastaturen oder Eingabehilfen sowie Darstellungsmöglichkeiten, wie Displays, oder Lautsprecher anschließbar sind. Die in Fig. 4 zwischen der Sende- und Empfangseinheit 29 und der Recheneinheit 30 dargestellte Leitung ist lediglich symbolisch zu verstehen. Hierbei kann es sich tatsächlich um eine körperliche Leitung handeln, andererseits aber auch um eine drahtlose Verbindung oder ähnliches. In diesem Sinne ist auch ein Fernzugriff auf die Sende- und Empfangsstation 29 durchaus möglich. Dadurch, dass das Zwischenrohr 20 in dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel aus einem Glasfaserkunststoff ausgebildet ist, kann sowohl die Antenne 27 als auch die Sende- und Empfangsstation 29 ohne große Beeinflussung durch das Zwischenrohr kommunizieren. Zudem besteht ein Schutz vor Beschädigungen der in dem Zwischenrohr angeordneten Elemente. Die Antenne 27 sollte hierbei einen gewissen Abstand a zu der näherliegenden Anbindungsnabe 21 aufweisen, da die Anbindungsnabe 19 und 21 üblicherweise aus Metall bestehen und die Kommunikation der Antenne 27 mit der Station 29 beeinträchtigen würden.
Andererseits darf der Abstand a der Antenne 24 von der Anbindungsnabe 21 auch nicht zu groß werden, da der Drehmomentsensor an der Anbindungsnabe 21 angeordnet ist.
Die dargestellte Kupplung ist den drehsteifen Kupplungen zuzuordnen.
Bei einer gemeinsamen Rotation der beiden Anbindungsnaben 19 und 21 mit dem Zwischenrohr 20, welche durch ein Antreiben des in Fig. 1 dargestellten Rotors 14 erfolgt, kann der Drehmomentsensor 23 Informationen über die hierbei entstehenden Drehmomente sammeln. Der Drehmomentsensor ist hierfür in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Dehnungs-Messstreifen ausgebildet, welcher mindestens einen Draht enthält. Der Draht ändert bei einer Verformung des Körpers, welche im Falle einer Rotation zwangsläufig erfolgt, seinen elektrischen Widerstand, da er gedehnt wird. Das Signal der Änderung des elektrischen Widerstandes liefert hierbei Informationen über das Drehmoment. Diese Informationen können beispielsweise in dem Elektronikbaustein 25 oder auch in der Recheneinheit 30 in tatsächliche Werte für das Drehmoment umgerechnet werden. Da eine Messung an einem einzigen Anordnungsort innerhalb der
Ausgangsnabe 21 möglicherweise leicht verfälschte Ergebnisse aufgrund von Inhomogenitäten des Werkstoffs und mangelnder Querkraft- und Biegemomentkompensation liefern könnte, ist Fig. 4 ein zweiter Drehmomentsensor 23' entnehmbar, welcher bezüglich der Längserstreckungsachse A der Einheit aus Anbindungsnaben 19, 21 und Zwischenrohr 20 etwa achssymmetrisch zu dieser Achse A (ebenfalls innerhalb der Anbindungsnabe 21 ) angeordnet ist. Auch dieser zweite Drehmomentsensor 23' ist über Leitungen 26" mit der Elektronik 25 verbunden.
Von entscheidender Bedeutung für die Erfindung ist hierbei zunächst, dass die Drehmomentsensoren 23, 23' an einer der metallischen Anbindungsnaben 19, 21 angeordnet sind und nicht, wie möglicherweise zu erwarten wäre, direkt an dem Zwischenrohr 20. Insbesondere sind die Sensoren 23, 23' hierbei an einem Befestigungsabschnitt 31 der Ausgangsnabe 21 befestigt. Die Ausgangsnabe 21 ist hierzu im Wesentlichen zweiteilig ausgebildet und weist neben dem Befestigungsabschnitt 31 (einer in Axialerstreckung x vorgegebenen Breite b) auch einen Anbindungsabschnitt 32 (einer Breite c) auf. Der Anbindungsabschnitt weist hierbei mehrere Schraubgewinde oder Schraubbuchsen 33 auf, zur Anbindung der in Fig. 2 dargestellten Lenker 16' an die Ausgangsnabe 21 . Entsprechendes gilt für die Buchsen 33' in der Anbindungsnabe 19 und den in Fig. 4 nicht dargestellten Lenker 16.
Fig. 4 lässt sich desweiteren entnehmen, dass der Befestigungsabschnitt 31 der Ausgangsnabe 21 leicht konisch ausgebildet ist. Da dies für die Realisierung der Erfindung aber nicht zwingend erforderlich ist, kann auch ein Ausführungsbeispiel vorgesehen werden, bei welchem der Befestigungsabschnitt 31 nicht konisch ausgebildet ist.
Der Befestigungsabschnitt 31 wird hierbei insbesondere vollständig von dem Zwischenrohr 20 übergriffen und ist dort mit Hilfe einer in den Figuren nicht erkennbaren Klebeschicht flächig verklebt. Die Verklebung erfolgt in dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel auf der Außenseite 34 des Befestigungsabschnittes 31 , während die Drehmomentsensoren 23 und 23' an der Innenseite 35 des Befestigungsabschnittes 32 befestigt, insbesondere auch festgeklebt, sind. Die Sensoren 23 und 23' sind hierbei in einem Überdeckungsbereich des Befestigungsabschnittes angeordnet, welcher von dem Rohr 20 verklebend überlappt wird. Dieser Überdeckungsbereich erstreckt sich bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen über die gesamte Breite b des Befestigungsabschnittes 31 .
Weiterhin fällt in Fig. 4 auf, dass die Sensoren 23 und 23' sowohl beabstandet vom Anbindungsabschnitt 32 als auch von dem Rand 36 der Anbindungsnabe 21 angeordnet sind. Dieser Abstand ist in Fig. 3 mit d bezeichnet dargestellt.
Der Grund hierfür ist darin zu sehen, dass an dem Rand 36 der Anbindungsnabe 21 das Drehmoment des Zwischenrohres 21 noch nicht in ausreichendem Maße in das Metall der Ausgangsnabe 21 übertragen wurde.
Fig. 5 soll dies anhand einer schematischen Grafik verdeutlichen, wobei der Prozentanteil des Drehmomentes aufgetragen ist, welcher bereits in die Anbindungsnabe 21 übertragen wurde, und zwar gegen die Axialerstreckung des Befestigungsabschnittes 31 der Nabe 21 . b ist hierbei dem Rand 36 gemäß Fig. 4 zugeordnet. Der Befestigungsabschnitt 31 hat hierbei eine Breite b. Fig. 5 zeigt insbesondere auch einen Schwellwert SW, ab welchem bereits 50 % des Drehmomentes von dem Befestigungsabschnitt 31 aufgenommen sind. Aus dieser Grafik lässt sich somit erkennen, dass die Drehmomentsensoren 23 und 23', bezogen auf die Breite b des Befestigungsabschnittes, möglichst nicht in dem Bereich angeordnet werden sollten, welcher bezüglich Fig. 5 zwischen den Markierungen „SW" und „b" liegt. Mit anderen Worten darf der Sensor nicht zu nahe am Rand 36 der Anbindungsnabe 21 angeordnet sein, welcher in Fig. 5 mit b bezeichnet ist. Zu dem dargestellten Ausführungsbeispiel Iässt sich in Fig. 4 erkennen, dass die Sensoren 23 und 23' der Ausgangsnabe 21 zugeordnet sind. Dies hat insbesondere den Grund, dass die Platzverhältnisse zur räumlichen Zuordnung einer Sende- und Empfangsstation 29 hier günstiger sind als eine Anordnung der Sensoren 23 und 23' an der Anbindungsnabe 19. Fig. 2 Iässt die sehr breit bauende Bremsscheibe 18 erkennen, welche wenig Platz für eine stationäre Anordnung einer Sende- und Empfangsstation Iässt. Vorteilhafterweise ist die Station 29 an der Generator- oder Getriebemasse angeordnet, um eine möglichst kurze Distanz zu der Antenne zu wahren, bzw. nur möglichst kleine Luftspalte überbrücken zu müssen.
Selbstverständlich ist es aber auch möglich, zusätzlich oder alternativ einen oder mehrere Drehmomentsensoren an der Eingangsnabe 19 anzuordnen.
In diesem Fall wäre die in Fig. 5 dargestellte Grafik spiegelsymmetrisch. Ein entsprechender Drehmomentsensor wäre also in einem Bereich des entsprechenden Befestigungsabschnittes anzuordnen, in welchem das Drehmoment möglichst noch nicht in großen Teilen auf das Zwischenrohr 20 übergegangen ist.
Dies soll auch ein in Fig. 6 abgebrochen und in Vergrößerung dargestelltes, zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung verdeutlichen. Hier ist ein Bereich eines Zwischenrohres 20' und einer entsprechenden Eingangsnabe 19' dargestellt. Diese Ausführung entspricht dabei ihrem grundsätzlichen Aufbau nach im Wesentlichen der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung jedoch mit den Fig. 6 entnehmbaren Unterschieden. Bezüglich Fig. 4 wäre der in Fig. 6 dargestellte Ausschnitt aber im mit VI bezeichnetem Fensterbereich angeordnet. Es besteht hier jedoch der Unterschied, dass nicht das Zwischenrohr den Befestigungsabschnitt 31 ' der Anbindungsnabe 19' übergreift. Vielmehr ist es umgekehrt: So übergreift der Befestigungsabschnitt 31 ', welcher in diesem Ausführungsbeispiel auch gar nicht konisch ausgebildet ist, das Zwischenrohr 20', bzw. dessen obere Kante 37'. Weiterhin fällt auf, dass in diesem Ausführungsbeispiel der Drehmomentsensor 23" auch gar nicht im Überlappungsbereich zwischen Befestigungsabschnitt 31' und Zwischenrohr 20' angeordnet ist, sondern bezüglich der Axialerstreckung außerhalb des Überlappungsbereiches ü. Hierzu kann allerdings der Befestigungsabschnitt 31' deutlich länger ausgebildet sein als in dem ersten Ausführungsbeispiel. Zudem ist der Sensor 23" an der Außenseite 34' des Befestigungsabschnittes 31' angeordnet, nicht an dessen Innenseite 35'.
Dieses zweite Ausführungsbeispiel soll einige grundlegende Alternativen offenbaren, welche mit dem Ausführungsbeispiel der in den Figuren 1 bis 5 dargestellten Vorrichtung ohne weiteres kombinierbar sind und diese lediglich abwandeln sollen, ohne dass der Kerngedanke der Erfindung verlorengeht. Selbstverständlich müssen nicht alle der aufgezählten Unterschiede bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung verwirklicht sein. Die Erfindung soll jede Kombination von Merkmalen der Ausführungsbeispiele der Figuren 1 bis 5 und der Fig. 6 umfassen.

Claims

A n s p r ü c h e
1 . Vorrichtung (10) zur Übertragung von Drehmomenten von einem ersten Maschinenteil (13) auf ein zweites Maschinenteil (12), insbesondere in einer Windkraftanlage (1 1 ), umfassend eine erste Anbindungsnabe (19) zur Anbindung an das erste Maschinenteil (13), eine zweite Anbindungsnabe (21 ) zur Anbindung an das zweite Maschinenteil (12) und ein, insbesondere aus Faserverbundwerkstoff bestehendes, Zwischenrohr (20), welches mit einem ersten Ende an der ersten Anbindungsnabe (19) und mit einem zweiten Ende an der zweiten Anbindungsnabe (21 ) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) mindestens einen Drehmomentsensor (23), insbesondere einen Dehnungsmesssensor, aufweist, welcher an der ersten Anbindungsnabe (19) oder an der zweiten Anbindungsnabe (21 ) angeordnet ist.
2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentsensor (23) mit einer in dem Zwischenrohr (20) angeordneten Sende- und/oder Empfangseinheit (27), insbesondere einer Antenne, verbunden ist.
3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindungsnabe (21 ), an welcher der Drehmomentsensor (23) angeordnet ist, einen Anbindungsabschnitt (32) zur Anbindung an das entsprechende Maschinenteil (12) und einen Befestigungsabschnitt (31 ) zur Befestigung des, insbesondere drehmomentführenden, Zwischenrohres (20) aufweist, wobei der Drehmomentsensor (23) an dem Befestigungsabschnitt (31 ) angeordnet ist.
4. Vorrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet dass der Drehmomentsensor (23) in einem Bereich (ü) des Befestigungsabschnittes (31 ) angeordnet ist, welcher mit dem Zwischenrohr (20) überlappt.
5. Vorrichtung (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentsensor (23) beabstandet vom
Rand (36) des Befestigungsabschnittes (31 ) angeordnet ist, insbesondere in einem Bereich in welchem bereits 50%, weiter insbesondere bereits 75%, des Drehmomentes zwischen Zwischenrohr (20) und Anbindungsnabe (21 ) übertragen wurden.
6. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenrohr (20) an der Innenseite (35) oder der Außenseite (34) des Befestigungsabschnittes (31 ) befestigt ist, wobei der Drehmomentsensor (23) an der anderen Seite angeordnet ist.
7. Vorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindungsnabe (21 ), an welcher der Drehmomentsensor (23) angeordnet ist, einen weiteren Drehmomentsensor (23') aufweist, welcher im wesentlichen achssymmetrisch zur Längsachse (A) der Vorrichtung (10) oder des Zwischenrohres (20) an der Anbindungsnabe (21 ) angeordnet ist.
8. Vorrichtung (10) nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 , wobei das Zwischenrohr (20) drehmomentführend ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) mindestens einen Drehmomentsensor (23) aufweist, welcher mit einer in dem Zwischenrohr (20) angeordneten Sende- und/oder Empfangseinheit (27), insbesondere einer Antenne, verbunden ist.
9. Vorrichtung (10) nach Anspruch 2 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- und/oder Empfangseinheit (27) an der Mantelinnenseite des Zwischenrohres (20) fest angebracht ist.
10. Vorrichtung (10) nach Anspruch 2, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- und/oder Empfangseinheit (27) als induktives Element ausgeführt ist, insbesondere als in dem Zwischenrohr angeordneter induktiver Ring oder induktive Spule mit mehreren Windungen.
11. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 oder 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- und/oder Empfangseinheit (27) den Drehmomentsensor (23) mit Energie versorgt und/oder dass die Sende- und/oder Empfangseinheit (27) von dem Drehmomentsensor (23) erhaltene Signale versenden kann, insbesondere an eine stationäre Empfangseinheit (29).
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