WO2013010754A2 - Fliehkraftbremse und fliehkraftkupplung - Google Patents

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WO2013010754A2
WO2013010754A2 PCT/EP2012/062281 EP2012062281W WO2013010754A2 WO 2013010754 A2 WO2013010754 A2 WO 2013010754A2 EP 2012062281 W EP2012062281 W EP 2012062281W WO 2013010754 A2 WO2013010754 A2 WO 2013010754A2
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Ulrich Kowatsch
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Suco Robert Scheuffele Gmbh & Co. Kg
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • Devices such as wind turbines or Kinderkarusseils should, if possible, be operated in a limited, relatively low speed range. For this purpose, it is necessary on the one hand, to be able to start the device with low energy consumption. On the other hand, a certain speed range should not be exceeded. It is known to use Fiiehkraftbremsen to avoid high speeds of rotating bodies. If, on the other hand, only low to medium speeds are to be limited, the brake drum of the centrifugal brake must be designed with a large diameter in order to press the brake shoe strong enough against the brake drum with a correspondingly high centrifugal force in order to decelerate it.
  • the braking force increases proportionally with the distance of the brake shoe to the axis of rotation, which corresponds to the axis of rotation of the brake unit to.
  • the frictional force of the brake shoe on the brake drum is insufficient to produce a speed of about 200 revolutions / min. up to 250 revolutions / min. or limit less.
  • a limitation of this speed range is necessary for many applications without the installation space for a large diameter brake drum available.
  • the rotation should be from manually operated
  • Child carousels or other rotating devices e.g. In
  • Amusement parks reduced to a low speed range, so as not to endanger the children or users playing on the carousel.
  • Speed of the rotor can be increased via a transmission.
  • the formation of the centrifugal brake is therefore correspondingly complex and expensive.
  • the invention is based on the object,
  • a centrifugal brake in particular for a wind turbine, to avoid high speeds, with at least one rotatable about a rotation axis brake unit, wherein the brake unit can be pressed against a brake drum
  • Has brake shoe and the brake shoe is connected to a movably arranged outside the brake drum weight of the brake unit, which pulls the brake shoe against the brake drum at low to medium speeds.
  • the movably disposed outside the brake drum weight rotates in an orbit having a radius which is greater than the radius of the orbit of the brake shoe.
  • the weight thus experiences a high centrifugal force, which is sufficient to pull the brake shoe firmly against the brake drum, so that it is braked.
  • the brake shoe is preferably pressed against an inner wall of the brake drum. On the brake shoe and / or the inside of the brake drum can be provided to increase the friction between the brake shoe and brake drum a corresponding brake pad.
  • the weight can be connected directly to the brake shoe. For this purpose it may be for example rod-shaped.
  • the weight can also be connected via a traction means with the brake shoe.
  • a pulling means a rope, a chain or the like can be used.
  • the traction means By the traction means, the radius of the orbit of the weight can be increased in a simple manner.
  • the weight can be connected directly to the brake shoe. For this purpose it may be for example rod-shaped.
  • the weight can also be connected via a traction means with the brake shoe.
  • a pulling means a rope, a chain or the like can be used.
  • the traction means for example, made of metal, the traction means, however, be made of a lighter material such as plastic.
  • the brake unit can in this way overall relatively easily
  • the weight is movably guided in a weight guide. This allows the position of the weight to be controlled.
  • the weight guide and / or the traction means may be part of the brake unit.
  • the weight guide can also be formed tangentially from the brake drum pioneering.
  • the weight guide may be formed in a round disc. Such a trained centrifugal brake, for example, easily integrated into a children's carousel or the like.
  • the weight guide is preferably formed in a rotor blade.
  • the weight guide is preferably formed in a rotor blade.
  • existing wind turbines can be retrofitted with such a centrifugal brake by replacing the rotor blades.
  • Several brake units are preferably provided on the centrifugal brake, wherein a respective spring element can be arranged or formed between the brake shoes of the brake units.
  • Brake drum on Furthermore, can be dispensed with by the mutual connection of the brake shoes on the spring elements on guides of the brake shoes in the interior of the brake drum.
  • the centrifugal brake is preferably rotationally symmetrical to
  • Rotary axis of a brake unit in particular rotationally symmetrical to the axis of rotation of all brake units. This allows a high degree of smoothness of the object to be braked and a particular
  • uniform loading of the brake drum can be achieved.
  • Centrifugal brake is an additional brake useful to support the centrifugal brake and / or to be able to stop completely equipped with the centrifugal brake device.
  • the centrifugal brake may have two relatively rotatable bearing units, wherein a first bearing unit has an expansion element on which a displaceable in dependence on the temperature of the expansion element first
  • Brake element is arranged or formed, which is movable against a second brake element, in particular a brake disc, the second bearing unit and one of the two bearing units comprises the brake drum.
  • Centrifugal brake is heated, whereby the expansion element expands and a first brake element, which is connected to the expansion element, pressed against a second brake element.
  • Centrifugal brake is supported or the rotation stopped completely. As soon as the centrifugal brake has cooled, the expansion element contracts and thus no longer presses against the second brake element with the first brake element. The auxiliary brake is thereby automatically released. An intervention of the user to release the brake is not necessary in contrast to known support systems for centrifugal brakes.
  • the centrifugal brake can be made particularly compact when the expansion element is arranged in the brake drum.
  • the first brake element can be movable against the force of a spring element.
  • the provision of the cooling expansion element is supported by the spring element. Since in the case of braking by the expansion element, the centrifugal brake is relieved, the heat generated during braking is released mainly in the region of the second braking element. This heat can preferably be returned to the expansion element. A slip-stick effect can be so by the sustainable warming of the
  • Brake element and the expansion element therefore preferably a thermal bridge is provided.
  • a thermal bridge is provided.
  • the device In order to use the entire lower speed range of the device, the device should also be able to start up quickly.
  • the invention therefore further relates to a centrifugal clutch for
  • Centrifugal clutch is arranged and the clutch drum of the Centrifugal clutch rotatably fixed to a shaft or is formed.
  • the rotatably mounted hub can already be rotated by very little use of force. Once a speed is reached, which is sufficient to pull the weight associated with the clutch shoe to the outside, the clutch shoe against the clutch drum, preferably the
  • the clutch drum is rotatably connected to the shaft, so that now the rotation to other elements of the device, such as a generator, can be passed.
  • the hub is mounted on the shaft which is non-rotatably connected to the clutch drum.
  • centrifugal brake applies analogously to the centrifugal clutch, wherein the brake unit corresponds to the coupling unit, the brake drum, the clutch drum and the brake shoe, the clutch shoe.
  • the brake unit corresponds to the coupling unit, the brake drum, the clutch drum and the brake shoe, the clutch shoe.
  • a weight guide, a traction means, a spring element between a plurality of clutch shoes, etc. may be provided on the centrifugal clutch.
  • the invention finally relates to a wind turbine with a
  • centrifugal brake according to the invention and / or a centrifugal clutch according to the invention.
  • This can also be a combination of a
  • Centrifugal clutch and another type of brake such as a hydraulic brake can be provided. Further features and advantages of the invention will become apparent from the following detailed description of an embodiment of the invention, with reference to the figures of the drawing, which shows essential to the invention, and from the claims.
  • Figure 1 is a side sectional view of a carousel with a centrifugal brake according to the invention.
  • Fig. 2 is a partial sectional view of a wind turbine with a centrifugal brake according to the invention
  • FIG. 3 is an enlarged view of the centrifugal brake of FIG. 2;
  • Fig. 4 is a sectional side view of a third
  • FIG. 5 is a sectional side view of an inventive
  • Fig. 1 shows in a sectional partial view of a children's carousel, which has a first centrifugal brake 10 according to the invention.
  • Carousel 10 has a disk 12 on which children can play, which at the same time is a weight guide.
  • a weight guide In FIG. 1, an infant 14 is shown by way of example.
  • the disc 12 should not be rotatable too quickly from the outside so as not to spin down the infant 14 playing on the disc 12. At the same time, the disc 12 at low
  • the carousel 10 has brake shoes 16a, 16b which are connected to weights 18a, 18b.
  • the weights 18a, 18b are in the form of rods and arranged radially distanced from the brake shoes 16a, 16b.
  • Weights 18a, 18b pulled radially outward, causing the
  • Brake shoes 16a, 16b are pressed against a brake drum 20.
  • the achievable speed range of the carousel 10 can thus be limited to low to medium speeds.
  • FIG. 2 Another centrifugal brake 10 x for a wind turbine is shown in FIG. 2 shown in a sectional plan view.
  • the centrifugal brake 10 ⁇ has three brake units 22 a, 22 b, 22 c, the rotationally symmetrical on a
  • Hub 24 of the wind turbine are arranged.
  • Brake units 22a, 22b, 22c each have one
  • Weight guide 12a ⁇ 12b ⁇ 12c ' which are each formed in the rotor blades.
  • Weights 18a 1 , 18b ', 18c' out which are connected via traction means 26a, 26b, 26c with brake shoes 16a ⁇ 16b ', 16c' and radially movable.
  • Fig. 3 shows a detailed view of the central portion of
  • Fig. 3 shows in particular the hub 24, in which the
  • Brake shoes 16a ', 16b', 16c ' arranged and with the
  • Traction means 26a, 26b, 26c are connected.
  • the traction means 26a, 26b, 26c are in the form of rods.
  • Brake shoes 16a ', 16b' is a first spring element 28a
  • a second spring element 28b is provided between the brake shoes 16b ', 16c'
  • a third spring element 28c is provided between the brake shoes 16c ', 16a'.
  • the brake shoes 16a ', 16b', 16c ' are exceeded when a
  • the centrifugal brake 10 is rotationally symmetrical to the axis of rotation 32 of the hub 24 formed to a uniform load of
  • the axis of rotation 32 corresponds to the axis of rotation of the brake units 22a, 22b, 22c and the
  • Brake shoes 16a ', 16b', 16c '. 4 shows a further exemplary embodiment of a centrifugal force brake 10 "according to the invention for a wind power plant,
  • the centrifugal force brake 10 has a weight guide 12 ", in which, analogously to FIG.
  • the weight guide 12 is formed in a rotor blade.
  • a traction means 26 1 extends in the form of a rod.
  • the traction means 26 ' is connected to a brake shoe 16 "which has a friction surface 30'
  • the traction means 26" is pulled in the direction of an arrow 34 due to the weight not shown or the centrifugal force acting on the weight.
  • the friction surface 30 "of the brake shoe 16" is pressed against a brake drum 20 ".
  • an auxiliary brake 36 is provided
  • Brake drum 20 "expands, preferably filled with wax
  • Brake element 42 which is arranged on the expansion element 38, thereby also moves in the direction of the arrow 40.
  • a second brake element 44 which is in the form of a brake disk, is clamped between the first brake element 42 and the brake drum 20 " Braking element 44 is connected to a shaft 46, which in turn rotatably fixed to a hub 24 'of
  • Centrifugal brake 10 is arranged. As a result of the heating of the
  • Expansion element 38 can thus be further braked or completely prevented from rotating the hub 24 "relative to a first bearing unit 48.
  • the expansion element 38 is part of the first part
  • Bearing unit 48 which is rotatable relative to a second bearing unit 50, the hub 24 ⁇ the weight guide 12 ", the traction means 26 ⁇
  • Brake shoes 16 "and more includes elements
  • Brake element 42 is arranged by a screw 52 axially movable but rotationally fixed in the first bearing unit 48.
  • Brake element 44 free.
  • the reliable release of the additional brake 36 is supported by a spring 54 which is arranged in the first bearing unit 48.
  • Thermal bridge 56 is provided. Via the thermal bridge 56, the heat generated during the deceleration of the second brake element 44 is conducted to the expansion element 38.
  • a centrifugal clutch 58 which allows a quick start of a wind turbine.
  • the centrifugal clutch 58 has a shaft 46 'which is connected to a generator of the wind turbine (not shown).
  • a hub 24 "of the centrifugal clutch 58 is rotatably mounted on the shaft 46".
  • the hub 24 can thus rotate freely on the shaft 46 at low rotational speeds when the system starts up.
  • the drive of the hub 24" is effected by a rotor blade 60, in which a weight guide 12 "'is formed.
  • the weight guide 12 '" is an unillustrated weight, analogous to the weights 18a ⁇ 18b ⁇ 18c x according to Fig. 2, out.
  • the weight is a pulling means 26' which is formed in the shape of a rod, with a coupling jaw 16 "v, respectively.
  • the coupling jaw 16" ⁇ the pulling means 26 'and the weight guide 12 "" represent together with the unshown weight, a clutch unit 22' and correspond in their training substantially the brake shoe 16 ", the traction means 26 ⁇ and the Weight guide 12 "according to FIG. 4.
  • Clutch jaw 16 is thereby against the inner wall of a

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fliehkraftbremse ( 10') und eine Fliehkraftkupplung zum Betrieb einer Vorrichtung, insbesondere für eine Windkraftanlage, in einem niedrigen Drehzahlbereich, wobei die Bremse (10') oder Kupplung durch mindestens eine gegen eine Trommelinnenwand anpressbare Backe (16a', 16b', 16c'), die mit einem beweglich außerhalb der Trommel (20') angeordneten Gewicht verbunden ist, gekennzeichnet ist.

Description

Fliehkraftbremse und Fliehkraftkupplunq
Besch re i bu n g :
Vorrichtungen, wie Windkraftanlagen oder Kinderkarusseils, sollten möglichst in einem begrenzten, verhältnismäßig niedrigen Drehzahlbereich betrieben werden. Hierzu ist es einerseits nötig, die Vorrichtung mit geringem Energieaufwand anlaufen lassen zu können. Andererseits soll ein bestimmter Drehzahlbereich nicht überschritten werden. Es ist bekannt, Fiiehkraftbremsen zur Vermeidung hoher Drehzahlen von rotierenden Körpern einzusetzen. Sollen demgegenüber lediglich geringe bis mittelhohe Drehzahlen begrenzt werden, muss die Bremstrommel der Fliehkraftbremse mit einem großen Durchmesser ausgebildet werden, um die Bremsbacke mit entsprechend hoher Fliehkraft stark genug gegen die Bremstrommel zu pressen, um diese abzubremsen. Die Bremskraft steigt dabei proportional mit dem Abstand der Bremsbacke zu deren Drehachse, die der Drehachse der Bremseinheit entspricht, an. Im Falle einer herkömmlich ausgebildeten Bremstrommel reicht die Reibungskraft der Bremsbacke auf die Bremstrommel beispielsweise nicht aus, um eine Drehzahl von ca. 200 Umdrehungen/Min. bis 250 Umdrehungen/Min. oder weniger zu begrenzen. Eine Begrenzung dieses Drehzahlbereichs ist jedoch für viele Anwendungen notwendig ohne dass der Einbauraum für eine Bremstrommel großen Durchmessers zur Verfügung steht.
Beispielsweise sollte die Drehung von manuell betriebenen
Kinderkarussells oder andere drehende Vorrichtungen, z. B. in
Vergnügungsparks, auf einen niedrigen Drehzahlbereich reduziert werden, um die auf dem Karussell spielenden Kinder bzw. Benutzer nicht zu gefährden.
Weiterhin muss die Geschwindigkeit einer Windkraftanlage während eines Sturms reduziert werden, um die Stabilität der Windkraftanlage zu gewährleisten. Die Rotoren sehr großer Windkraftanlagen werden hierzu aktiv elektrisch oder hydraulisch gebremst. Im Falle kleiner oder mittlerer Windkraftanlagen mit einer Leistung von ca. 5 kW ist jedoch eine solche Bremsung zu aufwändig und teuer. Für solche -Windkraftanlagen sind daher passiv wirkende Fliehkraftbremsen ideal. Die DE 860 029 B zeigt ein Windrad, das bei hohen Drehzahlen durch eine Fliehkraftbremse gebremst wird. Zur Betätigung der Fliehkraftbremse reicht jedoch die Drehzahl des Rotors nicht aus. Vielmehr muss die
Drehzahl des Rotors über ein Getriebe erhöht werden. Die Ausbildung der Fliehkraftbremse wird dadurch entsprechend aufwändig und teuer.
Die gleichen Probleme treten bei Fliehkraftkupplungen auf, wenn nur ein kleiner Einbauraum zur Verfügung steht und die Kupplung schon bei relativ geringen Drehzahlen greifen soll.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde,
Fliehkraftbremsen und -kupplungen bereitzustellen, die in einem Bereich niedriger bis mittlerer Drehzahlen aktivierbar sind.
Diese Aufgabe wird zum einen durch eine Fliehkraftbremse, insbesondere für eine Windkraftanlage, zur Vermeidung zu hoher Drehzahlen, mit zumindest einer um eine Drehachse rotierbaren Bremseinheit gelöst, wobei die Bremseinheit eine gegen eine Bremstrommel pressbare
Bremsbacke aufweist und die Bremsbacke mit einem beweglich außerhalb der Bremstrommel angeordneten Gewicht der Bremseinheit verbunden ist, die die Bremsbacke bei geringen bis mittelhohen Drehzahlen gegen die Bremstrommel zieht.
Das beweglich außerhalb der Bremstrommel angeordnete Gewicht rotiert auf einer Umlaufbahn mit einem Radius, der größer ist als der Radius der Umlaufbahn der Bremsbacke. Das Gewicht erfährt dadurch eine hohe Fliehkraft, die ausreicht, um die Bremsbacke entsprechend fest gegen die Bremstrommel zu ziehen, sodass diese abgebremst wird. Die Bremsbacke wird dabei vorzugsweise gegen eine Innenwand der Bremstrommel gepresst. An der Bremsbacke und/oder der Innenseite der Bremstrommel kann dabei ein entsprechender Bremsbelag zur Erhöhung der Reibung zwischen Bremsbacke und Bremstrommel vorgesehen sein.
Das Gewicht kann unmittelbar mit der Bremsbacke verbunden sein. Dazu kann es beispielsweise stangenförmig ausgebildet sein. Das Gewicht kann aber auch über ein Zugmittel mit der Bremsbacke verbunden sein. Als Zugmittel kann ein Seil, eine Kette oder dergleichen eingesetzt werden. Durch das Zugmittel kann der Radius der Umlaufbahn des Gewichts auf einfache Art und Weise vergrößert werden. Das Gewicht kann
beispielsweise aus Metall, das Zugmittel hingegen aus einem leichteren Material wie beispielsweise Kunststoff ausgebildet sein. Die Bremseinheit kann auf diese Art und Weise insgesamt verhältnismäßig leicht
ausgebildet werden.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist das Gewicht beweglich in einer Gewichtsführung geführt. Hierdurch kann die Position des Gewichts kontrolliert werden. Die Gewichtsführung und/oder das Zugmittel können Teil der Bremseinheit sein.
Eine konstruktiv einfache Ausführung der Gewichtsführung kann durch eine radial von der Bremstrommel wegweisend ausgebildete
Gewtchtsführung erzielt werden. Der Radius der Umlaufbahn des Gewichts wird dadurch mit zunehmender Länge der Gewichtsführung am stärksten vergrößert. Die Gewichtsführung kann jedoch auch tangential von der Bremstrommel wegweisend ausgebildet sein. Die Gewichtsführung kann in einer runden Scheibe ausgebildet sein. Eine derart ausgebildete Fliehkraftbremse ist beispielsweise einfach in ein Kinderkarussell oder dergleichen integrierbar.
Im Falle einer Windkraftanlage ist die Gewichtsführung vorzugsweise in einem Rotorblatt ausgebildet. Auf eine eigenständige Gewichtsführung kann dadurch verzichtet werden. Ferner können bereits bestehende Windkraftanlagen mit einer derartigen Fliehkraftbremse durch Austausch der Rotorblätter nachgerüstet werden.
An der Fliehkraftbremse sind vorzugsweise mehrere Bremseinheiten vorgesehen, wobei zwischen den Bremsbacken der Bremseinheiten jeweils ein Federelement angeordnet oder ausgebildet sein kann. Die
Federelemente halten die Bremsbacken bis zu einer vorgegebenen
Drehzahl fest. Bei Überschreiten der vorgegebenen Drehzahl bewegen sich die Bremsbacken entgegen der Federkraft und liegen an der
Bremstrommel an. Weiterhin kann durch die gegenseitige Verbindung der Bremsbacken über die Federelemente auf Führungen der Bremsbacken im Inneren der Bremstrommel verzichtet werden.
Die Fliehkraftbremse ist vorzugsweise rotationssymmetrisch zur
Drehachse einer Bremseinheit, insbesondere rotationssymmetrisch zur Drehachse aller Bremseinheiten ausgebildet. Hierdurch kann eine hohe Laufruhe des zu bremsenden Gegenstands und eine besonders
gleichmäßige Belastung der Bremstrommel erzielt werden.
Im Falle einer besonders lang andauernden Bremsung durch die
Fliehkraftbremse ist eine Zusatzbremse sinnvoll, um die Fliehkraftbremse zu unterstützen und/oder die mit der Fliehkraftbremse ausgestattete Vorrichtung vollständig anhalten zu können. Im Falle einer Windkraftanlage ist es beispielsweise gewünscht, die Windkraftanlage bei lang anhaltendem Starkwind vollständig abzuschalten, um eine Zerstörung der Fliehkraftbremse zu verhindern. Hierzu kann die Fliehkraftbremse zwei relativ zueinander drehbare Lagereinheiten aufweisen, wobei eine erste Lagereinheit ein Dehnstoffelement aufweist, an dem ein in Abhängigkeit der Temperatur des Dehnstoffelements verschiebbares erstes
Bremselement angeordnet oder ausgebildet ist, das gegen ein zweites Bremselement, insbesondere eine Bremsscheibe, der zweiten Lagereinheit bewegbar ist und eine der beiden Lagereinheiten die Bremstrommel aufweist. Bei einer länger anhaltenden Bremsung durch die
Fliehkraftbremse wird diese erwärmt, wodurch sich das Dehnstoffelement ausdehnt und ein erstes Bremselement, das mit dem Dehnstoffelement verbunden ist, gegen ein zweites Bremselement presst. Die
Fliehkraftbremse wird dadurch unterstützt bzw. die Rotation vollständig angehalten. Sobald die Fliehkraftbremse abgekühlt ist, zieht sich das Dehnstoffelement zusammen und presst somit nicht mehr mit dem ersten Bremselement gegen das zweite Bremselement. Die Zusatzbremse wird dadurch automatisch gelöst. Ein Eingriff des Benutzers zur Lösung der Bremse ist dabei im Gegensatz zu bekannten Unterstützungssystemen für Fliehkraftbremsen nicht nötig.
Die Fliehkraftbremse kann besonders kompakt ausgeführt werden, wenn das Dehnstoffelement in der Bremstrommel angeordnet wird.
Um ein vollständiges Lösen des ersten Bremselements vom zweiten
Bremselement bei der Abkühlung der Fliehkraftbremse sicherzustellen, kann das erste Bremselement gegen die Kraft eines Federelements bewegbar sein. Die Rückstellung des erkaltenden Dehnstoffelements wird dabei von dem Federelement unterstützt. Da im Falle einer Bremsung durch das Dehnstoffelement die Fliehkraftbremse entlastet wird, wird die beim Bremsen erzeugte Wärme hauptsächlich im Bereich des zweiten Bremselements freigesetzt. Diese Wärme kann vorzugsweise zum Dehnstoffelement zurückgeführt werden. Ein Slip-Stick-Effekt kann so durch die nachhaltige Erwärmung des
Dehnstoffelements vermieden werden. Zwischen dem zweiten
Bremselement und dem Dehnstoffelement ist daher vorzugsweise eine Wärmebrücke vorgesehen. Hierzu kann beispielsweise eine
Metallverbindung mit hoher Wärmeleitfähigkeit angeordnet oder
ausgebildet sein.
Um den gesamten unteren Drehzahlbereich der Vorrichtung nutzen zu können, sollte die Vorrichtung ferner schnell anlaufen können.
Insbesondere Windkraftanlagen weisen dabei oftmals eine gewisse
Anlaufträgheit auf, d. h. sie laufen aufgrund der Trägheit des Generators und von Haftreibungen in der Windkraftanlage erst bei verhältnismäßig starkem Wind an. Vor allem Windkraftanlagen mit vertikal betriebener Rotationsachse, wie beispielsweise Darrieus- oder Savonius- Windkraftanlagen, laufen bei wenig Wind nur schwer oder gar nicht an.
Die Erfindung betrifft daher weiterhin eine Fliehkraftkupplung zur
Überwindung einer Aniaufträgheit mit zumindest einer um eine Drehachse rotierbaren Kupplungseinheit, wobei die Kupplungseinheit mindestens eine gegen eine Kupplungstrommel pressbare Kupplungsbacke aufweist und die Kupplungsbacke mit einem beweglich außerhalb der
Kupplungstrommel angeordneten Gewicht der Kupplungseinheit
verbunden ist, das die Kupplungsbacke nach dem Anlaufen der
Fliehkraftkupplung gegen die Kupplungstrommel zieht, wobei die
Kupplungseinheit an einer drehbar angeordneten Nabe der
Fliehkraftkupplung angeordnet ist und die Kupplungstrommel der Fliehkraftkupplung dreh fest an einer Welle angeordnet oder ausgebildet ist.
Die drehbar gelagerte Nabe kann bereits durch sehr geringen Krafteinsatz gedreht werden. Sobald eine Drehzahl erreicht ist, die ausreicht, das mit der Kupplungsbacke verbundene Gewicht nach außen zu ziehen, wird die Kupplungsbacke gegen die Kupplungstrommel, vorzugsweise die
Innenwand der Kupplungstrommel, gepresst. Die Kupplungstrommel ist drehfest mit der Welle verbunden, sodass nun die Drehung an weitere Elemente der Vorrichtung, beispielsweise einen Generator, weitergegeben werden kann.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist die Nabe an der Welle gelagert, die drehfest mit der Kupplungstrommel verbunden ist. Hierdurch kann eine besonders kompakte Ausführungsform der Fliehkraftkupplung erzielt werden.
Die zuvor im Fall der Fliehkraftbremse beschriebenen Merkmale und Vorteile gelten analog für die Fliehkraftkupplung, wobei der Bremseinheit die Kupplungseinheit, der Bremstrommel die Kupplungstrommel und der Bremsbacke die Kupplungsbacke entspricht. Insbesondere können an der Fliehkraftkupplung eine Gewichtsführung, ein Zugmittel, ein Federelement zwischen mehreren Kupplungsbacken etc. vorgesehen sein.
Die Erfindung betrifft schließlich eine Windkraftanlage mit einer
erfindungsgemäßen Fliehkraftbremse und/oder einer erfindungsgemäßen Fliehkraftkupplung. Hierbei kann auch eine Kombination aus einer
Fliehkraftkupplung und einer anderen Art von Bremse, beispielsweise einer hydraulischen Bremse, vorgesehen werden. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, sowie aus den Ansprüchen .
Die in der Zeichnung dargestellten Merkmale sind nicht notwendig maßstäblich zu verstehen und derart dargestellt, dass die
erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können. Die verschiedenen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren, in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein .
In der schematischen Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen :
Fig. 1 eine seitliche Schnittansicht eines Karussells mit einer erfindungsgemäßen Fliehkraftbremse;
Fig . 2 eine geschnittene Teilansicht einer Windkraftanlage mit einer erfindungsgemäßen Fliehkraftbremse;
Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht der Fliehkraftbremse aus Fig . 2;
Fig. 4 eine geschnittene Seitenansicht einer dritten
erfindungsgemäßen Fliehkraftbremse; Fig. 5 eine geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen
Fliehkraftkupplung.
Fig. 1 zeigt in einer geschnittenen Teilansicht ein Kinderkarussell, das eine erste erfindungsgemäßen Fliehkraftbremse 10 aufweist ist. Das
Karussell 10 weist eine Scheibe 12, auf der Kinder spielen können, auf, die gleichzeitig eine Gewichtsführung ist. In Fig. 1 ist dabei beispielhaft ein Kleinkind 14 dargestellt. Die Scheibe 12 soll von außen nicht zu schnell drehbar sein, um das auf der Scheibe 12 spielende Kleinkind 14 nicht herunterzuschleudern. Gleichzeitig soll die Scheibe 12 bei niedrigen
Drehzahlen leicht drehbar sein.
Zur Abbremsung der Scheibe 12 bei mittelhohen Drehzahlen weist das Karussell 10 Bremsbacken 16a, 16b auf, die mit Gewichten 18a, 18b verbunden sind. Die Gewichte 18a, 18b sind in Form von Stangen ausgebildet und radial distanziert von den Bremsbacken 16a, 16b angeordnet. Mit zunehmender Drehzahl der Scheibe 12 werden die
Gewichte 18a, 18b radial nach außen gezogen, wodurch die
Bremsbacken 16a, 16b gegen eine Bremstrommel 20 gepresst werden. Der erreichbare Drehzahlbereich des Karussells 10 kann so auf geringe bis mittelhohe Drehzahlen beschr nkt werden.
Eine weitere Fliehkraftbremse 10x für eine Windkraftanlage ist in Fig . 2 in einer geschnittenen Draufsicht dargestellt. Die Fliehkraftbremse 10Λ weist drei Bremseinheiten 22a, 22b, 22c auf, die rotationssymmetrisch an einer
Nabe 24 der Windkraftanlage angeordnet sind. Die
Bremseinheiten 22a, 22b, 22c weisen jeweils eine
Gewichtsführung 12a\ 12b\ 12c' auf, die jeweils in den Rotorblättern ausgebildet sind. In den Gewichtsführungen 12a\ 12b\ 12c sind Gewichte 18a1, 18b', 18c' geführt, die über Zugmittel 26a, 26b, 26c mit Bremsbacken 16a\ 16b', 16c' verbunden und radial beweglich sind.
Fig. 3 zeigt eine Detaildarstellung des zentralen Bereichs der
Fliehkraftbremse 10' aus Fig. 2. Teile der Fliehkraftbremse 10' sind dabei geschnitten dargestellt, um deren Funktionsweise besser erläutern zu können. Die Fig. 3 zeigt insbesondere die Nabe 24, in der die
Bremsbacken 16a', 16b', 16c' angeordnet und mit den
Zugmitteln 26a, 26b, 26c verbunden sind. Die Zugmittel 26a, 26b, 26c sind in Form von Stangen ausgebildet. Zwischen den
Bremsbacken 16a', 16b' ist ein erstes Federelement 28a, zwischen den Bremsbacken 16b', 16c' ein zweites Federelement 28b und zwischen den Bremsbacken 16c', 16a' ein drittes Federelement 28c vorgesehen. Die Bremsbacken 16a', 16b', 16c' werden bei Überschreiten einer
Grenzdrehzahl durch die Windkraftanlage gleichmäßig gegen eine
Bremstrommel 20' gepresst. Zur Erhöhung der Reibungskraft zwischen den Bremsbacken 16a', 16b', 16c' und der Bremstrommel 20' weisen die Bremsbacken 16a', 16b', 16c' Reibflächen 30a, 30b, 30c auf. Durch die Federelemente 28a, 28b, 28c wird die Bremstrommel 20' beim Bremsen gleichmäßig belastet. Gleichzeitig wird eine hohe Laufruhe der
Windkraftanlage bei niedrigen Drehzahlen sichergestellt.
Die Fliehkraftbremse 10' ist rotationssymmetrisch zur Drehachse 32 der Nabe 24 ausgebildet, um eine gleichmäßige Belastung der
Fliehkraftbremse zu gewährleisten. Die Drehachse 32 entspricht dabei der Drehachse der Bremseinheiten 22a, 22b, 22c bzw. der
Bremsbacken 16a', 16b', 16c'. Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fliehkraftbremse 10" für eine Windkraftanlage. Die Fliehkraftbremse 10" weist eine Gewichtsführung 12" auf, in der, analog zu den
Gewichten 18a\ 18bv oder 18c' gemäß Fig. 2, ein hier nicht dargestelltes Gewicht geführt ist. Die Gewichtsführung 12" ist in einem Rotorblatt ausgebildet. In der Gewichtsführung 12" verläuft ein Zugmittel 261 in Form einer Stange. Das Zugmittel 26' ist mit einem Bremsbacken 16" verbunden, der eine Reibefläche 30' aufweist. Bei höheren Drehzahlen wird das Zugmittel 26" aufgrund des nicht dargestellten Gewichts bzw. die auf das Gewicht wirkende Fliehkraft in Richtung eines Pfeils 34 gezogen. Hierdurch wird die Reibfläche 30" des Bremsbackens 16" gegen eine Bremstrommel 20" gepresst.
Um die Fliehkraftbremse 10" nach langer Beanspruchung vollständig abzubremsen, ist eine Zusatzbremse 36 vorgesehen. Die Zusatzbremse 36 weist ein Dehnstoffelement 38 auf. Bei einer Erwärmung des
Dehnstoffelements 38 durch die Reibung der Reibfläche 30' an der
Bremstrommel 20" dehnt sich das vorzugsweise mit Wachs gefüllte
Dehnstoffelement 38 in Richtung eines Pfeils 40 aus. Ein erstes
Bremselement 42, das an dem Dehnstoffelement 38 angeordnet ist, bewegt sich dadurch ebenfalls in Richtung des Pfeils 40. Ein zweites Bremselement 44, das in Form einer Bremsscheibe ausgebildet ist, wird dabei zwischen dem ersten Bremselement 42 und der Bremstrommel 20" eingeklemmt. Das zweite Bremselement 44 ist mit einer Welle 46 verbunden, die wiederum dreh fest an einer Nabe 24' der
Fliehkraftbremse 10" angeordnet ist. Infolge der Erwärmung des
Dehnstoffelements 38 kann so die Drehung der Nabe 24" relativ zu einer ersten Lagereinheit 48 weiter abgebremst oder vollständig unterbunden werden. Das Dehnstoffelement 38 ist dabei Teil der ersten
Lagereinheit 48, die relativ zu einer zweiten Lagereinheit 50 rotierbar ist, die die Nabe 24\ die Gewichtsführung 12", das Zugmittel 26\ den
Bremsbacken 16" und weitere Elemente umfasst. Das erste
Bremselement 42 ist durch eine Schraube 52 axial beweglich aber verdrehfest in der ersten Lagereinheit 48 angeordnet.
Nach erfolgter Abbremsung der Fliehkraftbremse 10" kühlt das
Dehnstoffelement 38 ab und zieht sich entgegen der Richtung des
Pfeils 40 zurück. Hierdurch wird auch das erste Bremselement 42 entgegen der Richtung des Pfeils 40 bewegt und gibt das zweite
Bremselement 44 frei. Das zuverlässige Lösen der Zusatzbremse 36 wird dabei durch eine Feder 54, die in der ersten Lagereinheit 48 angeordnet ist, unterstützt.
Um ein zu frühes Lösen der Zusatzbremse 36 zu vermeiden, ist zwischen dem zweiten Bremselement 44 und dem Dehnstoffelement 38 eine
Wärmebrücke 56 vorgesehen. Über die Wärmebrücke 56 wird die bei der Abbremsung des zweiten Bremselements 44 entstehende Wärme zum Dehnstoffelement 38 geleitet.
In Fig. 5 ist eine Fliehkraftkupplung 58 dargestellt, die ein schnelles Anlaufen einer Windkraftanlage ermöglicht. Die Fliehkraftkupplung 58 weist eine Welle 46' auf, die mit einem Generator der Windkraftanlage (nicht gezeigt) verbunden ist. Eine Nabe 24" der Fliehkraftkuppiung 58 ist drehbar auf der Welle 46" gelagert. Die Nabe 24" kann sich somit bei niedrigen Drehzahlen, wenn die Anlage anläuft, frei auf der Welle 46 drehen. Der Antrieb der Nabe 24" erfolgt dabei durch ein Rotorblatt 60, in dem eine Gewichtsführung 12"' ausgebildet ist. In der Gewichtsführung 12"' ist ein nicht dargestelltes Gewicht, analog zu den Gewichten 18a\ 18b\ 18cx gemäß Fig. 2, geführt. Das Gewicht ist dabei mit einem Zugmittel 26", das in Form einer Stange ausgebildet ist, mit einer Kupplungsbacke 16"v verbunden. Die Kupplungsbacke 16"\ das Zugmittel 26" sowie die Gewichtsführung 12"" stellen zusammen mit dem nicht gezeigten Gewicht eine Kupplungseinheit 22' dar und entsprechen in ihrer Ausbildung im Wesentlichen der Bremsbacke 16", dem Zugmittel 26Λ sowie der Gewichtsführung 12" gemäß Fig. 4.
Durch die Drehung der Nabe 24" wird die Kupplungsbacke 16"\ analog zu den zuvor beschriebenen Fliehkraftbremsen gemäß der Figuren 1 bis 4, radial nach außen, d. h. in Richtung eines Pfeils 62 gezogen. Die
Kupplungsbacke 16" wird dadurch gegen die Innenwand einer
Kupplungstromme! 2CT" gepresst. Die Kupplungstrommel 2 CT" ist drehfest mit der Welle 46Λ verbunden, sodass nun der mit der Welle 46v
verbundene Generator angetrieben wird.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e :
1. Fliehkraftbremse (10, 10\ 10"), insbesondere für eine
Windkraftaniage, zur Vermeidung zu hoher Drehzahlen, mit zumindest einer um eine Drehachse (32) rotierbaren
Bremseinheit (22a, 22b, 22c), wobei die
Bremseinheit (22a, 22b, 22c) mindestens eine gegen eine
Bremstrommei (20, 20\ 20") pressbare Bremsbacke (16, 16\ 16") aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die
Bremsbacke (16, 16\ 16") mit einem beweglich außerhalb der
Bremstrommel (20, 20\ 20") angeordneten
Gewicht (18a, 18a\ 18b, 18b\ 18c ) der
Bremseinheit (22a, 22b, 22c) verbunden ist, das die
Bremsbacke (16, 16\ 16") bei geringen bis mittelhohen Drehzahlen gegen die Bremstrommel (20, 20\ 20") zieht.
2. Fliehkraftbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewicht (18a' , 18b\ 18 ) über ein
Zugmittel (26a, 26b, 26c, 26") mit der
Bremsbacke (16a\ 16b\ 16c\ 16") verbunden ist.
3. Fliehkraftbremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewicht (18a, 18a\ 18b, 18b\ 18c ) in einer
Gewichtsführung (12, 12a\ 12b\ 12c\ 12") beweglich geführt ist.
4. Fliehkraftbremse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtsführung (12, 12a\ 12b\ 12c\ 12") radial von der Bremstrommel (20, 20\ 20") wegweisend ausgebildet ist.
5. Fliehkraftbremse nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtsführung ( 12a\ 12b\ 12c\ 12") in einem Rotorblatt einer Windkraftanlage ausgebildet ist.
6. Fliehkraftbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass mehrere
Bremseinheiten (22a, 22b, 22c) vorgesehen sind, wobei zwischen den Bremsbacken (16a\ 16b\ 16c") der
Bremseinheiten (22a, 22b, 22c) jeweils ein
Federelement (28a, 28b, 28c) angeordnet oder ausgebildet ist.
7. Fliehkraftbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Fliehkraftbremse (10, 10x) rotationssymmetrisch zur Drehachse (32) einer
Bremseinheit (22a, 22b, 22c), insbesondere rotationssymmetrisch zur Drehachse (32) aller Bremseinheiten (22a, 22b, 22c),
ausgebildet ist.
8. Fliehkraftbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Fliehkraftbremse (10") zwei relativ zueinander drehbare Lagereinheiten (48, 50) aufweist, wobei eine erste Lagereinheit (48) ein Dehnstoffelement (38) aufweist, an dem ein in Abhängigkeit der Temperatur des
Dehnstoffelements (38) verschiebbares erstes Bremselement (42) angeordnet oder ausgebildet ist, das gegen ein zweites
Bremselement (44), insbesondere eine Bremsscheibe, der zweiten Lagereinheit (50) bewegbar ist und eine der beiden
Lagereinheiten (48) die Bremstromme! (20") aufweist.
9. Fliehkraftbremse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bremselement (42) gegen die Kraft eines
Federelements (54) bewegbar ist.
10. Fliehkraftkupplung (58) mit zumindest einer um eine Drehachse
rotierbaren Kupplungseinheit (22'), wobei die Kupplungseinheit (22') mindestens eine gegen eine Kupplungstrommel (20'") pressbare Kupplungsbacke (16"') aufweist und die Kupplungsbacke (16"') mit einem beweglich außerhalb der Kupplungstrommel (20'")
angeordneten Gewicht der Kupplungseinheit (22') verbunden ist, das die Kupplungsbacke ( 16"') nach dem Anlaufen der
Fliehkraftkupplung (58) gegen die Kupplungstrommel (20'") zieht, wobei die Kupplungseinheit (22') an einer drehbar angeordneten Nabe (24") der Fliehkraftkupplung (58) angeordnet ist und die Kupplungstrommel (20"') der Fliehkraftkupplung (58) dreh fest an einer Welle (46') angeordnet oder ausgebildet ist.
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