本发明涉及一种风能设备(WEA)的构件(11,12,13)的连接,尤其是具有大于0.5米,优选大于1.0米,更优选大于1.5米的直径的风能设备(WEA)的构件(11,12,13)的连接,其中两个相互要被连接的构件(11,12,13)分别具有相互面对的接触面并且在被连接的状态下构件(11,12,13)被相互张紧或将被张紧在一起。该连接将这样地被改进,即风能设备的第一构件的接触面的表面比风能设备的第二构件的接触面的表面软,其中第二构件(11,12,13)的接触面的表面被硬化。此外本发明涉及一种在风能设备(WEA)的至少一种连接下的构件(11,12,13)的使用或布置,一种用于建立风能设备的构件的连接的方法以及一种风能设备(WEA)。
1.风能设备(WEA)的具有大于0.5米直径的构件(11,12,13)的连接结构,其中两个相互要被连接的构件(11,12,13)分别具有相互面对的接触面,并且在被连接的状态下这两个相互要被连接的构件(11,12,13)被相互张紧在一起,其特征在于,第二构件(11,12,13)被作为中间连接件(20)布置在第一构件(11,12,13)和一个第三构件(11,12,13)之间,其中,第二构件(11,12,13)的接触面的表面具有分别比第一构件和第三构件(11,12,13)的与第二构件(11,12,13)的接触面的表面相对的表面高的硬度,其中第二构件(11,12,13)的接触面的表面通过热物理工艺或热化学工艺被硬化,其中,第一构件和第三构件的接触面的表面比第二构件的接触面的表面软,中间连接件(20)由多个连接中间体构成或具有这些连接中间体,连接中间体(20)是板形的或是闸块式的结构,连接中间体(20)在第一和第三构件(11,12,13)之间形成一种分部段的环或者形成分部段的圆环或圆环的部分,连接中间体(20)借助于安装元件被机械地连接到第一或第三构件上。
2.按照权利要求1的连接结构,其特征在于,第二构件(11,12,13)的接触面的表面具有分别比第一构件和第三构件(11,12,13)的与第二构件(11,12,13)的接触面的表面相对的表面高的粗糙度。
3.按照权利要求1的连接结构,其特征在于,第一构件(11,12,13)和第三构件(11,12,13)借助于法兰相互连接。
4.按照权利要求1的连接结构,其特征在于,第一和第三构件通过连接元件(18)被预张紧。
5.按照权利要求4的连接结构,其特征在于,中间连接件(20)被连接元件(18)穿过。
6.按照权利要求1的连接结构,其特征在于,第一和/或第二构件(11,12,13)和/或第三构件(11,12,13)的接触面是环形地构造的或布置的。
7.按照权利要求1的连接结构,其特征在于,第一和/或第二构件(11,12,13)和/或第三构件(11,12,13)的接触面是封闭地构造的。
8.按照权利要求1的连接结构,其特征在于,该连接具有大于0.4的摩擦系数。
9.按照权利要求1的连接结构,其特征在于,该连接具有大于0.5的摩擦系数。
10.按照权利要求1的连接结构,其特征在于,该连接具有大于0.6的摩擦系数。
11.按照权利要求1的连接结构,其特征在于,第一构件(11,12,13)构造成转子轴(11)。
12.按照权利要求11的连接结构,其特征在于,第二构件(11,12,13)构造成转子毂(11)或传动机构输入轴(13)或者第三构件(11,12,13)构造成转子毂(11)或传动机构输入轴(13)。
13.按照权利要求1的连接结构,其特征在于,第一构件(11,12,13)构造成机器框架或管塔。
14.按照权利要求13的连接结构,其特征在于,第二构件或第三构件(11,12,13)构造成被布置在管塔上的枢轴承。
15.按照权利要求1的连接结构,其特征在于,该连接是传力的连接和/或可拆开的连接。
16.按照权利要求12的连接结构,其特征在于,该连接是承受横向力的连接和/或承受扭力的连接。
17.按照权利要求1的连接结构,其特征在于,第一或第二或第三构件(11,12,13)是铸造构件。
18.按照权利要求1的连接结构,其特征在于,风能设备(WEA)的构件(11,12,13)设计为具有大于1.0米的直径。
19.按照权利要求1的连接结构,其特征在于,风能设备(WEA)的构件(11,12,13)设计为具有大于1.5米的直径。
20.在按照权利要求1至19中之一所述的至少一种连接结构下构件(11,12,13)的使用或布置。
21.用于建立风能设备(WEA)的构件(11,12,13)的连接结构的方法,其中构造按照权利要求1至19中之一所述的连接结构。
22.风能设备(WEA),其具有按照权利要求1至19中之一所述的连接结构。技术领域
本发明涉及一种风能设备的构件的连接,尤其是风能设备的具有大于0.5米,优选大于1.0米,更优选大于1.5米的构件的连接,其中至少两个要被连接的构件具有分别相互面对的接触面和在连接状态下构件被相互张紧或将要被张紧。此外本发明涉及在风能设备的至少一个连接(连接机构)中的一种使用或一种布置,一种用于制造风能设备的构件的连接的方法以及一种风能设备。
背景技术
在现有技术中例如已知专利申请人的一种名称为“5M”的风能设备,它具有5兆瓦特(MW)的额定功率。为了将风能设备的大体积构件在建造、维护或修理时相互连接起来,在构件之间设有法兰连接或螺纹连接。这种要被相互连接起来的构件例如是转子轴和传动机构输入端以及转子毂和转子轴。此外,在将管塔与枢轴承连接和将风能设备的机器支架与风能设备的其它部件连接时设置螺纹连接,尤其是与转子轴承、传动机构悬挂装置、轴颈和(环形)发电机的连接。
发明内容
从该现有技术出发,本发明的任务在于,改进风能设备的大体积构件的连接(或连接机构),其中应该能够提高承受高负载的螺纹连接或类似物的承载能力。该任务通过一种风能设备的构件的连接,尤其是具有大于0.5米,优选大于1.0米,更优选大于1.5米的直径的风能设备的构件的连接来解决,其中两个相互要被连接的构件分别具有相互面对的接触面并且在被连接的状态下构件被相互张紧或将被张紧在一起,该连接这样地被改进,即风能设备的第一构件的接触面的表面比风能设备的第二构件的接触面的表面软,其中第二构件的接触面的表面被硬化。由于第一构件的接触面的表面是软的和由此第二构件的接触面的表面比第一构件的接触面的表面硬,因此将实现风能设备的承受高机械负载的部件或构件的一种可以拆卸的连接,该连接具有比目前已知的风能设备的构件的连接更高的摩擦系数。通过相应的连接元件或螺钉或类似物,在要连接的或已经连接的构件之间产生或形成预张紧力,从而实现在构件之间的传力连接。此时在两个构件之间通过由连接元件施加的预张紧力,由于在对接过程中产生的接触面的微观塑性变形,达到一种提高摩擦系数的耦联,由此使连接达到更高的摩擦系数。这尤其在应用风能设备或在建造风能设备时是重要的,因为例如风能设备将在非常不利的安装和维修条件下建造和维修。通过按照本发明的连接,即使在不利的天气条件下,例如在下雪、结冰或雨天下,也可以利用在构件之间的一种承受高机械负载的连接将高度高达120米的成吨重的、部分地被弄脏或加了机油的构件相互连接起来,其中同时通过在接触面之间形成提高摩擦系数的连接提高或将提高连接的构件的承载能力。在本发明的范围中,特征“被硬化”或构件的“较硬的表面”是指,制造出一种由天然硬的材料例如优质钢制成的、具有通过生产由此已经存在的较硬的表面的构件,也指一种已经制成的部件在处理步骤中按照优选的硬化工艺处理成具有较硬的表面。在本发明的范围中,连接尤其是指构件的法兰连接。此外,在本发明的范围中,构件尤其是指风能设备的一个功能组或系统组或一个功能单元或系统单元,例如一个转子毂、一个转子轴、一个传动机构,它通过本发明的连接,尤其是螺纹连接或法兰连接被或将被耦联到设备的另一个功能组/系统组或一个功能单元/系统单元上。这些构件或功能单元或系统单元尤其涉及其重量大于100公斤直到数吨的大体积构件。此外,该连接的特征在于,第二构件的接触面的表面具有比第一构件的接触面的表面高的粗糙度。由此改善了第一构件的接触面的软表面中的微观塑性变形。整体上由此提高风能设备的要被连接的构件的传力连接。此外该连接特征尤其在于,与没有被硬化的表面的第一和第二构件的连接相比,第一和第二构件之间的摩擦连接被或将被提高。由此在要xa0被连接的构件的接触面之间实现可以拆卸的具有高摩擦系数的连接,其中在维护风能设备或风能设备的构件时,在拆卸之后构件之间被拆开的连接在接着进行组装时保证在构件之间具有高摩擦连接的再次连接。此外在另一个实施例中规定,第二构件被或将被作为中间连接件或中间连接构件布置在第一构件和一个第三构件之间。由此可以在第一构件和第三构件之间在其之间布置第二构件的情况下实现一种传力连接。为此进一步设定,第二构件的接触面的表面具有分别比第一构件和第三构件的与第二构件的接触面的表面相对的表面高的硬度和粗糙度。由此尤其可能的是,与没有被硬化的表面的第三和第二构件的连接相比,第三和第二构件之间的摩擦连接被或将被提高。优选地,第一构件和第二构件借助于法兰连接相互连接。或者第一构件和第三构件借助于法兰连接或法兰相互连接。有利地,第一和第二构件通过连接元件,优选通过螺钉或类似物如螺栓被或将被预张紧,从而在风能设备的第一构件和第二构件之间形成一种传力连接。或者第一和第三构件通过连接元件,优选螺钉或螺栓或类似物被或将被预张紧。此外在一种扩展方案中,作为第二构件被或将被布置在第一和第三构件之间的中间连接件或中间连接构件被或将被连接元件穿过。在这种情况下优选的是,中间连接件或中间连接构件由多个尤其是板形的或是闸块式结构的连接中间体构成或具有这些连接中间体。为此在实施例中进一步规定,连接中间体在或通过布置在第一和第三构件之间形成一种分部段的环,尤其是形成分部段的圆环或圆环的部分。优选地,连接中间体借助于安装元件,尤其是螺钉或销子或卡子或类似物被或将被机械地连接到第一和/或第二构件上。按照另一个实施例,第一和/或第二构件和/或第三构件的接触面是环形地和/或封闭地构造的或布置的。此外优选的是,在构件之间的连接或摩擦连接具有大于0.4,优选大于0.5,尤其是大于0.6的摩擦系数。尤其是第一构件构造成转子轴。为此进一步设定,第二构件构造成转子毂或传动机构输入轴。只要当该连接由转子轴(第一构件)和转子毂(第三构件)构成,其中在第一和第三构件之间布置中间连接件(第二构件),则由此形成三部分式xa0的连接。此时第三构件构造成转子毂或传动机构输入轴。在一种备选方案中,第一构件构造成机器框架或管塔。为此进一步规定,第二或第三构件构造成被或将被布置在管塔上的枢轴承。有利地,该连接是传力的,尤其是可拆开的连接,尤其是承受横向力的连接和/或承受扭力的连接或螺纹连接。有利地,第一或第二或第三构件是铸造构件,优选具有0.5至1米的(连接)直径。此外,本发明的任务通过在风能设备的两个或三个构件的至少一种前述的连接情况下使用或布置构件来解决。由此两部件式的或三部件式的连接。为了避免重复,明确指出参见前面的陈述。该任务的另一个解决方案借助于一种用于形成风能设备的构件的连接的方法来实现,其中形成前面实施例之一所述的连接。此外该任务通过一种风能设备解决,其通过一种前面所述的连接构造。本发明以下在不限制总得发明构思的条件下依据实施例和参照附图示例性地进行描述,其中关于在正文中所有未详细描述的本发明的细节明确指出参见附图。
附图说明
图1以横剖视图示出了转子轴与转子毂和传动机构的连接的局部视图;图2是转子轴与传动机构的连接过渡部分的细节视图;图3a示出了转子毂与转子轴的法兰连接的细节视图;图3b示出了转子毂与剖切的转子轴的法兰连接的视图;图4a-4d示出了圆弓形中间体的各种视图;和图5是按照另一个实施例的转子轴与传动机构的连接过渡部分的细节视图。在以下的附图中各相同的或类型相同的元件或相应的部件采用相同的标号,从而省略相应的重复介绍。
具体实施方式
图1以横剖视图示出了一个风能设备的传动机构的转子毂11与转xa0子轴12和连接件13的连接的布置。转子毂11、转子轴12和在剖视图中没有进一步详细示出的传动机构是示意示出的风能设备WEA的部件,其中传动机构在前部区域中具有连接件13。如在图2的细节图中看到的,转子轴12借助于法兰连接14与传动机构的连接件13连接。为此转子轴12在面对着连接件13的末端上具有法兰环15,它具有相应的用于安纳螺钉的孔16。孔16均匀地布置在法兰环15的周面上。传动机构的连接件13在面对着转子轴12的一侧上具有对应的盲孔17,它们具有相应的螺纹。具有螺纹的螺钉18从转子轴侧装入到转子轴12的孔16和连接件13的孔17中,从而转子轴12与连接件13在形成预张紧的情况下连接起来。在转子轴12的末端和布置在转子轴12对面的连接件13的末端之间,在孔16,17的区域中布置连接中间体20,它们可以拆开地位于转子轴12和连接件13之间。按照本发明,连接中间体20在转子轴12和连接件13的两侧配有比转子轴12和连接件13的接触面更硬的接触面,从而通过拉紧螺钉18将提高或提高了转子轴12和连接件13之间的摩擦系数和摩擦连接。在拆卸时,即通过拧出螺钉18拆开转子轴12和连接件13之间的连接时,可以拿掉在两个构件之间的可以拆开的连接处的连接中间体20。转子轴12和连接件13的相互位于相对位置上的接触面优选是光滑的。典型地,转子轴12和连接件13的的末端的直径大于0.5米。备选地,转子轴12和连接件13的连接也可以没有中间连接体地实施。也尤其是适合于连接件13构造成具有较硬接触面的锻造的行星式托架的情况。轴此时例如可以用EN-GIS400铸造。或者,轴当然也可以硬化处理,尤其是当它作为锻造件实施时。此外在图3a中以横剖视图示出了在转子轴12和转子毂11(参见图1)之间的连接的细节图。为此转子毂11在其内侧上具有带相应的孔的法兰环19,孔中装入螺栓或螺钉并且与转子轴12的端部连接。为此在转子轴12上设有用于接纳螺栓或螺钉的相应的盲孔。螺栓或螺钉从转子毂11的内侧装入和与转子轴12连接。此外,为了形成互换的连接,在转子轴12上设有带用于接纳螺栓或螺钉的相应的孔的法兰环21。此时螺栓从背离转子毂11的一侧装入法兰环21的孔中,从而螺栓或螺钉穿过在转子毂11上的相应构造成的孔(盲孔或通xa0孔),由此法兰环21的外排的螺栓逆着法兰环19的内排的螺栓进行布置。此时法兰环21的孔的孔圆大于法兰环19的孔的孔圆。整体上由此实现对两个受机械负荷的构件的一种两排式的螺钉法兰连接,其中安装是这样进行的,即将转子毂和转子轴相互对准,接着将螺栓排拧在转子轴12的位于外部的法兰环21上,之后将转子毂11内部中的形式为螺栓或螺钉的连接元件拧在位于内部的法兰环19上。接着将螺栓或螺钉用预定的预张紧力张紧。由此可以实现转子毂11和转子轴12的稳固的法兰连接。通过在内部螺钉排的螺钉头下面设置的套筒25,为了标准化的目的,可以使用统一的螺钉长度。在外部法兰环21上布置有磁道24,它起着用于一个(没有示出的)避雷器的接触轨道的作用。为了形成在转子毂和转子轴之间的摩擦系数提高的连接,设有形式为制动垫片的连接中间构件20。与转子毂11和转子轴12的接触面的表面比转子毂11和转子轴12的接触面更硬地构造,从而在将螺栓排张紧到法兰环19,20的情况下摩擦连接产生更好的摩擦系数。或者,也可以在没有连接中间构件的情况下构造法兰连接,其中转子轴12的接触面的表面构造成较硬于转子毂11的接触面。此时它尤其是适用于转子毂11作为铸造件和转子轴12作为由优质钢构成的锻造件进行实施的情况。通过在要连接的构件即转子毂11和转子轴12的两侧上设置或不设置带有更硬表面的连接中间构件按照本发明连接风能设备的大体积的构件,实现一种防止在相互相对张紧的、摩擦连接地配合作用的构件(转子毂11和转子轴12)之间的相对运动的设置。转子毂11尤其是涉及一种由铸造材料例如球墨铸铁或者由简单的结构钢制成的构件,其中法兰环20于转子轴的接触面优选上机械地光滑地加工处理的,例如RZ16。此外,作为第二构件的转子轴12构造成钢构件(结构钢或优质钢)或具有比转子毂11的接触面更硬的接触面的表面的铸造构件。优选地,接触面的表面用锐边的喷射物进行喷砂处理,例如以质量级SA3喷砂,在此之后通过例如热物理工艺(例如火焰硬化或感应硬化)或通过热化学工艺(例如长时间气态渗氮碳硼Gasxa0nitro-carborieren)硬化。此时例如达到至少400HV(维氏硬度)、优选大于550HV的硬度。硬化层的xa0密度此时应该为大约0.6毫米或更大。通过连接元件或螺栓在转子毂11和转子轴12之间产生的预张紧力在接触面上应该达到范围为60至220N/mm²,优选在90至220N/mm²xa0之间的面压力。由此以成本特别有利的和可靠的方式实现高于0.4,优选高于0.5的转子轴与转子毂的连接的摩擦系数。此外在图3B中示出了转子毂11的法兰环19的视图,由此可以看见,法兰环19的孔圆形地布置,其中转子毂11与转子轴在法兰环19上的连接区域具有一般大于0.5米的直径。xa0此外由图3a和3b可以看见,连接中间体20同时作为制动垫片用于转子的制动。制动垫片包括三个相同的构造成连接中间体20的部段。制动通过两个制动装置26实现,在该制动装置中没有示出的螺栓被穿过螺栓孔座27。全部12个螺栓孔座27定位成使得每个转子板可以制动在垂直和水平位置上。制动垫片中的三个凹陷28使得维护人员可以接触到转子毂护衬。特别经济的是用机器框架制造的属于材料制造制动垫片。转子毂护衬(没有示出)优选固定在中间元件20上,以便不会由于附加的固定(浇铸)而影响在转子毂中的力束。在图4a至4d中示出了连接中间体20在一个构件上或在一个构件的法兰上的布置的各种实施例的视图,其中在图4a至4c中在左边的区域中分别示出了连接中间体20的一种圆形的布置和在图的右边分别示出了连接中间体20的单独的视图。借助于在两个构件的接触面,尤其是在构件之间的法兰连接的接触面之间连接中间体20的单侧硬化的接触面、优选相对于构件的接触面两侧硬化的接触面,由连接中间体20形成一种分段化的环。连接中间体20作为一个圆形设置的分段构造。连接中间体20可以具有一个或多个通孔22,从而连接中间体20由在两个要被连接的构件之间的法兰连接的螺栓或螺钉穿过。此外连接中间体20具有一些小孔23,使得形式为沉头螺钉的安装元件穿过孔23,由此例如可以实现或简化连接中间体20在法兰环上的安装。由此通过在孔中装入螺钉或其它安装元件可以将连接中间体20安装在构件的接触面上,其中接触面优选相应地具有用于接纳螺纹的盲孔。此外在本发明的范围内可能的是,在连接中间体20上设置相应的固定装置或定位装置,用于在构件上或者在构件的法兰上固定或布置连接中间体20。通过在第一和第三构件11,13之间设置第二构件(图2),该构件与第一和第三构件11,13的接触面具有更高的硬度,使得硬的第二构件可以实施成板形的或者形成为一种具有连接中间体的中间元件或中间连接件。由此可以降低构件11,13的表面硬化费用。依据不同的硬化工艺,此时有利的是,连接中间体的尺寸通过分段化进行限制。尤其是在环形法兰连接的情况下,连接中间体优选实施成圆环元件。图5对应于图2中所示的实施例示出了转子轴12与未进一步展示的传动机构的传动法兰130的连接的另一个实施例。其中在转子轴12和传动法兰130之间布置有制动垫片30,它具有与转子轴12和传动法兰130的接触面。为了提高在在转子轴12和制动垫片30或在转子轴12和传动法兰130之间的连接强度,在转子轴12和传动法兰130之间布置连接中间体20,它在表面上设有涂层。此外在制动垫片30上设有通孔,从而装入到传动法兰侧上的示意示出的螺钉31穿过垫圈32、制动垫片30和连接中间体20的设置的通孔并且通入到转子轴12的盲孔中。借助于垫圈可以实现更好的负荷分布。此外在制动垫片30和传动法兰130之间布置连接中间体20,从而用示意示出的螺钉33将传动法兰130和制动垫片30连接起来。连接中间体20涉及按照本发明的硬化的和/或涂层的连接中间体20,从而得到具有更高摩擦连接的改善的传力连接。在图5示出的实施形式中,涉及了多个按照本发明的连接的多重组合或者顺次串接。附图标记表xa011xa0转子毂12xa0转子轴13xa0连接件(传动机构)14xa0法兰连接15xa0法兰环16xa0孔17xa0孔18xa0螺钉19xa0法兰环20xa0连接中间体xa021xa0法兰环22xa0孔23xa0孔24xa0磁道25xa0套筒26xa0制动装置27xa0螺栓孔座28xa0凹陷30xa0制动垫片31xa0螺钉32xa0垫圈33xa0螺钉130xa0传动法兰WEAxa0风能设备