DE10305244A1 - Überlastkupplung, insbesondere für Generatorläufer von Windkraftanlagen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Überlastkupplung für Arbeitsmaschinen, insbesondere für Generatorläufe (15) von Windkraftanlagen, mit einer Antriebsscheibe (1), welche mit einer Antriebswelle (15) der Arbeitsmaschine verbunden ist und reibschlüssig zwischen zwei Reibscheiben (3, 4) geklemmt ist, welche mit einer Antriebswelle (6) der Antriebsmaschine verbunden sind, wobei zur Erzeugung der Klemmkraft vorgespannte Dehnschrauben (5) vorgesehen sind und zur Zentrierung der Reibscheiben (3, 4) bezüglich der Antriebsscheibe (1) ein Radiallager (11) vorgesehen ist und das Kippmoment der Antriebswelle (15) der Arbeitsmaschine durch die Klemmkraft der Dehnschrauben (5) aufnehmbar ist, sodass für die Antriebswelle (15) der Arbeitsmaschine nur ein Radiallager (17) vorzusehen ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Überlastkupplung für Arbeitsmaschinen, insbesondere für Generatorläufer von Windkraftanlagen gemäß Patentanspruch 1.
- Es ist allgemein bekannt, Reibungskupplungen als Überlastkupplungen einzusetzen, deren Kupplungskraft bzw. Kupplungsmoment durch eine vorbestimmte Vorspannung fest eingestellt wird. Bei Erreichen des Grenzmomentes setzt zwischen den kraftübertragenden Kupplungsteilen eine Relativbewegung ein – die Kupplung "rutscht" – und das übertragbare Drehmoment sinkt ab. Durch diese Drehmoment-Begrenzung können Maschinen vor Überlast und Beschädigungen geschützt werden.
- Aufgabe der Erfindung ist es eine einfach aufgebaute Überlastkupplung zu schaffen, deren Grenzmoment einfach und exakt eingestellt werden kann.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
- Durch die Verwendung von sehr langen Dehnschrauben mit hoher Schraubenlängung kann in vorteilhafter Weise ein großer Verschleißbetrag kompensiert werden, so dass das Grenzmoment der Kupplung über eine lange Betriebsdauer konstant bleibt.
- Durch Spannscheiben als zusätzliche Federelemente kann die Konstanz des Rutschmomentes weiter verbessert werden.
- Durch eine einfache Spanneinrichtung zum Vorspannen können die Dehnschrauben als einfache und günstige Normteile ausgeführt werden.
- Das Rutschmoment einer erfindungsgemäßen Überlastkupplung lässt sich in einfacher Weise durch Verändern der Vorspannung verstellen, ohne dass die Konstruktion verändert werden muss.
- Durch den zangenförmigen Aufbau können mit der erfindungsgemäßen Überlastkupplung Radialkräfte und Kippmomente ohne Einfluss auf das Auslösemoment übertragen werden.
- Durch den vorteilhaften Aufbau genügt bei der erfindungsgemäßen Überlastkupplung ein Radiallager zur Zentrierung und Führung der Kupplungsteile beim Rutschen.
- Die erfindungsgemäße Überlastkupplung ist in vorteilhafter Weise in die Antriebsnabe einer Arbeitsmaschine integriert und übernimmt neben der Schutzfunktion vor Überlast auch Lagerungsaufgaben für die Arbeitsmaschine.
- Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung mit der Beschreibung.
- Nachfolgend werden die Merkmale der vorliegenden Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert. In den zugehörigen schematischen Zeichnungen zeigt, die
-
1 einen Halbschnitt durch eine erfindungsgemäße Überlastkupplung und in -
2 ist anhand eines Ausschnitts X aus1 die Vorspannung der Dehnschrauben dargestellt. - Die
1 stellt die erfindungsgemäße Überlastkupplung am Beispiel einer Windkraftanlage dar, deren Rotorblätter eine Antriebswelle6 direkt oder über ein zwischengeschaltetes Getriebe antreiben. Die Antriebswelle6 ist als Hohlwelle ausgeführt und weist mehrere nach innen kragende Absätze oder einen innen umlaufenden Flansch auf, an welchem eine erste Reibscheibe4 angeordnet ist. Die erste Reibscheibe4 ist an einem Absatz durch mehrere gleichmäßig am Umfang verteilt angeordnete Dehnschrauben5 mit einer weiteren Reibscheibe3 zusammen gespannt, wobei im Zwischenraum zwischen den Reibscheiben3 und4 eine Antriebsscheibe1 geklemmt wird. Die Reibscheiben3 ,4 sind vorzugsweise aus Stahl und weisen zwischen einander einen Spalt von beispielsweise etwa einem Millimeter auf. Die Drehmomentübertragung zwischen den Reibscheiben3 ,4 erfolgt vorzugsweise formschlüssig. Die Antriebsscheibe1 kann mit Reibsegmenten2 versehen sein, welche als Stahlplatten mit einem Streusinterbelag gleichmäßig am Umfang verteilt angeordnet sind. Die Anordnung bestehend aus Antriebswelle6 , Reibscheiben3 ,4 und Antriebsscheibe1 drehen sich um eine gemeinsame Drehachse18 . Die Antriebsscheibe1 ist mit dem Generatorläufer15 verbunden und treibt diesen im Generator16 an. - Der Kern der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, dass eine Überlastkupplung in eine Antriebsnabe einer Kraftmaschine, insbesondere eines Generators einer Windkraftanlage, integriert ist und den Generator einerseits durch die Drehmomentbegrenzung vor Überlast schützt und andererseits durch die Aufnahme von Kippmomenten auch eine Lagerungsfunktion übernimmt. Durch diese vorteilhafte Kombination kann an der Arbeitsmaschine eine Lagerung eingespart werden und insbesondere permanent erregte Generatoren können in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Überlastkupplung fliegend gelagert werden.
- An dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist für den Generatorläufer
15 in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Überlastkupplung nur ein Radiallager17 erforderlich. Die Axialkräfte sowie das Kippmoment des Läufers werden durch die Klemmkraft der Dehnschrauben5 aufgenommen. - Die Antriebsnabe wird durch die Reibscheiben
3 ,4 gebildet, welche die Antriebsscheibe1 kraftschlüssig aufnehmen. Das Grenzdrehmoment wird durch das Maß der Vorspannung an den Dehnschrauben5 festgelegt. Vorzugsweise werden extrem lange und möglichst dünne Dehnschrauben5 vorgesehen, die gleichmäßig am Umfang verteilt angeordnet werden. Durch die hohe Vorspannungslängung der Dehnschrauben5 nimmt die Vorspannung bei Verschleiß der Kupplung nur minimal ab und das Grenzdrehmoment bleibt über eine lange Betriebsdauer konstant. Das Grenzdrehmoment, um z.B. bei Kurzschluss ein definiertes Durchrutschen der Kupplung zu ermöglichen, lässt sich in einfacher Weise durch Veränderung der Vorspannung einstellen, ohne die Konstruktion ändern zu müssen. - Durch die zangenförmige Umschließung der Antriebsscheibe
1 wird zwischen den Reibscheiben3 ,4 ein Kupplungsraum gebildet, der mittels Dichtungen12 nach Außen hin abgedichtet ist. Der Kupplungsraum wird vorzugsweise mit Schmierfett gefüllt. Zum Austausch der Füllung sind an der einen Reibscheibe3 sowie an der Antriebsscheibe1 Bohrungen13 vorgesehen. Die Fettschmierung trägt ebenfalls dazu bei, dass das Reibmoment dauerhaft konstant bleibt. Da nur geringe Winkelbewegungen (max. 360 Winkelgrade) auftreten und ausreichende Abkühlphasen auftreten ist die Fettfüllung ausreichend. Für höhere thermische Beanspruchungen müssen andere Vorsehungen getroffen werden. - Wenn das Grenzmoment erreicht wird und sich die Kupplungsteile relativ zueinander bewegen, d.h. die Kupplung anfängt zu rutschen, wird die Antriebsscheibe
1 durch das einseitige Radiallager11 an der Reibscheibe4 geführt. Das Radiallager11 hat nur geringes Spiel und dient auch zur radialen Zentrierung der Antriebsscheibe1 innerhalb der Reibscheibe4 . - Die
2 stellt den Ausschnitt X aus1 dar. Zur Vorspannung der Dehnschrauben5 wird am Ende der entsprechenden Dehnschraube5 eine Platte9 befestigt, beispielsweise mittels Gewinde aufgeschraubt. An der Platte9 sind gleichmäßig am Umfang verteilt mehrere Gewindebohrungen vorgesehen, in welche Schrauben14 eingebracht sind. Zwischen der Mutter10 und der Reibscheibe3 sind bei dieser beispielhaften Ausführung noch eine Platte8 sowie federnde Spannscheiben7 vorgesehen. Durch die Spannscheiben7 kann die Vorspannkraft der Dehnschrauben5 unterstützt werden. Zum Vorspannen der Dehnschrauben5 werden die Schrauben14 in die Platte9 eingeschraubt, so dass sie zunächst an der Platte8 anliegen. Durch weiteres Einschrauben werden die Dehnschrauben5 gelängt und die Spannscheiben7 gestaucht. Die elastische Stauchung der Spannscheiben7 sowie die elastische Dehnung der Dehnschrauben5 ergeben zusammen die Vorspannkraft. Die Länge s ergibt sich aus dem Betrag der Stauchung der Spannscheiben7 und dem Betrag der Längung der Dehnschrauben5 . - Die Länge s bestimmt die Vorspannkraft der Überlastkupplung und wird vorzugsweise aus Vorversuchen ermittelt. Sobald der vorgesehene Betrag der Länge s erreicht ist, wird die Mutter
10 der Dehnschraube5 handfest an die Platte8 angelegt. Die Schrauben14 werden zurückgedreht und die Platte9 kann entfernt werden. - Die Vorspannung der Dehnschrauben
5 kann selbstverständlich auch ohne Spannscheiben7 und Platte8 direkt gegen die Reibscheibe3 vorgenommen werden. -
- 1
- Antriebsscheibe
- 2
- Reibsegment
- 3
- Reibscheibe
- 4
- Reibscheibe
- 5
- Dehnschraube
- 6
- Antriebswelle
- 7
- Spannscheiben
- 8
- Platte
- 9
- Platte
- 10
- Mutter
- 11
- Radiallager
- 12
- Dichtung
- 13
- Bohrung
- 14
- Schraube
- 15
- Generatorläufer
- 16
- Generator
- 17
- Lager
- 18
- Drehachse
- s
- Längung
Claims (5)
- Überlastkupplung für Arbeitsmaschinen, insbesondere für Generatorläufer (
15 ) von Windkraftanlagen, mit einer Antriebsscheibe (1 ), welche mit einer Antriebswelle (15 ) der Arbeitsmaschine verbunden ist und reibschlüssig zwischen zwei Reibscheiben (3 ,4 ) geklemmt ist, welche mit einer Antriebswelle (6 ) der Antriebsmaschine verbunden sind, wobei zur Erzeugung der Klemmkraft vorgespannte Dehnschrauben (5 ) vorgesehen sind und zur Zentrierung der Reibscheiben (3 ,4 ) bezüglich der Antriebsscheibe (1 ) ein Radiallager (11 ) vorgesehen ist und das Kippmoment der Antriebswelle (15 ) der Arbeitsmaschine durch die Klemmkraft der Dehnschrauben (5 ) aufnehmbar ist, so dass für die Antriebswelle (15 ) der Arbeitsmaschine nur ein Radiallager (17 ) vorzusehen ist. - Überlastkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Muttern (
10 ) der Dehnschrauben (5 ) und der Reibscheibe (3 ) Spannscheiben (7 ) als zusätzliche Federelemente vorgesehen sind. - Überlastkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Antriebsscheibe (
1 ) Reibsegmente (2 ) vorgesehen sind, welche in Form von einzelnen Stahlplatten – die mit einem Streusinterbelag versehen sind – gleichmäßig am Umfang verteilt angeordnet sind. - Überlastkupplung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Radiallager (
11 ) ein Gleitlager aus Bronze oder Weißmetall vorgesehen ist. - Überlastkupplung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibscheiben (
3 ,4 ) die Antriebsscheibe (1 ) zangenförmig umschließen und Dichtungen (12 ) vorgesehen sind, welche den so gebildeten Kupplungsraum nach außen abschließen und eine Füllung mit Schmierfett vorgesehen ist, welche mittels Bohrungen (13 ) ausgetauscht werden kann.
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