EP4352377A1 - Elastomeric spring and azimuth drive with elastomeric spring - Google Patents

Elastomeric spring and azimuth drive with elastomeric spring

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EP4352377A1
EP4352377A1 EP22729574.8A EP22729574A EP4352377A1 EP 4352377 A1 EP4352377 A1 EP 4352377A1 EP 22729574 A EP22729574 A EP 22729574A EP 4352377 A1 EP4352377 A1 EP 4352377A1
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EP
European Patent Office
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spring
elastomer
azimuth
elastomer spring
prestressing
Prior art date
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Pending
Application number
EP22729574.8A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Michael SCHÄDDEL
Wolfgang Spatzig
Andreas Kehr
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.)
Effbe GmbH
Original Assignee
Effbe GmbH
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Filing date
Publication date
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Application filed by Effbe GmbH filed Critical Effbe GmbH
Publication of EP4352377A1 publication Critical patent/EP4352377A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • F16F3/08Spring units consisting of several springs, e.g. for obtaining a desired spring characteristic with springs made of a material having high internal friction, e.g. rubber
    • F16F3/087Units comprising several springs made of plastics or the like material
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F03D7/02Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
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    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to an elastomer spring for an azimuth brake of an azimuth drive for tracking a nacelle with a rotor relative to a tower of a wind energy plant (WEA). Furthermore, the present invention relates to a yaw brake and a yaw drive for a wind turbine.
  • WEA wind energy plant
  • Wind turbines generally include a stationary tower, in particular one that is fixed to the foundation or the ground, on which a nacelle that can follow the wind and can be braked is rotatably mounted about a vertical axis via a rotary connection.
  • the nacelle has a rotatably mounted rotor hub about which at least one rotor blade of a rotor can rotate.
  • the task of the azimuth drive is to track the nacelle and thus the rotor blade of the wind turbine rotor into the optimum nacelle position for energy conversion, depending on the wind direction.
  • slewing rings and electric drives are used.
  • the slewing ring usually comprises a toothed rim fixed to the tower with teeth on the face, also called azimuth ring, on the face of which several motors interlock in order to rotate relative to the azimuth ring and thus track the nacelle.
  • Azimuth rings are in frictional contact.
  • the yaw brake typically has sliding linings for contact with the yaw ring.
  • disc spring packages are provided for preloading the sliding linings in the direction of the azimuth ring. About the extent the preload can be used to adjust the frictional resistance and thus the braking effect.
  • Disc springs generally have a failure probability of approx. 1% according to the manufacturer's information.
  • up to 270 disc springs are used in wind turbines, which multiplies the risk of damage to the yaw drive.
  • the problem with disc spring packs is that if even one disc spring is damaged or fails, the complete preload of the pack is suddenly lost. As a result, the remaining load is distributed to the spring assemblies that have remained intact, which are thus permanently overloaded, so that the damage progression in the other disc spring assemblies accelerates. Wind turbine downtime and unscheduled maintenance operations occur, which are costly.
  • Yaw drives and yaw brakes of this type are known, for example, from EP 0945613 Bi or WO 2015/082114 Ai.
  • EP 0945613 Ai and WO 2015/082114 Ai also disclose initial approaches to replacing the plate spring packs with alternative stores of potential energy, such as air springs, gas pressure springs, elastomer springs or torsion springs.
  • An object of the present invention is to overcome the disadvantages of the prior art, in particular to provide a more reliable and/or more durable yaw brake and/or yaw drive.
  • an elastomer spring for an azimuth brake of an azimuth drive for tracking a nacelle, which has a rotor is provided relative to a tower of a wind energy plant (WEA).
  • the tower is usually stationary and/or fixed to the foundation.
  • the elastomer spring basically serves to build up a frictional force.
  • the elastomer spring is designed to the sliding linings To bring azimuth brake into contact with the azimuth ring in order to brake the nacelle when tracking relative to the tower of the wind turbine while building up a friction resistance and thus a braking effect.
  • the elastomer spring according to the invention comprises an elastomer body made in one piece.
  • the elastomer body can be produced, for example, by polymerisation, polycondensation, polyaddition or vulcanisation.
  • the elastomeric material can be, for example, a cast elastomer, in particular polyurethane, such as Ureiast.
  • the elastomer body has a top side pointing in a spring direction of the elastomer body and a bottom side facing in the spring direction of the elastomer body, which is opposite the top side.
  • the top and bottom serve to transmit spring forces in the direction of the spring.
  • the elastomer body can, for example, consist of solid material and/or be made from it.
  • the elastomeric body also extends in a longitudinal direction that is oriented parallel to the spring direction of the elastomeric body. In the spring direction, the elastomer body can in particular deform and compress elastically.
  • the elastomer spring can be set up to apply and reduce the frictional force for braking the gondola by utilizing the particular elastic deformation, particularly compression and expansion.
  • the elastomer spring according to the invention also includes a pretensioning component which connects the upper and lower sides and has a concavely curved lateral surface. It is clear that the concavity of the lateral surface is to be understood when viewing the elastomer spring from the outside. When viewed from the opposite direction, i.e. viewed from the inside of the elastomer body, the lateral surface curvature is convex.
  • the biasing component is made in one piece with a top and bottom. The top and bottom can each be realized by essentially flat plates or disks.
  • the lateral surface connecting the top and bottom can have a constant radius of curvature and/or be closed circumferentially in the circumferential direction with respect to the direction of longitudinal extension of the elastomer body.
  • Elastomeric bodies as elastomeric springs for azimuth brakes have therefore proved to be particularly advantageous when the elastomeric springs in the In contrast to the disk spring packages, they are characterized by excellent emergency running properties. Because if an elastomeric spring is damaged, the preload is never completely lost, so the elastomeric springs can be replaced during scheduled maintenance.
  • An elastomer spring can replace a six-part disc spring assembly, so that the variety of parts can be greatly reduced and the risk of failure of the elastomer spring is also significantly lower than that of a six-part disc spring assembly. Due to the structure of the elastomer body according to the invention, in particular due to the shape deviating from a purely cylindrical shape by means of the concavely curved lateral surface, the elastomer spring can be subjected to very high loads, in particular the viscoelastic effect can be exploited. As a result, the space required for the necessary deformation can also be minimized.
  • the structure according to the invention makes it possible to achieve the desired tensioning force while retaining the available installation space in standard yaw brakes. If standard cylindrical elastomer springs were used, the cross-sectional area of the spring elements would have to be multiplied, in particular increased by a factor of two or three, in order to generate the same sufficient clamping force.
  • the prestressing component which can also be referred to as a deformation component, can be set up to be prestressed and/or deformed, in particular in the spring direction, such as in particular being elastically compressed or upset, as a result of which it generates a force directed in particular in the spring direction, in particular a reaction force such as a in particular elastic deformation restoring force can generate.
  • the biasing component may have a passive state, in which it is undeformed and/or unbiased, and an active state, in which it is deformed and/or biased.
  • the pretensioning component is set up to close elastically during compression compress that the curvature of the lateral surface decreases.
  • the elastomer body deflects or compresses, its upper and lower sides are moved towards one another, which results in a particularly elastic deformation of the preload component insofar as the elastomer material of the preload component is compressed in the axial direction or spring direction, so that the elastomer material is displaced radially outward , whereby the radius of curvature of the lateral surface increases.
  • the prestressing component is also set up to expand in particular elastically during rebound in such a way that the curvature of the lateral surface increases, as a result of which the radius of curvature of the lateral surface in particular decreases.
  • the opposite effect occurs in relation to the springing in or compression described above.
  • the degree of compression or degree of expansion of the pretensioning component can be set or limited, among other things, by its dimensions.
  • the dimensions in the axial direction, in the radial direction and the radius of curvature are relevant here.
  • the prestressing component compresses during compression, building up an elastic deformation restoring force, so that the elastomer body transmits the deformation restoring force as a prestressing force in the spring direction via the top and bottom.
  • the particularly elastic compression of the prestressing component of the elastomer body can be used to generate a prestressing force via the resulting deformation restoring force, which the azimuth brake can use to brake the azimuth drive by building up frictional force.
  • the elastomer body has at least one additional, in particular two or three additional, in particular identically shaped, prestressing component(s).
  • the elastomer spring formed in this way can also be referred to as a sandwich construction.
  • all biasing components are connected to the top and bottom and/or to each other made in one piece.
  • the biasing components can be arranged in series in the direction of the spring.
  • the series connection of the several prestressing components can be designed in such a way that the individual prestressing components can be deformed, in particular compressed and expanded, independently of one another.
  • the elastomer spring exhibits a deformation behavior similar to that of a bellows or an accordion.
  • two adjacent prestressing components are separated from one another by a particularly flat separating disk, which remains essentially undeformed during compression and/or rebound.
  • the cut-off wheels are made in one piece with the preload components and/or the top and bottom.
  • a bellows or accordion-like structure results whose deformation behavior is also similar to a bellows or an accordion.
  • the individual biasing components compress and expand under load as the cutting discs and the top and bottom faces move toward and away from each other depending on whether there is deformation or expansion.
  • the separating disk in particular the separating disks, have the same shape and/or the same external dimensions as the top and bottom.
  • the elastomeric body can be rotationally shaped and/or axisymmetric with respect to a central axis, viewed both in the longitudinal direction and transversely thereto, with respect to the cross section of the elastomeric body.
  • an azimuth brake for an azimuth drive for tracking a nacelle with a rotor relative to a tower of a wind energy plant is provided.
  • the Azimuth Drive comprises an azimuth ring connected in a rotationally fixed manner to the tower, which can be stationary and/or fixed to the foundation.
  • the azimuth brake according to the invention comprises a sliding disk in sliding contact with the azimuth ring and an elastomer spring in particular according to the invention, for example designed according to one of the previously described aspects or exemplary embodiments, for prestressing the sliding disk against the azimuth ring.
  • a force can be applied to the sliding disk facing the azimuth ring by means of the elastomer spring in order to bring it into frictional contact with the azimuth ring or to an existing one Reinforce frictional contact so that the azimuth ring is slowed down.
  • the elastomer spring is made from a cast elastomer, in particular polyurethane, such as ureast, and/or from one piece, in particular in a manufacturing step and/or tool.
  • Cast elastomers have proven to be advantageous for use in azimuth brakes in wind turbines in that they have a very low compression set, which is, for example, at least 10% or at least 15% lower than with standard elastomer components and/or is 5%, for example. Furthermore, cast elastomers are characterized by a high resistance to aging. When used in azimuth brakes, cast elastomers have an aging resistance of more than 20 years. Polyurethane is also characterized by a high tensile strength of about 40 N/mm 2 and an elongation at break of about 500%. Compared to standard elastomers, this results in a significantly higher tensile strength and also a significantly higher elongation at break, in particular by at least 1.5 times, 2 times or 2.5 times.
  • the azimuth brake has a mount for the elastomer spring, which is in particular fixed to the nacelle.
  • the elastomer spring in particular also the sliding disk, can be displaced in a translatory manner.
  • the receptacle is provided in the nacelle itself or in a further component of the wind turbine that is connected to the nacelle in a rotationally fixed manner.
  • the elastomer spring can in particular be translationally displaceable in the spring direction, so that the elastomer spring can be translationally displaced in the spring direction for compression and for expansion.
  • the receptacle for the elastomer spring can be realized, for example, by a depression, in particular a cylindrical depression.
  • the elastomer spring has at least two clamping sections which are arranged at a distance from one another in the spring direction of the elastomer spring, which are in circumferential contact with the receptacle and are connected to one another via a circumferentially closed, concavely curved lateral surface.
  • the clamping sections can be formed by the top and bottom of the elastomeric spring.
  • the clamping sections can define the maximum dimension of the elastomer spring transversely to its longitudinal direction, which is oriented parallel to the direction of the spring.
  • the elastomeric spring is in peripheral contact via the clamping portions with the peripheral walls of the receptacle.
  • the elastomeric spring need not necessarily be in contact with the bottom of the indentation, but may be located at a slight distance therefrom, at least in a compressed state.
  • the clamping sections are supported on the receptacle when the elastomer spring compresses in order to increase the prestressing force on the sliding disk and/or to apply a prestressing force to the sliding disk in such a way that they are moved towards one another and the curvature of the lateral surface decreases. Due to the particularly elastic compression of the elastomer spring, which takes place as a result of the clamping sections moving towards one another, material of the elastomer spring is displaced radially outwards, as a result of which the curvature of the lateral surface decreases.
  • the prestressing force can be adjusted via a degree of compression of the elastomer spring.
  • the prestressing force and thus the braking force of the azimuth brake increases, in particular linearly, with the increasing degree of compression of the elastomer spring.
  • the yaw brake further comprises a mechanical or hydraulic or pneumatic device for compressing the elastomeric spring.
  • the device can be coupled to an electronic controller that controls the compression or expansion of the elastomer spring.
  • the device can have a screw.
  • the screw protrudes into the receptacle in such a way that to compress the elastomer spring, the screw is increasingly screwed into the receptacle space, so that the screw presses on one of the clamping sections and presses it in the direction of the other clamping section while compressing the elastomer spring.
  • the present invention also provides an azimuth drive for tracking a pod having a rotor relative to a tower of a wind turbine.
  • the azimuth drive according to the invention comprises at least one servomotor, which drives an azimuth ring, for example, and an azimuth brake designed according to one of the above aspects or exemplary embodiments, which can have an elastomer spring according to the invention.
  • FIG. 1 shows a perspective schematic basic sketch of a section of an azimuth drive of a wind turbine
  • Figure 2 is a schematic side view of a yaw brake of the
  • FIG. Figure 3 is a sectional view taken along line III - III of Figure 2;
  • Figure 4 is a sectional view taken along line IV - IV of Figure 2;
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment of an elastomer spring according to the invention in a side view
  • FIG. 6 shows the elastomer spring from FIG. 5 in a compressed state
  • FIG. 7 shows the elastomer spring from FIGS. 5 and 6 in a perspective view
  • FIG. 8 shows a further exemplary embodiment of an elastomer spring according to the invention in a side view.
  • an elastomer spring according to the invention for a yaw brake of a yaw drive of a wind energy plant is generally provided with the reference number 1 .
  • a yaw brake in accordance with the present invention is generally designated by the reference numeral 10 and the associated yaw drive is generally designated by the reference numeral 100 .
  • FIG. 1 shows a perspective basic sketch of a section of an azimuth drive 100 of a wind energy installation.
  • a wind turbine generally comprises a stationary tower 101 and a nacelle 103 rotatably connected to the tower 101.
  • the nacelle 103 can be rotated about a vertical axis via the slewing ring, in order to rotate the nacelle 103 and a rotor (not shown) with at least one rotor blade to track the wind and brake again.
  • the rotor blades are always in the optimal position for energy conversion in relation to the wind direction.
  • the rotary connection between the tower 101 and the gondola 103 is realized by the azimuth drive 100.
  • the azimuth drive 100 includes a ring gear 105 with external teeth, which is also referred to as an azimuth ring, which is connected to the tower 101 in a rotationally fixed manner.
  • the azimuth drive 100 also includes a plurality of servomotors or electric motors 107, which are rotatably connected to the nacelle 103 and each a gear wheel 106 meshingly engages the external teeth of the azimuth ring 105 in order to rotate relative to the azimuth ring 105 and thus to move the nacelle 103 .
  • the yaw drive 100 in Figure 1 also includes four yaw brakes 10 distributed evenly over the circumference of the yaw ring 105.
  • the yaw brakes 10 each have a substantially C-shaped structure and the yaw ring 105 like a clamp embrace.
  • frictional contact is provided between an azimuth brake 10 and an upper side 108 and lower side 110 of the azimuth ring 105 viewed in the vertical direction, normally in the form of sliding linings 3 on the azimuth brake 10.
  • Elastomer springs 1 according to the invention are used in the azimuth brake 10 in FIG.
  • a yaw brake 10 due to the C-shaped structure, has both sliding linings 3 and associated elastomer springs 1, which make frictional contact with the underside 110 of azimuth ring 105, and sliding linings 3 and associated elastomer springs 1, which make frictional contact with the top 108 of the azimuth ring 105. In this way, the braking effect of the azimuth brake 10 can be increased.
  • elastomer springs 1 according to the invention for a yaw brake 10 has proven to be advantageous because the elastomer springs 1 are characterized by excellent emergency running properties, in contrast to the disk spring assemblies used in the prior art. The reason for this is that the preload is not completely lost when an elastomeric spring 1 is damaged, so it can easily be replaced at the next scheduled maintenance. In addition, the risk of failure with elastomer springs 1 according to the invention is lower than with disk spring assemblies. The elastomer springs 1 according to the invention are discussed below with reference to FIGS.
  • FIG. 2 shows a yaw brake 10 of the yaw drive 100 from FIG. 1 in a schematic side view.
  • the yaw brake 10 in FIG. 2 represents the lower part of a yaw brake 10 from FIG.
  • the azimuth brake 10 can also use the upper part of the Azimuth brake 10 include from Figure 1, which creates a frictional contact with the top 108 of the azimuth ring 105, and is constructed substantially identically. However, the upper part of the azimuth brake 10 is not shown in the embodiment in FIG.
  • the embodiment of a yaw brake 10 according to the invention in Figures 2 to 4 comprises four sliding disks 3 in sliding contact with the yaw ring 105 and four elastomer springs 1 according to the invention, each assigned to one of the sliding disks 3, which are described in detail later, for prestressing the sliding disks 3 against the Azimuth ring 105 to create frictional contact.
  • FIGS. 3 and 4 show the yaw brake 10 from FIG. 2 in a sectional view along the lines III-III and IV-IV in order to clarify the functioning of an elastomer spring 1 according to the invention or a yaw brake 10 according to the invention.
  • FIG. 3 shows an elastomer spring 1 in an unstressed state, which means that the azimuth brake unit 10 assigned to the elastomer spring 1 does not build up any braking force on the azimuth ring 105 .
  • Another elastomer spring 1 is shown in a tensioned state in FIG.
  • the biasing force of the yaw brake 10 or an individual yaw brake unit 10 can be adjusted via a degree of compression of the elastomer springs 1 .
  • the degree of compression of an elastomer spring 1 indicates how much the elastomer spring 1 can be compressed and determines the deformation restoring force that can be generated by the compression of the elastomer spring 1 .
  • the azimuth brake 10 has a receptacle 5 for the elastomer springs 1 which is connected to the nacelle 103 in a rotationally fixed manner.
  • the receptacle 5 has an L-shaped structure and is arranged in the vertical direction below the azimuth ring 105 and above the tower 101 (not shown in FIGS. 2 to 4) in the wind turbine.
  • the receptacle 5 thus borders on the azimuth ring 105 with an upper side 6 and on the tower 101 with a lower side 8 . There is no direct contact with the tower 101 on the underside 8 in order to allow the receptacle 5 to rotate with respect to the tower 101 .
  • the receptacle 5 has a cylindrical depression 7 for each elastomer spring 1, in which the elastomer spring 1 and the associated sliding disk 3, which is arranged in the vertical direction between the elastomer spring 1 and the azimuth ring 105, translationally are relocatable.
  • the indentations 7 extend from the upper side 6 of the receptacle 5 facing the azimuth ring 105 into the interior of the receptacle 5.
  • the translational displacement capability makes it possible for the elastomer spring 1 to be able to compress in the indentation 7.
  • the translational displaceability makes it possible to ensure that when the elastomer spring 1 is in a relaxed state, as shown in FIG , which would generate frictional resistance when the gondola 103 rotates. It can be seen in FIG. 3 that a gap 12 is formed between the sliding disk 3 and the azimuth ring 105 in the unstressed state. When the elastomer spring 1 is compressed, as shown in FIG. 4, it is first moved translationally in the direction of the azimuth ring 105 so that there is no longer a gap 12 between the sliding disk 3 and the azimuth ring 105 and only then is the elastomer spring 1 compressed. This creates a distance between the elastomer spring 1 and a depression base 25 of the depression 7.
  • the gap 12 is dimensioned in such a way that on the one hand it is large enough to ensure that in the relaxed state of the elastomer spring 1 there is no contact between the sliding disk 3 and the azimuth ring 105 and on the other hand is small enough to delay the braking effect as little as possible when the yaw brake 10 or the yaw brake unit 10 is actuated.
  • the cylindrical indentations 7 have the same diameter as the elastomer springs 1 so that the elastomer spring 1 is in circumferential contact with the inner walls 23 of the indentation 7 .
  • the receptacle 5 comprises a device for compressing the elastomer springs 1, which has a screw 9 for compressing the respective elastomer spring 1 for each elastomer spring.
  • the screw 9 protrudes from the Underside 8 of the receptacle 5 into the receptacle 5 or the cylindrical recess 7 in such a way that it is increasingly screwed into the receptacle 5 or the cylindrical recess 7 to compress the elastomer spring 1 and presses on the elastomer spring 1 .
  • a washer 11 is provided between the screw 9 and the elastomer spring 1, which has the same outer dimensions as the elastomer spring 1 and the recess 7.
  • the disk 11 is pressed by the screw 9 in the cylindrical depression 7 in the direction of the yaw ring 105 in order to compress the elastomer spring 1 and generate a prestressing force on the sliding disk 3 .
  • the elastomer spring 1 is therefore supported on the disk 11 of the mount 5 during compression to increase the prestressing force on the sliding disk 3.
  • the elastomer spring 1 thus presses the sliding disk 3 against the azimuth ring 105 and the mount 5 or the gondola 103 connected to it braked.
  • FIG. 5 shows the elastomer spring 1 in the unstressed state, as shown in FIG. 3, in a side view and in FIG. 7 in a perspective view.
  • FIG. 6 shows the elastomer spring 1 in the tensioned state, as shown in FIG.
  • An elastomer spring 1 comprises an elastomer body 2 produced in one piece, which can be produced, for example, by polymerisation, polycondensation, polyaddition or vulcanisation.
  • the elastomeric material can be, for example, a cast elastomer, in particular polyurethane, such as Ureiast.
  • the elastomer body 2 can deform and compress elastically in the spring direction F.
  • the elastomer body 2 is rotationally shaped and axisymmetric with respect to a central axis M, which also defines the spring direction F.
  • the elastomer spring 1 has an upper side 13 pointing in the spring direction F of the elastomer body 2 and an underside 15 pointing in the spring direction F of the elastomer body 2 , which is opposite the upper side 13 .
  • the upper side 13 and the lower side 15 are each realized as flat discs 14, 16 and are used to transmit spring forces in the spring direction F.
  • the embodiment of the elastomer spring 1 in FIGS. 5 to 7 includes in addition, two identically shaped pretensioning components 17, which connect the upper side 13 and the lower side 15 of the elastomer body 2 to one another and each have a lateral surface 19 that is concavely curved when viewed from the outside.
  • the prestressing components 17 are arranged in series when viewed in the spring direction F.
  • the cutting disc 21 has the same shape and the same external dimensions as the discs 14 , 16 on the upper side 13 and the lower side 15 of the elastomer body 2 .
  • the discs 14, 16 on the top 13 and the bottom 15, the biasing components 17 and the cutting disc 21 are made according to the invention in one piece.
  • the mode of operation of the elastomer spring 1 according to the invention can be seen in a comparison of FIG. 5 and FIG. 6 as well as in a synopsis with FIGS.
  • the disks 14 , 16 on the upper side 13 and the lower side 15 of the elastomer body 2 or the separating disk 21 are moved towards one another between the two prestressing components 17 .
  • the discs 14, 16 and the cutting disc 21 remain undeformed.
  • the pretensioning components 17 are elastically compressed between the discs 14, 16, 21, so that a bellows-like or accordion-like structure of the elastomer spring 1 results.
  • the curvature of the respective lateral surface 19 decreases because the elastomer material of the prestressing components 17 is displaced radially outwards. Therefore, the curvature of the lateral surfaces 19 of the prestressing components 17 in the compressed state of the elastomer spring 1 in Figure 6 and Figure 4 is less than in the relaxed state of the elastomer spring 1 in Figure 5 and Figure 3.
  • the Discs 14, 16 on the top 13 and the bottom 15 or the separating disc 21 correspondingly move away from each other again during rebound, so that the prestressing components 17 expand again and the curvature of the lateral surfaces 19 increases.
  • the two prestressing components 17 can be compressed and expanded independently of one another by the separating disk 21, so that different curvatures of the two lateral surfaces 19 are also possible.
  • an elastic deformation restoring force is built up by the compression of the prestressing components 17, which is transmitted by the elastomer body 2 the discs 14,16 on the top 13 and the bottom 15 can be transmitted as a biasing force in the spring direction F.
  • This prestressing force can, for example, generate the frictional force required in an azimuth brake 10 for braking the nacelle 103 of a wind power plant.
  • the discs 14, 16, 21 are far apart, so that the prestressing components 17 are not compressed and the elastomer spring 1 is relaxed. So no deformation restoring force and thus no prestressing force is generated.
  • FIG. 3 the discs 14, 16, 21 are far apart, so that the prestressing components 17 are not compressed and the elastomer spring 1 is relaxed. So no deformation restoring force and thus no prestressing force is generated.
  • the elastomer spring 1 and the sliding disk 3 arranged directly above it in the vertical direction are first pushed in the direction of the azimuth ring 105 by screwing in the screw 9 in the recess 7 for braking.
  • the disks 14,16,21 of the elastomer spring 1 move towards one another, so that the prestressing components 17 are compressed and the curvature of the lateral surfaces 19 decreases. This generates a deformation restoring force that can be used as a preload force.
  • the elastomer spring 1 can be exposed to very high loads due to the concavely curved lateral surface 19 of the prestressing components 17 because a viscoelastic effect can be used in this way. In addition, compared to elastomer springs with a cylindrical cross-section, the space required and the material costs can be reduced.
  • the concavely curved lateral surface 19 of the prestressing components 17 also creates a larger escape space for the elastomer material of the prestressing components 17, so that the deformation rate or the degree of compression of the elastomer spring 1 is increased.
  • the dimensions in the axial direction and in the radial direction of the elastomer body 2 or the prestressing components 17 and the radius of curvature of the lateral surfaces 19 of the prestressing components 17 are relevant.
  • the discs 14,16 on the top 13 and the bottom 15 and the cutting disc 21 represent clamping sections which form circumferential contact with the receptacle 5 or the cylindrical recess 7 and the elastomer spring 1 center and fix in the recess 7.
  • the clamping sections 14 , 16 , 21 thus determine the maximum dimension of the elastomer spring 1 transversely to the spring direction F.
  • the clamping sections 14 , 16 , 21 slide along the inner surfaces 23 of the depression 7 .
  • the elastomeric material of the pretensioning components 17 can expand or deviate into an escape space resulting between the inner wall 23 of the recess 7 and the jacket surface 19 when the elastomer spring 1 is compressed.
  • FIG. 8 shows a further exemplary embodiment of an elastomer spring 1 according to the invention in a side view.
  • the upper side 13 and the lower side 15 of the elastomer body 2 are connected by three identically shaped prestressing components 17, each with a concave lateral surface 19.
  • Two adjacent prestressing components 17 are separated from one another by a separating disk 21 .
  • an elastomer spring 1 according to the invention it is also possible for an elastomer spring 1 according to the invention to have more than three prestressing components 17 or only a single prestressing component 17 between the upper side 13 and the lower side 15 of the elastomer body 2 .

Abstract

The present invention relates to an elastomeric spring for an azimuth brake of an azimuth drive for tracking a nacelle with a rotor in relation to a tower of a wind turbine, having an elastomeric body, which is produced from one piece and has an upper and a lower face facing a spring direction of the elastomeric body, for transferring spring forces in the spring direction, and a preloading component connecting the upper to the lower face and having a concavely bent lateral face.

Description

Elastomerfeder und Azimutantrieb mit Elastomerfeder Elastomer spring and azimuth drive with elastomer spring
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elastomerfeder für eine Äzimutbremse eines Azimutantriebs zum Nachführen einer Gondel mit einem Rotor relativ zu einem Turm einer Windenergieanlage (WEA). Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Azimutbremse und einen Azimutantrieb für eine WEA. The present invention relates to an elastomer spring for an azimuth brake of an azimuth drive for tracking a nacelle with a rotor relative to a tower of a wind energy plant (WEA). Furthermore, the present invention relates to a yaw brake and a yaw drive for a wind turbine.
Windenergieanlagen umfassen in der Regel einen ortsfesten, insbesondere fundament- oder bodenfesten, Turm, auf dem über eine Drehverbindung eine dem Wind nachführbare und bremsbare Gondel um eine vertikale Achse drehbar gelagert ist. Die Gondel weist eine drehbar gelagerte Rotornabe auf, um die wenigstens ein Rotorblatt eines Rotors drehen kann. Wind turbines generally include a stationary tower, in particular one that is fixed to the foundation or the ground, on which a nacelle that can follow the wind and can be braked is rotatably mounted about a vertical axis via a rotary connection. The nacelle has a rotatably mounted rotor hub about which at least one rotor blade of a rotor can rotate.
Die Aufgabe des Azimutantriebs ist es, die Gondel und damit das Rotorblatt des Rotors der WEA in Abhängigkeit der Windrichtung in die jeweils für die Energieumwandlung optimale Gondelposition nachzuführen. Beispielsweise werden Kugeldrehverbindungen sowie Elektroantriebe eingesetzt. Die Drehverbindung umfasst in der Regel einen fest an dem Turm angeordneten Zahnkranz mit einer stirnseitigen Verzahnung, auch Azimutring genannt, an dessen Stirnfläche mehrere Motoren verzahnend eingreifen, um sich gegenüber dem Azimutring in eine Drehbewegung zu versetzen und damit die Gondel nachzuführen. The task of the azimuth drive is to track the nacelle and thus the rotor blade of the wind turbine rotor into the optimum nacelle position for energy conversion, depending on the wind direction. For example, slewing rings and electric drives are used. The slewing ring usually comprises a toothed rim fixed to the tower with teeth on the face, also called azimuth ring, on the face of which several motors interlock in order to rotate relative to the azimuth ring and thus track the nacelle.
Zum Abbremsen und zum Sichern der Gondel, beispielsweise in Wartungsfällen, werden mehrere über den Umfang des Azimutrings verteilte Reibbremsen verwendet, die im Wesentlichen eine C-förmige Struktur aufweisen und den Azimutring schellenartig umgreifen, sodass sie mit den in Vertikalrichtung orientierten Ober- und Unterseiten des Azimutrings in einem Reibkontakt stehen. Die Azimutbremse weist in der Regel Gleitbeläge für den Kontakt mit dem Azimutring auf. Ferner werden Tellerfederpakete zum Vorspannen der Gleitbeläge in Richtung Azimutring vorgesehen. Über das Ausmaß der Vorspannung kann der Reibwiderstand und damit die Bremswirkung eingestellt werden. To brake and secure the nacelle, for example in the case of maintenance, several friction brakes distributed over the circumference of the azimuth ring are used, which essentially have a C-shaped structure and grip the azimuth ring like a clamp, so that they can be connected to the top and bottom sides of the azimuth ring, which are oriented in the vertical direction Azimuth rings are in frictional contact. The yaw brake typically has sliding linings for contact with the yaw ring. Furthermore, disc spring packages are provided for preloading the sliding linings in the direction of the azimuth ring. About the extent the preload can be used to adjust the frictional resistance and thus the braking effect.
Tellerfedern weisen grundsätzlich lt. Herstellerangaben eine Ausfallwahrscheinlichkeit von ca. l % auf. In Windenergieanlagen kommen je nach Anlagentyp bis zu 270 Tellerfedern zum Einsatz, sodass sich das Risiko für eine Beschädigung des Azimutantriebs vervielfacht. Das Problem bei Tellerfederpaketen ist, dass bei der Beschädigung bzw. beim Ausfall auch nur einer Tellerfeder die vollständige Vorspannung des Pakets schlagartig verloren geht. Folglich wird die verbliebene Last auf die in Takt gebliebenen Federpakete verteilt, die damit dauerhaft überbelastet werden, sodass sich der Schadensverlauf in den weiteren Tellerfederpaketen beschleunigt. Es kommt zum Stillstand der Windenergieanlage und zu außerplanmäßigen Wartungsvorgängen, die kostspielig sind. Disc springs generally have a failure probability of approx. 1% according to the manufacturer's information. Depending on the type of turbine, up to 270 disc springs are used in wind turbines, which multiplies the risk of damage to the yaw drive. The problem with disc spring packs is that if even one disc spring is damaged or fails, the complete preload of the pack is suddenly lost. As a result, the remaining load is distributed to the spring assemblies that have remained intact, which are thus permanently overloaded, so that the damage progression in the other disc spring assemblies accelerates. Wind turbine downtime and unscheduled maintenance operations occur, which are costly.
Derartige Azimutantriebe und Azimutbremsen sind beispielsweise aus EP 0945613 Bi oder WO 2015/ 082114 Ai bekannt. EP 0945613 Ai und WO 2015/082114 Ai offenbaren auch erste Ansätze, die Tellerfederpakete durch alternative Speicher potenzieller Energie, wie beispielsweise Luftfedern, Gasdruckfedern, Elastomerfedern oder Torsionsfedern zu ersetzen. Yaw drives and yaw brakes of this type are known, for example, from EP 0945613 Bi or WO 2015/082114 Ai. EP 0945613 Ai and WO 2015/082114 Ai also disclose initial approaches to replacing the plate spring packs with alternative stores of potential energy, such as air springs, gas pressure springs, elastomer springs or torsion springs.
An den bekannten Azimutsystemen hat sich neben dem hohen Ausfallrisiko der Tellerfederpakete auch dessen großer benötigter Bauraum sowie dessen hohe Teilzahl als nachteilig erwiesen. In the known azimuth systems, in addition to the high risk of failure of the plate spring assemblies, the large installation space required and the large number of parts have proven to be disadvantageous.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden, insbesondere eine/n zuverlässigere/n und/oder langlebigere/n Azimutbremse und/ oder Azimutantrieb bereitzustellen. An object of the present invention is to overcome the disadvantages of the prior art, in particular to provide a more reliable and/or more durable yaw brake and/or yaw drive.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. The object is solved by the subject matter of the independent claims.
Danach ist eine Elastomerfeder für eine Azimutbremse eines Azimutantriebs zum Nachführen einer Gondel, die einen Rotor aufweist, relativ zu einem Turm einer Windenergieanlage (WEA) bereitgestellt. Der Turm ist in der Regel orts- und/oder fundamentfest. Die Elastomerfeder dient grundsätzlich zum Aufbau einer Reibkraft. Insbesondere ist die Elastomerfeder dazu eingerichtet, die Gleitbeläge der Äzimutbremse in einen Kontakt mit dem Azimutring zu bringen, um unter Aufbau eines Reib widerstands und damit einer Bremswirkung die Gondel beim Nachführen relativ zu dem Turm der WEA abzubremsen. According to this, an elastomer spring for an azimuth brake of an azimuth drive for tracking a nacelle, which has a rotor, is provided relative to a tower of a wind energy plant (WEA). The tower is usually stationary and/or fixed to the foundation. The elastomer spring basically serves to build up a frictional force. In particular, the elastomer spring is designed to the sliding linings To bring azimuth brake into contact with the azimuth ring in order to brake the nacelle when tracking relative to the tower of the wind turbine while building up a friction resistance and thus a braking effect.
Die erfindungsgemäße Elastomerfeder umfasst einen aus einem Stück hergestellten Elastomerkörper. Der Elastomerkörper kann beispielsweise durch Polymerisation, Polykondensation, Polyaddition oder Vulkanisation hergestellt werden. Bei dem Elastomermaterial kann es sich beispielsweise um ein Gießelastomer, insbesondere Polyurethan, wie Ureiast, handeln. The elastomer spring according to the invention comprises an elastomer body made in one piece. The elastomer body can be produced, for example, by polymerisation, polycondensation, polyaddition or vulcanisation. The elastomeric material can be, for example, a cast elastomer, in particular polyurethane, such as Ureiast.
Der Elastomerkörper weist eine in eine Federrichtung des Elastomerkörpers weisende Oberseite und eine in Federrichtung des Elastomerkörpers weisende Unterseite auf, die der Oberseite gegenüberliegt. Die Ober- und die Unterseite dienen zum Übertragen von Federkräften in Federrichtung. Der Elastomerkörper kann beispielsweise aus Vollmaterial bestehen und/oder daraus hergestellt sein. Der Elastomerkörper erstreckt sich ferner in einer Längsrichtung, die parallel zur Federrichtung des Elastomerkörpers orientiert ist. In der Federrichtung kann sich der Elastomerkörper insbesondere elastisch deformieren und komprimieren. Die Elastomerfeder kann dazu eingerichtet sein, unter Ausnutzung der insbesondere elastischen Deformation, insbesondere Komprimierung und Expansion, die Reib kraft zum Abbremsen der Gondel aufzubringen und zu reduzieren. The elastomer body has a top side pointing in a spring direction of the elastomer body and a bottom side facing in the spring direction of the elastomer body, which is opposite the top side. The top and bottom serve to transmit spring forces in the direction of the spring. The elastomer body can, for example, consist of solid material and/or be made from it. The elastomeric body also extends in a longitudinal direction that is oriented parallel to the spring direction of the elastomeric body. In the spring direction, the elastomer body can in particular deform and compress elastically. The elastomer spring can be set up to apply and reduce the frictional force for braking the gondola by utilizing the particular elastic deformation, particularly compression and expansion.
Die erfindungsgemäße Elastomerfeder umfasst ferner eine die Ober- und die Unterseite verbindende Vorspannkomponente, die eine konkav gekrümmte Mantelfläche aufweist. Es sei klar, dass die Konkavität der Mantelfläche mit Blickrichtung von außen auf die Elastomerfeder zu verstehen ist. Bei entgegengesetzter Blickrichtung, also aus dem Inneren des Elastomerkörpers betrachtet, ergibt sich eine konvexe Mantelflächenkrümmung. Die Vorspannkomponente ist aus einem Stück mit Ober- und Unterseite hergestellt. Die Ober- und Unterseite können jeweils durch im Wesentlichen ebene Platten oder Scheiben realisiert sein. Die die Ober- und Unterseite verbindende Mantelfläche kann einen konstanten Krümmungsradius aufweisen und/oder in Umfangsrichtung bezüglich der Längserstreckungsrichtung des Elastomerkörpers umfänglich geschlossen sein. Elastomerkörper als Elastomerfedern für Azimutbremsen haben sich vor allem deshalb als vorteilhaft erwiesen, als die Elastomerfedern im Gegensatz zu den Tellerfederpaketen sich durch hervorragende Notlaufeigenschaften auszeichnen. Denn wenn eine Elastomerfeder beschädigt wird, geht die Vorspannung nie vollständig verloren, so dass die Elastomerfedern bei einer geplanten Wartung ausgetauscht werden können. Eine Elastomerfeder kann ein sechsteiliges Tellerfederpaket ersetzen, sodass die Teilevielfalt stark reduziert werden kann und auch das Ausfallrisiko der Elastomerfeder ist deutlich geringer als das eines sechsteiligen Tellerfederpakets. Durch die erfindungsgemäße Struktur des Elastomerkörpers, insbesondere durch die von einer rein zylindrischen Form abweichende Gestalt mittels der konkav gekrümmten Mantelfläche, kann die Elastomerfeder sehr hohen Belastungen ausgesetzt werden, insbesondere kann der viskoelastische Effekt ausgenutzt werden. Dadurch kann auch der erforderliche Bauraum für die notwendige Verformung minimiert werden. Im Gegensatz zu rein zylindrischen Elastomerfedern ermöglicht es die erfindungsgemäße Struktur, unter Beibehaltung des vorhandenen Bauraums in standardgemäßen Azimutbremsen die gewünschte Spannkraft zu erreichen. Würden standardgemäße zylindrische Elastomerfedern verwendet werden, müsste die Querschnittsfläche der Federelemente vervielfacht, insbesondere um das Zwei- oder Dreifache vergrößert werden, um dieselbe ausreichende Spannkraft zu erzeugen. Durch das Aussparen von Elastomermaterial im Bereich der Mantelfläche des Elastomerkörpers werden zum einen die Materialkosten der Elastomerfeder verringert und zum anderen bietet der in Folge der Konkavität an der Mantelfläche verbleibende Freiraum, welcher die Mantelfläche umgibt, einen großen Ausweichraum für das Elastomermaterial des Elastomerkörpers, sodass dessen Deformationsrate erhöht ist. The elastomer spring according to the invention also includes a pretensioning component which connects the upper and lower sides and has a concavely curved lateral surface. It is clear that the concavity of the lateral surface is to be understood when viewing the elastomer spring from the outside. When viewed from the opposite direction, i.e. viewed from the inside of the elastomer body, the lateral surface curvature is convex. The biasing component is made in one piece with a top and bottom. The top and bottom can each be realized by essentially flat plates or disks. The lateral surface connecting the top and bottom can have a constant radius of curvature and/or be closed circumferentially in the circumferential direction with respect to the direction of longitudinal extension of the elastomer body. Elastomeric bodies as elastomeric springs for azimuth brakes have therefore proved to be particularly advantageous when the elastomeric springs in the In contrast to the disk spring packages, they are characterized by excellent emergency running properties. Because if an elastomeric spring is damaged, the preload is never completely lost, so the elastomeric springs can be replaced during scheduled maintenance. An elastomer spring can replace a six-part disc spring assembly, so that the variety of parts can be greatly reduced and the risk of failure of the elastomer spring is also significantly lower than that of a six-part disc spring assembly. Due to the structure of the elastomer body according to the invention, in particular due to the shape deviating from a purely cylindrical shape by means of the concavely curved lateral surface, the elastomer spring can be subjected to very high loads, in particular the viscoelastic effect can be exploited. As a result, the space required for the necessary deformation can also be minimized. In contrast to purely cylindrical elastomer springs, the structure according to the invention makes it possible to achieve the desired tensioning force while retaining the available installation space in standard yaw brakes. If standard cylindrical elastomer springs were used, the cross-sectional area of the spring elements would have to be multiplied, in particular increased by a factor of two or three, in order to generate the same sufficient clamping force. By leaving out elastomer material in the area of the lateral surface of the elastomer body, on the one hand the material costs of the elastomer spring are reduced and on the other hand the free space remaining on the lateral surface as a result of the concavity, which surrounds the lateral surface, offers a large escape space for the elastomer material of the elastomer body, so that its deformation rate is increased.
Die Vorspannkomponente, die auch als Deformationskomponente bezeichnet werden kann, kann dazu eingerichtet sein, insbesondere in Federrichtung vorgespannt und/ oder deformiert, wie insbesondere elastisch komprimiert oder gestaucht, zu werden, wodurch sie eine insbesondere in Federrichtung gerichtete Kraft, insbesondere eine Reaktionskraft, wie eine insbesondere elastische Deformationsrückstellkraft, erzeugen kann. Die Vorspannkomponente kann einen Passivzustand, in dem sie undeformiert und/ oder nicht vorgespannt ist, und einen Aktivzustand, in dem sie deformiert und/ oder vorgespannt ist, aufweisen. The prestressing component, which can also be referred to as a deformation component, can be set up to be prestressed and/or deformed, in particular in the spring direction, such as in particular being elastically compressed or upset, as a result of which it generates a force directed in particular in the spring direction, in particular a reaction force such as a in particular elastic deformation restoring force can generate. The biasing component may have a passive state, in which it is undeformed and/or unbiased, and an active state, in which it is deformed and/or biased.
In einer beispielhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Elastomerfeder ist die Vorspannkomponente dazu eingerichtet, sich beim Einfedern derart elastisch zu komprimieren, dass die Krümmung der Mantelfläche abnimmt. Mit anderen Worten werden beim Einfedern bzw. Komprimieren des Elastomerkörpers dessen Ober- und Unterseite aufeinander zu bewegt, wodurch eine insbesondere elastische Deformation der Vorspannkomponente insofern einhergeht, als das Elastomermaterial der Vorspannkomponente in Äxialrichtung bzw. Federrichtung komprimiert wird, sodass Elastomermaterial nach radial Außen verdrängt wird, wodurch der Krümmungsradius der Mantelfläche zunimmt. In an exemplary embodiment of the elastomer spring according to the invention, the pretensioning component is set up to close elastically during compression compress that the curvature of the lateral surface decreases. In other words, when the elastomer body deflects or compresses, its upper and lower sides are moved towards one another, which results in a particularly elastic deformation of the preload component insofar as the elastomer material of the preload component is compressed in the axial direction or spring direction, so that the elastomer material is displaced radially outward , whereby the radius of curvature of the lateral surface increases.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Elastomerfeder ist die Vorspannkomponente ferner dazu eingerichtet, sich beim Ausfedern derart insbesondere elastisch auszudehnen, dass die Krümmung der Mantelfläche zunimmt, wodurch insbesondere der Krümmungsradius der Mantelfläche abnimmt. Beim Ausfedern bzw. Ausdehnen der Vorspannkomponente stellt sich ein gegenteiliger Effekt in Bezug auf das oben beschriebene Einfedern bzw. Komprimieren ein. According to a further exemplary embodiment of the elastomer spring according to the invention, the prestressing component is also set up to expand in particular elastically during rebound in such a way that the curvature of the lateral surface increases, as a result of which the radius of curvature of the lateral surface in particular decreases. When rebounding or expanding the prestressing component, the opposite effect occurs in relation to the springing in or compression described above.
Es sei klar, dass der Kompressionsgrad bzw. Ausdehnungsgrad der Vorspannkomponente unter anderem durch dessen Abmessung eingestellt bzw. limitiert werden kann. Dabei sind sowohl die Abmessung in Axialrichtung, in Radialrichtung als auch der Krümmungsradius relevant. It should be clear that the degree of compression or degree of expansion of the pretensioning component can be set or limited, among other things, by its dimensions. The dimensions in the axial direction, in the radial direction and the radius of curvature are relevant here.
In einer weiteren beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung komprimiert sich die Vorspannkomponente beim Einfedern derart unter Aufbau einer elastischen Deformationsrückstellkraft, dass der Elastomerkörper über die Ober- und Unterseite die Deformationsrückstellkraft als Vorspannkraft in Federrichtung überträgt. Mit anderen Worten kann die insbesondere elastische Komprimierung der Vorspannkomponente des Elastomerkörpers dazu verwendet werden, dass über die dabei resultierende Deformationsrückstellkraft eine Vorspannkraft erzeugt wird, die die Azimutbremse dazu verwenden kann, den Azimutantrieb über den Aufbau von Reibungskraft abzubremsen. In a further exemplary embodiment of the present invention, the prestressing component compresses during compression, building up an elastic deformation restoring force, so that the elastomer body transmits the deformation restoring force as a prestressing force in the spring direction via the top and bottom. In other words, the particularly elastic compression of the prestressing component of the elastomer body can be used to generate a prestressing force via the resulting deformation restoring force, which the azimuth brake can use to brake the azimuth drive by building up frictional force.
In einer beispielhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Elastomerfeder weist der Elastomerkörper wenigstens eine weitere, insbesondere zwei oder drei weitere, insbesondere identisch geformte Vorspannkomponente/n auf. Die so gebildete Elastomerfeder kann auch als Sandwichbauweise bezeichnet werden. Insbesondere sind sämtliche Vorspannkomponenten mit der Ober- und Unterseite und/oder miteinander aus einem Stück hergestellt. Die Vorspannkomponenten können in Federrichtung in Reihe angeordnet sein. Die Reihenschaltung der mehreren Vorspannkomponenten kann so ausgestaltet sein, dass die einzelnen Vorspannkomponenten unabhängig voneinander deformierbar, insbesondere komprimierbar und expandierbar, sind. Beispielsweise weist die Elastomerfeder ein Faltenbalg- oder Ziehharmonika-artiges Deformationsverhalten auf. In an exemplary development of the elastomer spring according to the invention, the elastomer body has at least one additional, in particular two or three additional, in particular identically shaped, prestressing component(s). The elastomer spring formed in this way can also be referred to as a sandwich construction. In particular, all biasing components are connected to the top and bottom and/or to each other made in one piece. The biasing components can be arranged in series in the direction of the spring. The series connection of the several prestressing components can be designed in such a way that the individual prestressing components can be deformed, in particular compressed and expanded, independently of one another. For example, the elastomer spring exhibits a deformation behavior similar to that of a bellows or an accordion.
Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Elastomerfeder sind je zwei benachbarte Vorspannkomponenten durch eine insbesondere ebene Trennscheibe voneinander getrennt, die beim Ein- und/ oder Ausfedern im Wesentlichen undeformiert bleibt. Die Trennscheiben sind aus einem Stück mit den Vorspannkomponenten und/oder der Ober- und Unterseite hergestellt. Gemäß dieser Ausführungsform ergibt sich eine Faltenbalg- oder Ziehharmonika-artige Struktur, dessen Deformationsverhalten ebenfalls ähnlich zu einem Faltenbalg oder einer Ziehharmonika ist. Die einzelnen Vorspannkomponenten komprimieren und expandieren sich unter Belastung, während die Trennscheiben und die Ober- und Unterseiten aufeinander zu bzw. voneinander weg bewegt werden, je nachdem, ob eine Deformation oder eine Expansion vorliegt. According to an exemplary development of the elastomer spring according to the invention, two adjacent prestressing components are separated from one another by a particularly flat separating disk, which remains essentially undeformed during compression and/or rebound. The cut-off wheels are made in one piece with the preload components and/or the top and bottom. According to this embodiment, a bellows or accordion-like structure results whose deformation behavior is also similar to a bellows or an accordion. The individual biasing components compress and expand under load as the cutting discs and the top and bottom faces move toward and away from each other depending on whether there is deformation or expansion.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Elastomerfeder weist die Trennscheibe, insbesondere, weisen die Trennscheiben, dieselbe Form und/oder dieselbe Außenabmessung wie die Ober- und Unterseite auf. Der Elastomerkörper kann rotationsförmig ausgebildet sein und/oder achsensymmetrisch bezüglich einer Mittelachse sowohl in Längsrichtung als auch quer dazu betrachtet sein, in Bezug auf den Querschnitt des Elastomerkörpers. According to a further exemplary embodiment of the elastomer spring according to the invention, the separating disk, in particular the separating disks, have the same shape and/or the same external dimensions as the top and bottom. The elastomeric body can be rotationally shaped and/or axisymmetric with respect to a central axis, viewed both in the longitudinal direction and transversely thereto, with respect to the cross section of the elastomeric body.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, der mit den vorhergehenden Aspekten und beispielhaften Ausführungen kombinierbar ist, ist eine Azimutbremse für einen Azimutantrieb zum Nachführen einer Gondel mit einem Rotor relativ zu einem Turm einer Windenergieanlage (WEA) bereitgestellt. In Bezug auf den grundsätzlichen Aufbau, die Funktionsweise und die Anordnung der Azimutbremse in Bezug auf den Azimutantrieb und die damit verbundenen Gondel-, Rotor- und Turmkomponenten kann auf die vorhergehenden Ausführungen verwiesen werden. Der Azimutantrieb umfasst einen drehfest mit dem Turm, der ortsfest und/ oder fundamentfest angeordnet sein kann, verbundenen Äzimutring. According to a further aspect of the present invention, which can be combined with the preceding aspects and exemplary embodiments, an azimuth brake for an azimuth drive for tracking a nacelle with a rotor relative to a tower of a wind energy plant (WEA) is provided. With regard to the basic structure, the mode of operation and the arrangement of the yaw brake in relation to the yaw drive and the associated nacelle, rotor and tower components, reference can be made to the previous statements. The Azimuth Drive comprises an azimuth ring connected in a rotationally fixed manner to the tower, which can be stationary and/or fixed to the foundation.
Die erfindungsgemäße Äzimutbremse umfasst eine mit dem Äzimutring in einem Gleitkontakt stehende Gleitscheibe und eine insbesondere erfindungsgemäße, beispielsweise gemäß einem der zuvor beschriebenen Aspekte bzw. beispielhaften Ausführungen ausgebildete, Elastomerfeder zum Vorspannen der Gleitscheibe gegen den Äzimutring. The azimuth brake according to the invention comprises a sliding disk in sliding contact with the azimuth ring and an elastomer spring in particular according to the invention, for example designed according to one of the previously described aspects or exemplary embodiments, for prestressing the sliding disk against the azimuth ring.
Zum Aufbringen einer Bremskraft auf den Äzimutring, das heißt zum Abbremsen des von dem Äzimutantrieb rotatorisch angetriebenen Äzimutrings, kann mittels der Elastomerfeder eine Kraft auf die dem Äzimutring zugewandte Gleitscheibe aufgebracht werden, um diese in einen Reibkontakt mit dem Äzimutring zu bringen bzw. um einen vorhandenen Reibkontakt zu verstärken, sodass der Azimutring abgebremst wird. To apply a braking force to the azimuth ring, i.e. to brake the azimuth ring driven in rotation by the azimuth drive, a force can be applied to the sliding disk facing the azimuth ring by means of the elastomer spring in order to bring it into frictional contact with the azimuth ring or to an existing one Reinforce frictional contact so that the azimuth ring is slowed down.
Gemäß dem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt ist die Elastomerfeder aus einem Gießelastomer, insbesondere Polyurethan, wie Ureiast, und/oder aus einem Stück, insbesondere in einem Herstellungsschritt und/ oder -Werkzeug, hergestellt. According to the further aspect of the invention, the elastomer spring is made from a cast elastomer, in particular polyurethane, such as ureast, and/or from one piece, in particular in a manufacturing step and/or tool.
In Bezug auf die grundsätzlichen Vorteile der Verwendung von Elastomerfedern statt Tellerfederpaketen sei auf die vorhergehenden Ausführungen verwiesen. Gießelastomere haben sich für den Einsatz bei Äzimutbremsen in Windenergieanlagen insofern als vorteilhaft erwiesen, als sie einen sehr geringen Druckverformungsrest aufweisen, welcher beispielsweise um wenigstens 10% oder um wenigstens 15% geringer ist als bei Standardelastomerkomponenten und/oder beispielsweise 5% beträgt. Ferner zeichnen sich Gießelastomere durch eine hohe Alterungsbeständigkeit aus. Bei der Anwendung in Äzimutbremsen ist eine Alterungsbeständigkeit von mehr als 20 Jahren bei Gießelastomeren gegeben. Polyurethan zeichnet sich ferner durch eine hohe Zugfestigkeit von ca. 40 N/mm2 und eine Reißdehnung von ca. 500% aus. Gegenüber Standartelastomeren ergibt sich damit eine deutlich höhere Zugfestigkeit sowie auch eine deutlich höhere Reißdehnung, insbesondere um wenigstens das 1,5-fache, 2-fache oder 2,5-fache. With regard to the basic advantages of using elastomer springs instead of disc spring assemblies, reference is made to the previous statements. Cast elastomers have proven to be advantageous for use in azimuth brakes in wind turbines in that they have a very low compression set, which is, for example, at least 10% or at least 15% lower than with standard elastomer components and/or is 5%, for example. Furthermore, cast elastomers are characterized by a high resistance to aging. When used in azimuth brakes, cast elastomers have an aging resistance of more than 20 years. Polyurethane is also characterized by a high tensile strength of about 40 N/mm 2 and an elongation at break of about 500%. Compared to standard elastomers, this results in a significantly higher tensile strength and also a significantly higher elongation at break, in particular by at least 1.5 times, 2 times or 2.5 times.
Gemäß einer beispielhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Äzimutbremse weist die Äzimutbremse eine insbesondere gondelfeste Aufnahme für die Elastomerfeder auf, in der die Elastomerfeder, insbesondere auch die Gleitscheibe, translatorisch verlagerbar ist. Mit anderen Worten ist die Aufnahme in der Gondel selbst oder einer mit der Gondel insbesondere drehfest verbundenen weiteren Komponente der WEA vorgesehen. Die Elastomerfeder kann insbesondere in Federrichtung translatorisch verlagerbar sein, sodass die Elastomerfeder zum Komprimieren und zum Expandieren in Federrichtung translatorisch verlagerbar ist. Die Aufnahme für die Elastomerfeder kann beispielsweise durch eine Vertiefung, insbesondere eine zylindrische Vertiefung, realisiert sein. According to an exemplary embodiment of the azimuth brake according to the invention, the azimuth brake has a mount for the elastomer spring, which is in particular fixed to the nacelle. in which the elastomer spring, in particular also the sliding disk, can be displaced in a translatory manner. In other words, the receptacle is provided in the nacelle itself or in a further component of the wind turbine that is connected to the nacelle in a rotationally fixed manner. The elastomer spring can in particular be translationally displaceable in the spring direction, so that the elastomer spring can be translationally displaced in the spring direction for compression and for expansion. The receptacle for the elastomer spring can be realized, for example, by a depression, in particular a cylindrical depression.
Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung der Azimutbremse gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Elastomerfeder wenigstens zwei in Federrichtung der Elastomerfeder in einem Abstand zueinander angeordnete Klemmabschnitte auf, die in einem umlaufenden Kontakt mit der Aufnahme stehen und über eine umfänglich geschlossene, konkav gekrümmte Mantelfläche miteinander verbunden sind. Die Klemmabschnitte können durch die Ober- und Unterseite der Elastomerfeder gebildet sein. Die Klemmabschnitte können die maximale Bemessung der Elastomerfeder quer zu dessen Längsrichtung, die parallel zur Federrichtung orientiert ist, definieren. Mit anderen Worten ist die Elastomerfeder in einem Umfangskontakt über die Klemmabschnitte mit den Umfangswänden der Aufnahme. Die Elastomerfeder muss nicht notwendigerweise in einem Kontakt mit dem Vertiefungsgrund sein, sondern kann wenigstens in einem komprimierten Zustand in einem geringfügigen Abstand dazu angeordnet sein. According to an exemplary development of the azimuth brake according to the present invention, the elastomer spring has at least two clamping sections which are arranged at a distance from one another in the spring direction of the elastomer spring, which are in circumferential contact with the receptacle and are connected to one another via a circumferentially closed, concavely curved lateral surface. The clamping sections can be formed by the top and bottom of the elastomeric spring. The clamping sections can define the maximum dimension of the elastomer spring transversely to its longitudinal direction, which is oriented parallel to the direction of the spring. In other words, the elastomeric spring is in peripheral contact via the clamping portions with the peripheral walls of the receptacle. The elastomeric spring need not necessarily be in contact with the bottom of the indentation, but may be located at a slight distance therefrom, at least in a compressed state.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführung der eründungsgemäßen Azimutbremse stützen sich die Klemmabschnitte beim Einfedern der Elastomerfeder zum Erhöhen der Vorspannkraft auf die Gleitscheibe und/oder zum Aufbringen einer Vorspannkraft auf die Gleitscheibe an der Aufnahme derart ab, dass sie aufeinander zu bewegt werden, und die Krümmung der Mantelfläche abnimmt. Durch die insbesondere elastische Komprimierung der Elastomerfeder, was durch ein Aufeinanderzubewegen der Klemmabschnitte erfolgt, wird Material der Elastomerfeder nach radial außen verdrängt, wodurch die Krümmung der Mantelfläche abnimmt. Das verdrängte Material der Elastomerfeder kann sich somit in einen zwischen Aufnahmeinnenwand und Mantelfläche resultierenden Ausweichraum ausdehnen bzw. ausweichen. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung ist die Vorspannkraft über einen Kompressionsgrad der Elastomerfeder einstellbar. Beispielsweise nimmt die Vorspannkraft und damit die Bremskraft der Azimutbremse mit größer werdendem Kompressionsgrad der Elastomerfeder zu, insbesondere linear. According to a further exemplary embodiment of the azimuth brake according to the invention, the clamping sections are supported on the receptacle when the elastomer spring compresses in order to increase the prestressing force on the sliding disk and/or to apply a prestressing force to the sliding disk in such a way that they are moved towards one another and the curvature of the lateral surface decreases. Due to the particularly elastic compression of the elastomer spring, which takes place as a result of the clamping sections moving towards one another, material of the elastomer spring is displaced radially outwards, as a result of which the curvature of the lateral surface decreases. The displaced material of the elastomer spring can thus expand or deviate into an escape space resulting between the inner wall of the receptacle and the lateral surface. According to a further exemplary embodiment of the present invention, the prestressing force can be adjusted via a degree of compression of the elastomer spring. For example, the prestressing force and thus the braking force of the azimuth brake increases, in particular linearly, with the increasing degree of compression of the elastomer spring.
In einer weiteren beispielhaften Ausführung der Azimutbremse nach der vorliegenden Erfindung umfasst die Azimutbremse ferner eine mechanische oder hydraulische oder pneumatische Einrichtung zum Komprimieren der Elastomerfeder. Beispielsweise kann die Einrichtung an eine elektronische Steuerung gekoppelt sein, die das Komprimieren respektive das Expandieren der Elastomerfeder steuert. Beispielsweise kann die Einrichtung eine Schraube aufweisen. Beispielsweise ragt die Schraube derart in die Aufnahme hinein, dass zum Komprimieren der Elastomerfeder die Schraube zunehmend in den Aufnahmeraum eingeschraubt wird, sodass die Schraube auf einen der Klemmabschnitte drückt und ihn in Richtung des anderen Klemmabschnitts unter Komprimierung der Elastomerfeder drückt. In a further exemplary embodiment of the yaw brake according to the present invention, the yaw brake further comprises a mechanical or hydraulic or pneumatic device for compressing the elastomeric spring. For example, the device can be coupled to an electronic controller that controls the compression or expansion of the elastomer spring. For example, the device can have a screw. For example, the screw protrudes into the receptacle in such a way that to compress the elastomer spring, the screw is increasingly screwed into the receptacle space, so that the screw presses on one of the clamping sections and presses it in the direction of the other clamping section while compressing the elastomer spring.
Ferner stellt die vorliegende Eründung auch einen Azimutantrieb zum Nachführen einer Gondel mit einem Rotor relativ zu einem Turm einer Windenergieanlage (WEA) bereit. Der erfindungsgemäße Azimutantrieb umfasst wenigstens einen Stellmotor, der beispielsweise einen Azimutring antreibt, und eine nach einem der vorstehenden Aspekte bzw. beispielhaften Ausführungen ausgebildete Azimutbremse, die eine erfindungsgemäße Elastomerfeder aufweisen kann. Furthermore, the present invention also provides an azimuth drive for tracking a pod having a rotor relative to a tower of a wind turbine. The azimuth drive according to the invention comprises at least one servomotor, which drives an azimuth ring, for example, and an azimuth brake designed according to one of the above aspects or exemplary embodiments, which can have an elastomer spring according to the invention.
Bevorzugte Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Preferred embodiments are specified in the dependent claims.
Im Folgenden werden weitere Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Eründung mittels Beschreibung bevorzugter Ausführungen der Erfindung anhand der beiliegenden beispielhaften Zeichnungen deutlich, in denen zeigen: In the following, further properties, features and advantages of the invention become clear by means of a description of preferred embodiments of the invention using the attached exemplary drawings, in which:
Figur l eine perspektivische schematische Prinzipskizze eines Ausschnitts eines Azimutantriebs einer Windenergieanlage; FIG. 1 shows a perspective schematic basic sketch of a section of an azimuth drive of a wind turbine;
Figur 2 eine schematische Seitenansicht einer Azimutbremse desFigure 2 is a schematic side view of a yaw brake of the
Azimutantriebs aus Fig. l; Figur 3 eine Schnittansicht entsprechend der Linie III - III aus Fig. 2; azimuth drive from FIG. Figure 3 is a sectional view taken along line III - III of Figure 2;
Figur 4 eine Schnittansicht entsprechend der Linie IV - IV aus Fig. 2; Figure 4 is a sectional view taken along line IV - IV of Figure 2;
Figur 5 eine beispielhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen Elastomerfeder in Seitenansicht; FIG. 5 shows an exemplary embodiment of an elastomer spring according to the invention in a side view;
Figur 6 die Elastomerfeder aus Fig. 5 in einem komprimierten Zustand; FIG. 6 shows the elastomer spring from FIG. 5 in a compressed state;
Figur 7 die Elastomerfeder aus Fig. 5 und 6 in einer perspektivischen Ansicht; und FIG. 7 shows the elastomer spring from FIGS. 5 and 6 in a perspective view; and
Figur 8 eine weitere beispielhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen Elastomerfeder in einer Seitenansicht. FIG. 8 shows a further exemplary embodiment of an elastomer spring according to the invention in a side view.
In der folgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungen der vorliegenden Erfindung ist eine erfindungsgemäße Elastomerfeder für eine Azimutbremse eines Azimutantriebs einer Windenergieanlage (WEA) im Allgemeinen mit der Bezugsziffer 1 versehen. Eine erfindungsgemäße Azimutbremse ist allgemein mit der Bezugsziffer 10 versehen und der zugehörige Azimutantrieb ist im Allgemeinen mit der Bezugsziffer 100 versehen. In the following description of exemplary embodiments of the present invention, an elastomer spring according to the invention for a yaw brake of a yaw drive of a wind energy plant (WEA) is generally provided with the reference number 1 . A yaw brake in accordance with the present invention is generally designated by the reference numeral 10 and the associated yaw drive is generally designated by the reference numeral 100 .
Figur 1 zeigt eine perspektivische Prinzipskizze eines Ausschnitts eines Azimutantriebs 100 einer Windenergieanlage. Eine Windenergieanlage umfasst in der Regel einen ortsfesten Turm 101 und eine drehbar mit dem Turm 101 verbundene Gondel 103. Über die Drehverbindung kann die Gondel 103 um eine vertikale Achse gedreht werden, um die Gondel 103 und einen drehbar an der Gondel 103 gelagerten Rotor (nicht dargestellt) mit wenigstens einem Rotorblatt, dem Wind nachzuführen und wieder abzubremsen. Dadurch stehen die Rotorblätter immer in einer für die Energieumwandlung optimalen Position zur Windrichtung. In Figur 1 ist die Drehverbindung zwischen dem Turm 101 und der Gondel 103 durch den Azimutantrieb 100 realisiert. FIG. 1 shows a perspective basic sketch of a section of an azimuth drive 100 of a wind energy installation. A wind turbine generally comprises a stationary tower 101 and a nacelle 103 rotatably connected to the tower 101. The nacelle 103 can be rotated about a vertical axis via the slewing ring, in order to rotate the nacelle 103 and a rotor (not shown) with at least one rotor blade to track the wind and brake again. As a result, the rotor blades are always in the optimal position for energy conversion in relation to the wind direction. In FIG. 1, the rotary connection between the tower 101 and the gondola 103 is realized by the azimuth drive 100.
Der Azimutantrieb 100 umfasst einen Zahnkranz 105 mit einer außenseitigen Verzahnung, der auch als Azimutring bezeichnet wird, der drehfest mit dem Turm 101 verbunden ist. Der Azimutantrieb 100 umfasst außerdem mehrere Stellmotoren bzw. Elektromotoren 107, die drehfest mit der Gondel 103 verbunden sind und über jeweils ein Zahnrad 106 verzahnend in die Außenverzahnung des Azimutrings 105 eingreifen, um sich gegenüber dem Azimutring 105 in eine Drehbewegung zu versetzen und damit die Gondel 103 zu bewegen. Zum Abbremsen der Gondel 103 umfasst der Azimutantrieb 100 in Figur 1 außerdem vier gleichmäßig über den Umfang des Azimutrings 105 verteilte Azimutbremsen 10. In Figur 1 ist zu erkennen, dass die Azimutbremsen 10 jeweils eine im Wesentlichen C-förmige Struktur aufweisen und den Azimutring 105 schellenartig umgreifen. Zum Abbremsen der Gondel 103 ist zwischen einer Azimutbremse 10 und einer bezüglich der Vertikalrichtung betrachteten Oberseite 108 und Unterseite 110 des Azimutrings 105 jeweils ein Reibkontakt, normalerweise in Form von Gleitbelägen 3 an der Azimutbremse 10 ausgebildet. Zum Vorspannen der Gleitbeläge 3 in Richtung des Azimutrings 105 und somit zum Erzeugen einer Reibkraft zwischen dem Azimutring 105 und den Gleitbelägen 3 werden bei der Azimutbremse 10 in Figur 1 erfindungsgemäße Elastomerfedern 1 verwendet. In Figur 1 ist zu erkennen, dass eine Azimutbremse 10 durch die C-förmige Struktur sowohl Gleitbeläge 3 und zugehörige Elastomerfedern 1 aufweist, die einen Reibkontakt mit der Unterseite 110 des Azimutrings 105 herst eilen als auch Gleitbeläge 3 und zugehörige Elastomerfedern 1, die einen Reibkontakt mit der Oberseite 108 des Azimutrings 105 herstellen. Auf diese Weise kann die Bremswirkung der Azimutbremse 10 erhöht werden. The azimuth drive 100 includes a ring gear 105 with external teeth, which is also referred to as an azimuth ring, which is connected to the tower 101 in a rotationally fixed manner. The azimuth drive 100 also includes a plurality of servomotors or electric motors 107, which are rotatably connected to the nacelle 103 and each a gear wheel 106 meshingly engages the external teeth of the azimuth ring 105 in order to rotate relative to the azimuth ring 105 and thus to move the nacelle 103 . For braking the gondola 103, the yaw drive 100 in Figure 1 also includes four yaw brakes 10 distributed evenly over the circumference of the yaw ring 105. In Figure 1 it can be seen that the yaw brakes 10 each have a substantially C-shaped structure and the yaw ring 105 like a clamp embrace. In order to brake the nacelle 103, frictional contact is provided between an azimuth brake 10 and an upper side 108 and lower side 110 of the azimuth ring 105 viewed in the vertical direction, normally in the form of sliding linings 3 on the azimuth brake 10. Elastomer springs 1 according to the invention are used in the azimuth brake 10 in FIG. In Figure 1 it can be seen that a yaw brake 10, due to the C-shaped structure, has both sliding linings 3 and associated elastomer springs 1, which make frictional contact with the underside 110 of azimuth ring 105, and sliding linings 3 and associated elastomer springs 1, which make frictional contact with the top 108 of the azimuth ring 105. In this way, the braking effect of the azimuth brake 10 can be increased.
Die Verwendung von erfindungsgemäßen Elastomerfedern 1 für eine Azimutbremse 10 hat sich als vorteilhaft erwiesen, weil sich die Elastomerfedern 1 im Gegensatz zu im Stand der Technik verwendeten Tellerfederpaketen durch hervorragende Notlaufeigenschaften auszeichnen. Der Grund dafür ist, dass die Vorspannung nicht komplett verloren geht, wenn eine Elastomerfeder 1 beschädigt wird, so dass diese einfach bei der nächsten geplanten Wartung ausgetauscht werden kann. Außerdem ist das Ausfallrisiko bei erfindungsgemäßen Elastomerfedern 1 geringer als bei Tellerfederpaketen. Auf die erfindungsgemäßen Elastomerfedern 1 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren 3 bis 8 eingegangen. The use of elastomer springs 1 according to the invention for a yaw brake 10 has proven to be advantageous because the elastomer springs 1 are characterized by excellent emergency running properties, in contrast to the disk spring assemblies used in the prior art. The reason for this is that the preload is not completely lost when an elastomeric spring 1 is damaged, so it can easily be replaced at the next scheduled maintenance. In addition, the risk of failure with elastomer springs 1 according to the invention is lower than with disk spring assemblies. The elastomer springs 1 according to the invention are discussed below with reference to FIGS.
Figur 2 zeigt eine Azimutbremse 10 des Azimutantriebs 100 aus Figur 1 in einer schematischen Seitenansicht. Die Azimutbremse 10 in Figur 2 stellt den unteren Teil einer Azimutbremse 10 aus Figur 1 dar, sodass in Figur 2 exemplarisch die Bremskrafterzeugung über einen Reibkontakt mit der Unterseite 110 des Azimutrings 105 erfolgt. Die Azimutbremse 10 kann zusätzlich auch den oberen Teil der Äzimutbremse 10 aus Figur 1 umfassen, der einen Reibkontakt mit der Oberseite 108 des Azimutrings 105 erzeugt, und im Wesentlichen identisch aufgebaut ist. Der obere Teil der Azimutbremse 10 ist in der Ausführung in Figur 2 jedoch nicht dargestellt. FIG. 2 shows a yaw brake 10 of the yaw drive 100 from FIG. 1 in a schematic side view. The yaw brake 10 in FIG. 2 represents the lower part of a yaw brake 10 from FIG. The azimuth brake 10 can also use the upper part of the Azimuth brake 10 include from Figure 1, which creates a frictional contact with the top 108 of the azimuth ring 105, and is constructed substantially identically. However, the upper part of the azimuth brake 10 is not shown in the embodiment in FIG.
Die Ausführung einer erfindungsgemäßen Azimutbremse 10 in den Figuren 2 bis 4 umfasst vier mit dem Azimutring 105 in einem Gleitkontakt stehende Gleitscheiben 3 und vier jeweils einer der Gleitscheiben 3 zugeordnete erfindungsgemäße Elastomerfedern 1, die später im Detail beschrieben werden, zum Vorspannen der Gleitscheiben 3 gegen den Azimutring 105 zur Erzeugung einer Reibkontakts. The embodiment of a yaw brake 10 according to the invention in Figures 2 to 4 comprises four sliding disks 3 in sliding contact with the yaw ring 105 and four elastomer springs 1 according to the invention, each assigned to one of the sliding disks 3, which are described in detail later, for prestressing the sliding disks 3 against the Azimuth ring 105 to create frictional contact.
Die Figuren 3 und 4 zeigen die Azimutbremse 10 aus Figur 2 jeweils in einer Schnittansicht entsprechend der Linien III-III und IV-IV, um die Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Elastomerfeder 1 bzw. einer erfindungsgemäßen Azimutbremse 10 zu verdeutlichen. In Figur 3 ist eine Elastomerfeder 1 in einem ungespannten Zustand dargestellt, was dazu führt, dass die der Elastomerfeder 1 zugeordnete Azimutbremseinheit 10 keine Bremskraft auf den Azimutring 105 aufbaut. In Figur 4 ist eine weitere Elastomerfeder 1 in einem gespannten Zustand dargestellt ist, was dazu führt, dass die der weiteren Elastomerfeder 1 zugeordnete Azimutbremseinheit 10 eine Bremskraft auf den Azimutring 105 aufbaut und die Gondel 103 abgebremst wird. Die Vorspannkraft der Azimutbremse 10 bzw. einer einzelnen Azimutbremseinheit 10 ist dabei über einen Kompressionsgrad der Elastomerfedern 1 einstellbar. Der Kompressionsgrad einer Elastomerfeder 1 gibt an, wie stark sich die Elastomerfeder 1 komprimieren kann und bestimmt die durch die Kompression der Elastomerfeder 1 erzeugbare Deformationsrückstellkraft. FIGS. 3 and 4 show the yaw brake 10 from FIG. 2 in a sectional view along the lines III-III and IV-IV in order to clarify the functioning of an elastomer spring 1 according to the invention or a yaw brake 10 according to the invention. FIG. 3 shows an elastomer spring 1 in an unstressed state, which means that the azimuth brake unit 10 assigned to the elastomer spring 1 does not build up any braking force on the azimuth ring 105 . Another elastomer spring 1 is shown in a tensioned state in FIG. The biasing force of the yaw brake 10 or an individual yaw brake unit 10 can be adjusted via a degree of compression of the elastomer springs 1 . The degree of compression of an elastomer spring 1 indicates how much the elastomer spring 1 can be compressed and determines the deformation restoring force that can be generated by the compression of the elastomer spring 1 .
Die Azimutbremse 10 weist eine drehfest mit der Gondel 103 verbundene Aufnahme 5 für die Elastomerfedern 1 auf. Die Aufnahme 5 hat in den Ausführungen in den Figuren 2 bis 4 eine L-förmige Struktur und ist in Vertikalrichtung unterhalb des Azimutrings 105 und oberhalb des Turms 101 (in den Figuren 2 bis 4 nicht dargestellt) in der Windenergieanlage angeordnet. Die Aufnahme 5 grenzt also mit einer Oberseite 6 an den Azimutring 105 und mit einer Unterseite 8 an den Turm 101 an. An der Unterseite 8 besteht kein direkter Kontakt mit dem Turm 101, um eine Drehung der Aufnahme 5 gegenüber dem Turm 101 zu ermöglichen. An der Oberseite 6 der Aufnahme besteht entweder auch kein direkter Kontakt mit dem Azimutring 105 oder die Oberseite 6 der Aufnahme 5 und die Unterseite 110 des Azimutrings 105 sind so ausgebildet, dass sie eine Drehung der Aufnahme 5 gegenüber dem mit dem Turm 101 drehfest verbundenen Azimutring 105 nicht beeinträchtigen. The azimuth brake 10 has a receptacle 5 for the elastomer springs 1 which is connected to the nacelle 103 in a rotationally fixed manner. In the embodiments in FIGS. 2 to 4, the receptacle 5 has an L-shaped structure and is arranged in the vertical direction below the azimuth ring 105 and above the tower 101 (not shown in FIGS. 2 to 4) in the wind turbine. The receptacle 5 thus borders on the azimuth ring 105 with an upper side 6 and on the tower 101 with a lower side 8 . There is no direct contact with the tower 101 on the underside 8 in order to allow the receptacle 5 to rotate with respect to the tower 101 . At the top 6 of the recording there is either no direct contact with the azimuth ring 105 or the top 6 of the Receptacle 5 and the underside 110 of the azimuth ring 105 are designed in such a way that they do not impair a rotation of the receptacle 5 relative to the azimuth ring 105 which is non-rotatably connected to the tower 101 .
In der Ausführung in den Figuren 2 bis 4 weist die Aufnahme 5 jeweils eine zylindrische Vertiefung 7 für jede Elastomerfeder 1 auf, in der die Elastomerfeder 1 und die zugehörige Gleitscheibe 3, die in Vertikalrichtung zwischen der Elastomerfeder 1 und dem Azimutring 105 angeordnet ist, translatorisch verlagerbar sind. Die Vertiefungen 7 erstrecken sich von der dem Azimutring 105 zugewandten Oberseite 6 der Aufnahme 5 ins Innere der Aufnahme 5. Über die translatorische Verlag erbarkeit ist es möglich, dass sich die Elastomerfeder 1 in der Vertiefung 7 komprimieren kann. Außerdem ist es durch die translatorische Verlagerbarkeit möglich sicherzustellen, dass wenn die Elastomerfeder 1 wie in Figur 3 dargestellt in einem entspannten Zustand ist und keine Bremskraft auf den Azimutring 105 aufgebaut werden soll, kein Kontakt zwischen der Gleitscheibe 3 der Azimutbremseinheit 10 und dem Azimutring 105 besteht, der einen Reibungswiderstand beim Drehen der Gondel 103 erzeugen würde. In Figur 3 ist ersichtlich, dass zwischen der Gleitscheibe 3 und dem Azimutring 105 im ungespannten Zustand ein Spalt 12 ausgebildet ist. Wenn die Elastomerfeder 1, wie in Figur 4 dargestellt komprimiert wird, wird diese zunächst translatorisch in Richtung des Azimutrings 105 bewegt, so dass kein Spalt 12 mehr zwischen der Gleitscheibe 3 und dem Azimutring 105 besteht und erst dann wird die Elastomerfeder 1 komprimiert. Dabei entsteht ein Abstand zwischen der Elastomerfeder 1 und einem Vertiefungsgrund 25 der Vertiefung 7. Der Spalt 12 ist so dimensioniert, dass er einerseits groß genug ist, um sicherzustellen, dass im entspannten Zustand der Elastomerfeder 1 kein Kontakt zwischen der Gleitscheibe 3 und dem Azimutring 105 besteht und andererseits klein genug ist um die Bremswirkung bei einer Betätigung der Azimutbremse 10 bzw. der Azimutbremseinheit 10 möglichst wenig zu verzögern. Die zylindrischen Vertiefungen 7 weisen den gleichen Durchmesser wie die Elastomerfedern 1 auf, so dass die Elastomerfeder 1 in einem umlaufenden Kontakt mit den Innenwänden 23 der Vertiefung 7 steht. In the embodiment in Figures 2 to 4, the receptacle 5 has a cylindrical depression 7 for each elastomer spring 1, in which the elastomer spring 1 and the associated sliding disk 3, which is arranged in the vertical direction between the elastomer spring 1 and the azimuth ring 105, translationally are relocatable. The indentations 7 extend from the upper side 6 of the receptacle 5 facing the azimuth ring 105 into the interior of the receptacle 5. The translational displacement capability makes it possible for the elastomer spring 1 to be able to compress in the indentation 7. In addition, the translational displaceability makes it possible to ensure that when the elastomer spring 1 is in a relaxed state, as shown in FIG , which would generate frictional resistance when the gondola 103 rotates. It can be seen in FIG. 3 that a gap 12 is formed between the sliding disk 3 and the azimuth ring 105 in the unstressed state. When the elastomer spring 1 is compressed, as shown in FIG. 4, it is first moved translationally in the direction of the azimuth ring 105 so that there is no longer a gap 12 between the sliding disk 3 and the azimuth ring 105 and only then is the elastomer spring 1 compressed. This creates a distance between the elastomer spring 1 and a depression base 25 of the depression 7. The gap 12 is dimensioned in such a way that on the one hand it is large enough to ensure that in the relaxed state of the elastomer spring 1 there is no contact between the sliding disk 3 and the azimuth ring 105 and on the other hand is small enough to delay the braking effect as little as possible when the yaw brake 10 or the yaw brake unit 10 is actuated. The cylindrical indentations 7 have the same diameter as the elastomer springs 1 so that the elastomer spring 1 is in circumferential contact with the inner walls 23 of the indentation 7 .
Die Aufnahme 5 umfasst in der Ausführung in den Figuren 2 bis 4 eine Einrichtung zum Komprimieren der Elastomerfedern 1, die für jede Elastomerfeder 1 eine Schraube 9 zum Komprimieren der jeweiligen Elastomerfeder 1 aufweist. Die Schraube 9 ragt von der Unterseite 8 der Aufnahme 5 derart in die Aufnahme 5 bzw. die zylindrische Vertiefung 7 hinein, dass sie zum Komprimieren der Elastomerfeder 1 zunehmend in die Aufnahme 5 bzw. die zylindrische Vertiefung 7 eingeschraubt wird und auf die Elastomerfeder 1 drückt. Zur gleichmäßigen Übertragung der Kraft von der Schraube 9 auf die Elastomerfeder 1 ist jeweils eine Scheibe 11 zwischen der Schraube 9 und der Elastomerfeder 1 vorgesehen, die die gleichen Außenabmessungen wie die Elastomerfeder 1 und die Vertiefung 7 aufweist. Die Scheibe 11 wird bei einer Betätigung der Azimutbremseinheit 10 von der Schraube 9 in der zylindrischen Vertiefung 7 in Richtung des Azimutrings 105 gedrückt, um die Elastomerfeder 1 zu komprimieren und eine Vorspannkraft auf die Gleitscheibe 3 zu erzeugen. Die Elastomerfeder 1 stützt sich also beim Einfedern zum Erhöhen der Vorspannkraft auf die Gleitscheibe 3 an der Scheibe 11 der Aufnahme 5 ab.. Die Elastomerfeder 1 drückt also die Gleitscheibe 3 gegen den Azimutring 105 und die Aufnahme 5 bzw. die damit verbundene Gondel 103 wird abgebremst. In the embodiment in FIGS. 2 to 4, the receptacle 5 comprises a device for compressing the elastomer springs 1, which has a screw 9 for compressing the respective elastomer spring 1 for each elastomer spring. The screw 9 protrudes from the Underside 8 of the receptacle 5 into the receptacle 5 or the cylindrical recess 7 in such a way that it is increasingly screwed into the receptacle 5 or the cylindrical recess 7 to compress the elastomer spring 1 and presses on the elastomer spring 1 . For the uniform transmission of the force from the screw 9 to the elastomer spring 1, a washer 11 is provided between the screw 9 and the elastomer spring 1, which has the same outer dimensions as the elastomer spring 1 and the recess 7. When the yaw brake unit 10 is actuated, the disk 11 is pressed by the screw 9 in the cylindrical depression 7 in the direction of the yaw ring 105 in order to compress the elastomer spring 1 and generate a prestressing force on the sliding disk 3 . The elastomer spring 1 is therefore supported on the disk 11 of the mount 5 during compression to increase the prestressing force on the sliding disk 3. The elastomer spring 1 thus presses the sliding disk 3 against the azimuth ring 105 and the mount 5 or the gondola 103 connected to it braked.
Anhand der Figuren 5 bis 7 wird im Folgenden der Aufbau einer erfindungsgemäßen Elastomerfeder 1 im Detail beschrieben. In Figur 5 ist die Elastomerfeder 1 im ungespannten Zustand, wie in Figur 3 dargestellt, in einer Seitenansicht und in Figur 7 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Figur 6 zeigt die Elastomerfeder 1 im gespannten Zustand, wie in Figur 4 dargestellt. The structure of an elastomer spring 1 according to the invention is described in detail below with reference to FIGS. FIG. 5 shows the elastomer spring 1 in the unstressed state, as shown in FIG. 3, in a side view and in FIG. 7 in a perspective view. FIG. 6 shows the elastomer spring 1 in the tensioned state, as shown in FIG.
Eine erfindungsgemäße Elastomerfeder 1 umfasst einen aus einem Stück hergestellten Elastomerkörper 2, der beispielsweise durch Polymerisation, Polykondensation, Polyaddition oder Vulkanisation hergestellt werden kann. Das Elastomermaterial kann beispielsweise ein Gießelastomer, insbesondere Polyurethan, wie Ureiast sein. Der Elastomerkörper 2 kann sich in Federrichtung F elastisch deformieren und komprimieren. Der Elastomerkörper 2 ist rotationsförmig und achsensymmetrisch bezüglich einer Mittelachse M ausgebildet, die auch die Federrichtung F definiert. An elastomer spring 1 according to the invention comprises an elastomer body 2 produced in one piece, which can be produced, for example, by polymerisation, polycondensation, polyaddition or vulcanisation. The elastomeric material can be, for example, a cast elastomer, in particular polyurethane, such as Ureiast. The elastomer body 2 can deform and compress elastically in the spring direction F. The elastomer body 2 is rotationally shaped and axisymmetric with respect to a central axis M, which also defines the spring direction F.
Die Elastomerfeder 1 weist eine in Federrichtung F des Elastomerkörpers 2 weisende Oberseite 13 und eine in Federrichtung F des Elastomerkörpers 2 weisende Unterseite 15 auf, die der Oberseite 13 gegenüberliegt. Die Oberseite 13 und die Unterseite 15 sind jeweils als ebene Scheiben 14, 16 realisiert und dienen zum Übertragen von Federkräften in Federrichtung F. Die Ausführung der Elastomerfeder 1 in den Figuren 5 bis 7 umfasst außerdem zwei identisch geformte Vorspannkomponenten 17, die die Oberseite 13 und die Unterseite 15 des Elastomerkörpers 2 miteinander verbinden und jeweils eine von außen betrachtet konkav gekrümmte Mantelfläche 19 aufweisen. Die Vorspannkomponenten 17 sind in Federrichtung F betrachtet in Reihe angeordnet. Zwischen den zwei Vorspannkomponenten 17 befindet sich eine ebene Trennscheibe 21, die die beiden Vorspannkomponenten 17 voneinander trennt. Die Trennscheibe 21 weist dieselbe Form und die dieselben Außenabmessungen wie die Scheiben 14, 16 an der Oberseite 13 und der Unterseite 15 des Elastomerkörpers 2 auf. Die Scheiben 14, 16 an der Oberseite 13 und der Unterseite 15, die Vorspannkomponenten 17 und die Trennscheibe 21 sind erfindungsgemäß aus einem Stück hergestellt. The elastomer spring 1 has an upper side 13 pointing in the spring direction F of the elastomer body 2 and an underside 15 pointing in the spring direction F of the elastomer body 2 , which is opposite the upper side 13 . The upper side 13 and the lower side 15 are each realized as flat discs 14, 16 and are used to transmit spring forces in the spring direction F. The embodiment of the elastomer spring 1 in FIGS. 5 to 7 includes in addition, two identically shaped pretensioning components 17, which connect the upper side 13 and the lower side 15 of the elastomer body 2 to one another and each have a lateral surface 19 that is concavely curved when viewed from the outside. The prestressing components 17 are arranged in series when viewed in the spring direction F. Between the two prestressing components 17 there is a flat separating disk 21 which separates the two prestressing components 17 from one another. The cutting disc 21 has the same shape and the same external dimensions as the discs 14 , 16 on the upper side 13 and the lower side 15 of the elastomer body 2 . The discs 14, 16 on the top 13 and the bottom 15, the biasing components 17 and the cutting disc 21 are made according to the invention in one piece.
Bei einem Vergleich von Figur 5 und Figur 6 sowie in Zusammenschau mit Figur 3 und 4 ist die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Elastomerfeder 1 ersichtlich. Beim Einfedern werden die Scheiben 14,16 an der Oberseite 13 und der Unterseite 15 des Elastomerkörpers 2 bzw. die Trennscheibe 21 zwischen den zwei Vorspannkomponenten 17 aufeinander zu bewegt. Die Scheiben 14,16 bzw. die Trennscheibe 21 bleiben dabei undeformiert. Dadurch komprimieren sich die Vorspannkomponenten 17 zwischen den Scheiben 14,16,21 elastisch, so dass sich eine Faltenbalg- oder Ziehharmonika-artige Struktur der Elastomerfeder 1 ergibt. Durch die Komprimierung der Vorspannkomponenten 17 nimmt die Krümmung der jeweiligen Mantelfläche 19 ab, weil das Elastomermaterial der Vorspannkomponenten 17 nach radial außen verdrängt wird. Deswegen ist die Krümmung der Mantelflächen 19 der Vorspannkomponenten 17 im komprimierten Zustand der Elastomerfeder 1 in Figur 6 und Figur 4 geringer ist als im entspannten Zustand der Elastomerfeder 1 in Figur 5 und Figur 3. Wenn die Elastomerfeder 1 nicht mehr komprimiert wird, bewegen sich die Scheiben 14,16 an der Oberseite 13 und der Unterseite 15 bzw. die Trennscheibe 21 beim Ausfedern entsprechend wieder voneinander weg, so dass sich die Vorspannkomponenten 17 wieder ausdehnen und die Krümmung der Mantelflächen 19 zunimmt. Die zwei Vorspannkomponenten 17 können durch die Trennscheibe 21 unabhängig voneinander komprimiert und ausgedehnt werden, so dass auch unterschiedliche Krümmungen der beiden Mantelflächen 19 möglich sind. The mode of operation of the elastomer spring 1 according to the invention can be seen in a comparison of FIG. 5 and FIG. 6 as well as in a synopsis with FIGS. During compression, the disks 14 , 16 on the upper side 13 and the lower side 15 of the elastomer body 2 or the separating disk 21 are moved towards one another between the two prestressing components 17 . The discs 14, 16 and the cutting disc 21 remain undeformed. As a result, the pretensioning components 17 are elastically compressed between the discs 14, 16, 21, so that a bellows-like or accordion-like structure of the elastomer spring 1 results. Due to the compression of the prestressing components 17, the curvature of the respective lateral surface 19 decreases because the elastomer material of the prestressing components 17 is displaced radially outwards. Therefore, the curvature of the lateral surfaces 19 of the prestressing components 17 in the compressed state of the elastomer spring 1 in Figure 6 and Figure 4 is less than in the relaxed state of the elastomer spring 1 in Figure 5 and Figure 3. When the elastomer spring 1 is no longer compressed, the Discs 14, 16 on the top 13 and the bottom 15 or the separating disc 21 correspondingly move away from each other again during rebound, so that the prestressing components 17 expand again and the curvature of the lateral surfaces 19 increases. The two prestressing components 17 can be compressed and expanded independently of one another by the separating disk 21, so that different curvatures of the two lateral surfaces 19 are also possible.
Beim Einfedern wird durch die Komprimierung der Vorspannkomponenten 17 eine elastische Deformationsrückstellkraft aufgebaut, die von dem Elastomerkörper 2 über die Scheiben 14,16 an der Oberseite 13 und der Unterseite 15 als Vorspannkraft in Federrichtung F übertragen werden kann. Diese Vorspannkraft kann beispielsweise die in einer Äzimutbremse 10 benötigte Reibkraft zum Abbremsen der Gondel 103 einer Windkraftenergieanlage erzeugen. In Figur 3 sind die Scheiben 14,16,21 weit voneinander entfernt, so dass die Vorspannkomponenten 17 nicht komprimiert werden und die Elastomerfeder 1 entspannt ist. Es wird also keine Deformationsrückstellkraft und somit keine Vorspannkraft erzeugt. In Figur 4 werden zum Bremsen zunächst die Elastomerfeder 1 und die in Vertikalrichtung unmittelbar darüber angeordnete Gleitscheibe 3 durch Einschrauben der Schraube 9 in der Vertiefung 7 in Richtung des Azimutrings 105 geschoben. Wenn ein Kontakt zwischen der Gleitscheibe 3 und dem Azimutring 105 besteht, also wenn der Spalt 12 zwischen der Gleitscheibe 3 und dem Azimutring 105 geschlossen ist, bewegen sich die Scheiben 14,16,21 der Elastomerfeder 1 aufeinander zu, so dass die dazwischenliegenden Vorspannkomponenten 17 komprimiert werden und die Krümmung der Mantelflächen 19 abnimmt. Dadurch wird eine Deformationsrückstellkraft erzeugt, die als Vorspannkraft genutzt werden kann. Da die Unterseite 15 der Elastomerfeder 1 in der Ausführung in Figur 4 fest an der mit der Schraube 9 verbundenen Scheibe 11 anliegt und sich folglich nicht bewegen kann, wird die Vorspannkraft über die Oberseite 13 der Elastomerfeder 1 auf die Gleitscheibe 3 übertragen, die dadurch gegen den Azimutring 105 gedrückt wird. Dadurch entsteht eine Reibkraft zwischen der Gleitscheibe 3 und dem Azimutring 105, der die Aufnahme 5 in der die Elastomerfeder 1 untergebracht ist und die damit verbundene Gondel 103 der Windkraftenergieanlage abbremst. During deflection, an elastic deformation restoring force is built up by the compression of the prestressing components 17, which is transmitted by the elastomer body 2 the discs 14,16 on the top 13 and the bottom 15 can be transmitted as a biasing force in the spring direction F. This prestressing force can, for example, generate the frictional force required in an azimuth brake 10 for braking the nacelle 103 of a wind power plant. In FIG. 3, the discs 14, 16, 21 are far apart, so that the prestressing components 17 are not compressed and the elastomer spring 1 is relaxed. So no deformation restoring force and thus no prestressing force is generated. In FIG. 4, the elastomer spring 1 and the sliding disk 3 arranged directly above it in the vertical direction are first pushed in the direction of the azimuth ring 105 by screwing in the screw 9 in the recess 7 for braking. When there is contact between the sliding disk 3 and the azimuth ring 105, i.e. when the gap 12 between the sliding disk 3 and the azimuth ring 105 is closed, the disks 14,16,21 of the elastomer spring 1 move towards one another, so that the prestressing components 17 are compressed and the curvature of the lateral surfaces 19 decreases. This generates a deformation restoring force that can be used as a preload force. Since the underside 15 of the elastomer spring 1 in the embodiment in Figure 4 rests firmly on the disk 11 connected to the screw 9 and consequently cannot move, the prestressing force is transmitted via the upper side 13 of the elastomer spring 1 to the sliding disk 3, which is thereby counteracted the azimuth ring 105 is pressed. This creates a frictional force between the sliding disk 3 and the azimuth ring 105, which decelerates the receptacle 5 in which the elastomer spring 1 is accommodated and the nacelle 103 of the wind power plant connected thereto.
Durch die konkav gekrümmte Mantelfläche 19 der Vorspannkomponenten 17 kann die Elastomerfeder 1 sehr hohen Belastungen ausgesetzt werden, weil so ein viskoelastischer Effekt genutzt werden kann. Außerdem können im Vergleich zu Elastomerfedern mit zylindrischem Querschnitt der nötige Bauraum und die Materialkosten reduziert werden. Durch die konkav gekrümmte Mantelfläche 19 der Vorspannkomponenten 17 entsteht außerdem ein größerer Ausweichraum für das Elastomermaterial der Vorspannkomponenten 17, so dass die Deformationsrate bzw. der Kompressionsgrad der Elastomerfeder 1 erhöht ist. Zur Einstellung des Kompressionsgrads bzw. des Ausdehnungsgrads der Vorspannkomponenten 17 und damit der Elastomerfeder 1 sind sowohl die Abmessungen in Axialrichtung und Radialrichtung des Elastomerkörpers 2 bzw. der Vorspannkomponenten 17 als auch der Krümmungsradius der Mantelflächen 19 der Vorspannkomponenten 17 relevant. The elastomer spring 1 can be exposed to very high loads due to the concavely curved lateral surface 19 of the prestressing components 17 because a viscoelastic effect can be used in this way. In addition, compared to elastomer springs with a cylindrical cross-section, the space required and the material costs can be reduced. The concavely curved lateral surface 19 of the prestressing components 17 also creates a larger escape space for the elastomer material of the prestressing components 17, so that the deformation rate or the degree of compression of the elastomer spring 1 is increased. In order to adjust the degree of compression or the degree of expansion of the prestressing components 17 and thus of the elastomer spring 1, the dimensions in the axial direction and in the radial direction of the elastomer body 2 or the prestressing components 17 and the radius of curvature of the lateral surfaces 19 of the prestressing components 17 are relevant.
In Bezug auf Figur 3 und Figur 4 ist ersichtlich, dass die Scheiben 14,16 an der Oberseite 13 und der Unterseite 15 und die Trennscheibe 21 Klemmabschnitte darstellen, die einen Umfangskontakt mit der Aufnahme 5 bzw. der zylindrischen Vertiefung 7 bilden und die Elastomerfeder 1 so in der Vertiefung 7 zentrieren und fixieren. Die Klemmabschnitte 14,16,21 bestimmen somit die maximale Abmessung der Elastomerfeder 1 quer zur Federrichtung F. Bei einer Komprimierung der Elastomerfeder 1 gleiten die Klemmabschnitte 14,16,21 an den Innenflächen 23 der Vertiefung 7 entlang. Außerdem ist ersichtlich, dass sich das Elastomermaterial der Vorspannkomponenten 17 in einen zwischen der Innenwand 23 der Vertiefung 7 und der Mantelfläche 19 resultierenden Ausweichraum ausdehnen bzw. ausweichen kann, wenn die Elastomerfeder 1 komprimiert wird. With reference to Figure 3 and Figure 4 it can be seen that the discs 14,16 on the top 13 and the bottom 15 and the cutting disc 21 represent clamping sections which form circumferential contact with the receptacle 5 or the cylindrical recess 7 and the elastomer spring 1 center and fix in the recess 7. The clamping sections 14 , 16 , 21 thus determine the maximum dimension of the elastomer spring 1 transversely to the spring direction F. When the elastomer spring 1 is compressed, the clamping sections 14 , 16 , 21 slide along the inner surfaces 23 of the depression 7 . It can also be seen that the elastomeric material of the pretensioning components 17 can expand or deviate into an escape space resulting between the inner wall 23 of the recess 7 and the jacket surface 19 when the elastomer spring 1 is compressed.
Figur 8 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen Elastomerfeder 1 in einer Seitenansicht. Bei der Ausführung in Figur 8 sind die Oberseite 13 und die Unterseite 15 des Elastomerkörpers 2 durch drei identisch geformte Vorspannkomponenten 17 mit jeweils konkaver Mantelfläche 19 verbunden. Jeweils zwei benachbarte Vorspannkomponenten 17 sind durch eine Trennscheibe 21 voneinander getrennt. Es ist auch möglich, dass eine erfindungsgemäße Elastomerfeder 1 mehr als drei Vorspannkomponenten 17 oder nur eine einzige Vorspannkomponente 17 zwischen der Oberseite 13 und der Unterseite 15 des Elastomerkörpers 2 aufweist. FIG. 8 shows a further exemplary embodiment of an elastomer spring 1 according to the invention in a side view. In the embodiment in FIG. 8, the upper side 13 and the lower side 15 of the elastomer body 2 are connected by three identically shaped prestressing components 17, each with a concave lateral surface 19. Two adjacent prestressing components 17 are separated from one another by a separating disk 21 . It is also possible for an elastomer spring 1 according to the invention to have more than three prestressing components 17 or only a single prestressing component 17 between the upper side 13 and the lower side 15 of the elastomer body 2 .
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein. BEZUGSZEICHENLISTE The features disclosed in the above description, the figures and the claims can be important both individually and in any combination for the implementation of the invention in the various configurations. REFERENCE LIST
1 Elastomerfeder 1 elastomer spring
10 Äzimutbremse 10 azimuth brake
100 Azimutantrieb 100 azimuth drive
2 Elastomerkörper 2 elastomer bodies
3 Gleitscheibe 3 sliding disc
5 Aufnahme 5 recording
6 Oberseite der Aufnahme 6 Top of the recording
7 zylindrische Vertiefung 7 cylindrical recess
8 Unterseite der Aufnahme8 Underside of the recording
9 Schraube 9 screw
11 Scheibe 11 disc
12 Spalt 12 column
13 Oberseite 13 top
14 Scheibe 14 disc
15 Unterseite i6 Scheibe 17 Vorspannkomponente 19 Mantelfläche 21 Trennscheibe 23 Aufnahmeinnenfläche 25 Vertiefungsgrund 101 Turm 103 Gondel 15 underside i6 disk 17 prestressing component 19 lateral surface 21 cutting disk 23 inner surface of the receptacle 25 base of the depression 101 tower 103 gondola
105 Azimutring 105 azimuth ring
106 Zahnrad 106 gear
107 Elektromotor 107 electric motor
108 Oberseite des Azimutrings 110 Unterseite des Aziumutrings 108 Top of azimuth ring 110 Bottom of azimuth ring

Claims

ANSPRÜCHE EXPECTATIONS
1. Elastomerfeder (l) für eine Äzimutbremse (io) eines Azimutantriebs (too) zum Nachführen einer Gondel (103) mit einem Rotor relativ zu einem Turm (101) einer Windenergieanlage, umfassend einen aus einem Stück hergestellten Elastomerkörper (2) mit einer in eine Federrichtung (F) des Elastomerkörpers (2) weisenden Ober- und Unterseite (13,15) zum Übertragen von Federkräften in Federrichtung (F) und einer die Ober- und die Unterseite (13,15) verbindenden Vorspannkomponente (17), die eine konkav gekrümmte Mantelfläche (19) aufweist. 1. Elastomer spring (l) for an azimuth brake (io) of an azimuth drive (too) for tracking a nacelle (103) with a rotor relative to a tower (101) of a wind turbine, comprising an elastomer body (2) made in one piece with an in a spring direction (F) of the elastomer body (2) pointing top and bottom (13,15) for transmitting spring forces in the spring direction (F) and the top and bottom (13,15) connecting prestressing component (17), the one has a concavely curved lateral surface (19).
2. Elastomerfeder (1) nach Anspruch 1, wobei die Vorspannkomponente (17) dazu eingerichtet ist, sich beim Einfedern derart elastisch zu komprimieren, dass die Krümmung der Mantelfläche (19) abnimmt. 2. Elastomer spring (1) according to claim 1, wherein the prestressing component (17) is adapted to be elastically compressed during compression in such a way that the curvature of the lateral surface (19) decreases.
3. Elastomerfeder (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vorspannkomponente (17) dazu eingerichtet ist, sich beim Ausfedern derart auszudehnen, dass die Krümmung der Mantelfläche (19) zunimmt. 3. Elastomer spring (1) according to claim 1 or 2, wherein the prestressing component (17) is adapted to expand during rebound in such a way that the curvature of the lateral surface (19) increases.
4. Elastomerfeder (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die4. elastomer spring (1) according to any one of the preceding claims, wherein the
Vorspannkomponente (17) sich beim Einfedem derart unter Aufbau einer elastischen Deformationsrückstellkraft elastisch komprimiert, dass der Elastomerkörper (2) über die Ober- und Unterseite (13,15) die Deformationsrückstellkraft als Vorspannkraft in Federrichtung (F) überträgt. Prestressing component (17) is elastically compressed during compression, building up an elastic deformation restoring force, in such a way that the elastomer body (2) transmits the deformation restoring force as a prestressing force in the spring direction (F) via the upper and lower sides (13,15).
5. Elastomerfeder (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der5. elastomer spring (1) according to any one of the preceding claims, wherein the
Elastomerkörper (2) wenigstens eine, insbesondere zwei oder drei, weitere insbesondere identisch geformte Vorspannkomponente (17) aufweist, wobei die Vorspannkomponenten (17) in Federrichtung (F) in Reihe angeordnet sind. The elastomeric body (2) has at least one, in particular two or three, further, in particular identically shaped, prestressing components (17), the prestressing components (17) being arranged in series in the spring direction (F).
6. Elastomerfeder (1) nach Anspruch 5, wobei zwei benachbarte Vorspannkomponenten (17) durch eine insbesondere ebene Trennscheibe (21) voneinander getrennt sind, die beim Ein- und/ oder Ausfedern im Wesentlichen undeformiert bleibt. 6. The elastomer spring (1) according to claim 5, wherein two adjacent prestressing components (17) are separated from one another by an in particular flat separating disk (21) which remains essentially undeformed during compression and/or rebound.
7. Elastomerfeder (1) nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Trennscheibe/n (21) dieselbe Form und/oder Außenabmessung wie die Ober- und Unterseite (13,15) aufweist/en. 7. Elastomer spring (1) according to claim 5 or 6, wherein the separating disc/s (21) has/have the same shape and/or external dimensions as the top and bottom (13, 15).
8. Azimutbremse (10) für einen Azimutantrieb (100) zum Nachführen einer Gondel (103) mit einem Rotor relativ zu einem Turm (101) einer Windenergieanlage, wobei der Azimutantrieb (100) einen drehfest mit dem Turm (101) verbundenen Azimutring (105) aufweist, umfassend eine mit dem Azimutring (105) in einem Gleitkontakt stehende Gleitscheibe (3) und eine insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildete Elastomerfeder (1) zum Vorspannen der Gleitscheibe (3) gegen den Azimutring (105), wobei die Elastomerfeder (1) aus einem Gießelastomer, insbesondere Polyurethan, wie Ureiast, hergestellt ist. 8. Yaw brake (10) for an yaw drive (100) for tracking a nacelle (103) with a rotor relative to a tower (101) of a wind turbine, the yaw drive (100) having an yaw ring (105 ) comprising a sliding contact with the azimuth ring (105) and an elastomer spring (1) designed in particular according to one of the preceding claims for prestressing the sliding disc (3) against the azimuth ring (105), the elastomer spring ( 1) is made from a cast elastomer, particularly polyurethane such as Ureiast.
9. Azimutbremse (10) nach Anspruch 8, ferner umfassend eine insbesondere gondelfeste Aufnahme (5) für die Elastomerfeder (1), in der die Elastomerfeder (1), insbesondere auch die Gleitscheibe (3), translatorisch verlagerbar ist. 9. azimuth brake (10) according to claim 8, further comprising a particular pod-fixed receptacle (5) for the elastomer spring (1), in which the elastomer spring (1), in particular also the sliding disk (3), is translationally displaceable.
10. Azimutbremse (10) nach Anspruch 9, wobei die Elastomerfeder (1) wenigstens zwei in Federrichtung (F) der Elastomerfeder (1) in einem Abstand zueinander angeordnete Klemmabschnitte (14,16,21) aufweist, die in einem umlaufenden Kontakt mit der Aufnahme (5) stehen und über eine konkav gekrümmte Mantelfläche (19) miteinander verbunden sind. 10. Yaw brake (10) according to claim 9, wherein the elastomer spring (1) has at least two clamping sections (14,16,21) which are arranged at a distance from one another in the spring direction (F) of the elastomer spring (1) and which are in circumferential contact with the Recording (5) are and a concave curved lateral surface (19) are connected to each other.
11. Azimutbremse (19) nach Anspruch 10, wobei sich die Klemmabschnitte (14,16,21) beim Einfedern der Elastomerfeder (1) zum Erhöhen der Vorspannkraft auf die Gleitscheibe (3) an der Aufnahme (5) derart abstützen, dass sie aufeinander zu bewegt werden und die Krümmung der Mantelfläche (19) abnimmt. 11. Azimuth brake (19) according to claim 10, wherein the clamping sections (14,16,21) during compression of the elastomer spring (1) to increase the biasing force on the sliding disk (3) on the receptacle (5) are supported in such a way that they are on each other to be moved and the curvature of the lateral surface (19) decreases.
12. Azimutbremse (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Vorspannkraft über einen Kompressionsgrad der Elastomerfeder (1) einstellbar ist. 12. Azimuth brake (10) according to any one of claims 8 to 11, wherein the biasing force is adjustable via a degree of compression of the elastomer spring (1).
13. Azimutbremse (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, ferner umfassend eine mechanische, hydraulische oder pneumatische Einrichtung zum Komprimieren der Elastomerfeder (1), wobei insbesondere die Einrichtung eine Schraube (9) umfasst. 13. Yaw brake (10) according to any one of claims 8 to 12, further comprising a mechanical, hydraulic or pneumatic device for compressing the elastomeric spring (1), wherein in particular the device comprises a screw (9).
14. Azimutantrieb (100) zum Nachführen einer Gondel (103) mit einem Rotor relativ zu einem Turm (101) einer Windenergieanlage, umfassend wenigstens einen Stellmotor (105) und eine nach einem der Ansprüche 8 bis 13 ausgebildete Azimutbremse (10). 14. Azimuth drive (100) for tracking a nacelle (103) with a rotor relative to a tower (101) of a wind turbine, comprising at least one Servomotor (105) and a yaw brake (10) designed according to one of Claims 8 to 13.
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Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1625353A1 (en) * 1967-11-22 1970-05-27 Goodyear Tire & Rubber Shock absorbers
CH577648A5 (en) * 1974-07-24 1976-07-15 Bbc Brown Boveri & Cie Electrically insulating spring washer - has embedded reinforcing fibres to increase resistance to axial spring deformation
DE19814629A1 (en) * 1998-03-26 1999-09-30 Tacke Windenergie Gmbh Arrangement for the rotatable mounting of the machine nacelle of a wind turbine
CN102216637B (en) * 2008-11-17 2014-07-16 弗朗茨·米奇 Asymmetrical mounting
CN201582339U (en) * 2009-12-31 2010-09-15 北京金自天和缓冲技术有限公司 Rubber spring balancing device
DE102012205090A1 (en) * 2012-03-29 2013-10-02 Repower Systems Se Gearbox mounting of a wind turbine, wind turbine and method for servicing a gearbox mounting

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