ホーム > 特許ランキング > ＥＦＦＢＥ ＧｍｂＨ
▶ エフベ、ゲゼルシャフト、ミット、ベシュレンクテル、ハフツングの特許一覧
特表2024-520828エラストマーバネ、およびエラストマーバネを有するアジマス駆動装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-05-24
(54)【発明の名称】エラストマーバネ、およびエラストマーバネを有するアジマス駆動装置
(51)【国際特許分類】
F03D 80/50 20160101AFI20240517BHJP
F03D 80/00 20160101ALI20240517BHJP
【ＦＩ】
F03D80/50
F03D80/00
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023576000
(86)(22)【出願日】2022-05-18
(85)【翻訳文提出日】2024-02-06
(86)【国際出願番号】 EP2022063369
(87)【国際公開番号】W WO2022258323
(87)【国際公開日】2022-12-15
(31)【優先権主張番号】102021114582.1
(32)【優先日】2021-06-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(31)【優先権主張番号】102021116293.9
(32)【優先日】2021-06-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】523461070
【氏名又は名称】エフベ、ゲゼルシャフト、ミット、ベシュレンクテル、ハフツング
【氏名又は名称原語表記】ＥＦＦＢＥ ＧｍｂＨ
(74)【代理人】
【識別番号】100120031
【弁理士】
【氏名又は名称】宮嶋 学
(74)【代理人】
【識別番号】100127465
【弁理士】
【氏名又は名称】堀田 幸裕
(72)【発明者】
【氏名】ミヒャエル、シェデル
(72)【発明者】
【氏名】ボルフガング、シュパツィヒ
(72)【発明者】
【氏名】アンドレアス、ケール
【テーマコード（参考）】
3H178
【Ｆターム（参考）】
3H178AA03
3H178AA40
3H178AA43
3H178BB79
3H178CC23
3H178CC25
3H178DD70X
(57)【要約】
本発明は、一体的に構成されたエラストマー本体であって、前記エラストマー本体のバネ方向に向く上側面および下側面を有するとともに、バネ力を前記バネ方向に伝達するためのエラストマー本体と、前記上側面と前記下側面とを接続する予圧部品であって、凹状に湾曲した側面を有する予圧部品と、を備える、風力タービンのタワーに対してロータを有するナセルを追跡するためのアジマス駆動装置のアジマスブレーキ用のエラストマーバネに関する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
風力タービンのタワー（１０１）に対してロータを有するナセル（１０３）を追跡するためのアジマス駆動装置（１００）のアジマスブレーキ（１０）用のエラストマーバネ（１）であって、一部品から構成されたエラストマー本体（２）であって、前記エラストマー本体（２）のバネ方向（Ｆ）を向く上側面（１３）および下側面（１５）を有するとともに、バネ力を前記バネ方向（Ｆ）に伝達するためのエラストマー本体（２）と、
前記上側面（１３）と前記下側面（１５）とを接続する予圧部品（１７）であって、凹状に湾曲した側面（１９）を有する予圧部品（１７）と、を備えるエラストマーバネ（１）。
【請求項2】
前記予圧部品（１７）は、圧縮中に、前記側面（１９）の曲率が減少する態様で弾性的に圧縮するように適合される、請求項１のエラストマーバネ（１）。
【請求項3】
前記予圧部品（１７）は、たわみ中に、前記側面（１９）の曲率が増加する態様で膨張するように適合される、請求項１または２に記載のエラストマーバネ（１）。
【請求項4】
前記予圧部品（１７）は、圧縮中に弾性的に圧縮して弾性変形復元力を生じさせ、前記エラストマー本体（２）が、前記変形復元力を、予圧力として前記バネ方向（Ｆ）において前記上側面（１３）および前記下側面（１５）を介して伝達する、請求項１～３の一項に記載のエラストマーバネ（１）。
【請求項5】
前記エラストマー本体（２）は、少なくとも１つ、特に２つまたは３つの、さらに特に同一形状の予圧部品（１７）を備え、前記予圧部品（１７）は、前記バネ方向（Ｆ）において直列に配置される、請求項１～４の一項に記載のエラストマーバネ（１）。
【請求項6】
２つの隣り合う予圧部品（１７）が、圧縮および／または伸長中に実質的に変形しないままである切断ディスク（２１）、特に平面状のものにより互いから隔てられる、請求項５に記載のエラストマーバネ（１）。
【請求項7】
前記切断ディスク（２１）は、前記上側面（１３）および前記下側面（１５）と同一の形状および／または外法寸法を有する、請求項５または６に記載のエラストマーバネ（１）。
【請求項8】
風力タービンのタワー（１０１）に対してロータを有するナセル（１０３）を追跡するためのアジマス駆動装置（１００）のためのアジマスブレーキ（１０）であって、前記アジマス駆動装置（１００）は、前記タワー（１０１）に回転的に固定した態様で接続するアジマスリング（１０５）を有し、前記アジマスブレーキ（１０）は、前記アジマスリング（１０５）と摺動接触する摺動ディスク（３）と、前記摺動ディスク（３）に前記アジマスリング（１０５）に接触するように予圧を加えるための、特に請求項１～７の一項に従って形成されたエラストマーバネ（１）と、を備え、
前記エラストマーバネ（１）は、成型エラストマー、特にウレラスト（Ｕｒｅｌａｓｔ）等のポリウレタンから構成される、
アジマスブレーキ（１０）。
【請求項9】
前記アジマスブレーキ（１０）は、前記エラストマーバネ（１）用の特にナセルに固定されたレセプタクル（５）をさらに備え、前記レセプタクル（５）において、前記エラストマーバネ（１）は、特に前記摺動ディスク（３）も、並進的に変位可能である、請求項８に記載のアジマスブレーキ（１０）。
【請求項10】
前記エラストマーバネ（１）は、少なくとも２つのクランプ部（１４、１６、２１）を有し、前記クランプ部（１４、１６、２１）は、前記エラストマーバネ（１）の前記バネ方向（Ｆ）において互いから距離を置いて配置され、前記レセプタクル（５）に周方向において接触し、凹状に湾曲した側面（１９）を介して互いに接続する、請求項９に記載のアジマスブレーキ（１０）。
【請求項11】
前記エラストマーバネ（１）が圧縮して前記摺動ディスク（３）に対する前記予圧力が増加するとき、前記クランプ部（１４、１６、２１）は、それらが互いに向かって移動するように、かつ前記側面（１９）の曲率が減少するように、前記レセプタクル（５）に支持される、請求項１０に記載のアジマスブレーキ（１０）。
【請求項12】
前記予圧力は、前記エラストマーバネ（１）の圧縮の程度を介して調節可能である、請求項８～１１のいずれか一項に記載のアジマスブレーキ（１０）。
【請求項13】
前記アジマスブレーキ（１０）は、前記エラストマーバネ（１）を圧縮するための機械式、油圧式、または空気圧式のユニットをさらに備え、特に、前記ユニットは、ネジ（９）を備える、請求項８～１２のいずれか一項に記載のアジマスブレーキ（１０）。
【請求項14】
少なくとも１つのサーボモータ（１０５）と、請求項８～１３の一項に従って構成されたアジマスブレーキ（１０）と、
を備える、風力タービンのタワー（１０１）に対してロータを有するナセル（１０３）を追跡するためのアジマス駆動装置（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、風力タービンのタワーに対してロータを有するナセルを追跡するためのアジマス駆動装置のアジマスブレーキ用のエラストマーバネに関する。さらに、本発明は、風力タービン用のアジマスブレーキおよびアジマス駆動装置に関する。
【背景技術】
【0002】
風力タービンは、通常、静止したタワー、特に基礎や地面に固定されたタワーを備えている。タワーに、風により制動および追跡可能なナセルが、旋回リングにより鉛直方向軸を中心として回転可能に装着されている。ナセルは、回転可能に装着されたロータハブを有しており、その周囲をロータの少なくとも１つのロータブレードが回転し得る。
【0003】
アジマス（方位角）駆動装置の役割は、ナセルを、ひいては風力タービンロータのロータブレードを、風向きに応じて、エネルギー変換に最適なナセル位置に移動させることである。例えば、ボール旋回リングや電気駆動装置が使用される。旋回リングは、通常、タワーに固定されたフェース側伝動装置を有するギアリム（アジマスリングとも呼ばれる）を備えている。そのフェース側に、アジマスリングに対して回転運動で移動してナセルを追跡するように、複数のモータがギア方式で係合している。
【0004】
例えばメンテナンスの場合にナセルを制動して固定するために、アジマスリングの円周上に分散配置された複数の摩擦ブレーキが使用される。これらは、本質的にＣ字状の構造を有し、鉛直方向を向くアジマスリングの上側面および下側面と摩擦接触するように、クランプ態様においてアジマスリングの周囲を把持する。アジマスブレーキは、一般に、アジマスリングと接触するための摺動ライニングを有している。さらに、皿バネアセンブリが、摺動ライニングにアジマスリングの方向において予圧を加えるように設けられる。予圧の量は、摩擦抵抗、ひいてはブレーキ効果を調節するように使用され得る。
【0005】
メーカーによれば、皿バネの故障確率は、およそ１％である。風力タービンの種類によるが、最大で２７０個もの皿バネが風力タービンに使用されているため、アジマス駆動装置に対する損傷のリスクは倍増する。皿バネアセンブリの問題点は、皿バネが１つでも損傷したり故障したりした場合、アセンブリの全体的な予圧が突然失われることである。この結果、残りの荷重が無傷のままであるバネアセンブリに分散し、永久的に過荷重状態となる。このため、他の皿バネアセンブリの損傷プロセスが加速する。風力タービンは停止し、予定外のメンテナンス処置が必要となりコストがかかる。
【0006】
このようなアジマス駆動装置およびアジマスブレーキは、例えば、ＥＰ０９４５６１３Ｂ１またはＷＯ２０１５／０８２１１４Ａ１から知られている。また、ＥＰ０９４５６１３Ａ１およびＷＯ２０１５／０８２１１４Ａ１は、皿バネアセンブリに代えて、空気バネ、気体バネ、エラストマーバネ、またはねじりバネ等の位置エネルギーの代替的な備品を使用する初期アプローチを開示している。
【0007】
皿バネアセンブリの高い故障リスクに加え、大きなスペースが必要であること、部品点数が多いことが、既知のアジマスシステムの欠点であることが判明している。
【発明の概要】
【0008】
本発明の１つの課題は、従来技術の欠点を克服すること、特に、信頼性および／または耐久性のより高いアジマスブレーキおよび／またはアジマス駆動装置を提供することである。
【0009】
この課題は、独立請求項のものにより解決される。
【0010】
これによれば、風力タービンのタワーに対してロータを有するナセルを追跡するためのアジマス駆動装置のアジマスブレーキ用のエラストマーバネが提供される。タワーは、通常、静止している、および／または基礎に固定されている。エラストマーバネは、基本的に、摩擦力を生じさせるために使用される。特に、摩擦抵抗ひいては制動効果を生じさせつつ、風力タービンのタワーに対する追跡中にナセルを制動するように、エラストマーバネは、アジマスブレーキの摺動ライニングをアジマスリングに接触させるように適合されている。
【0011】
本発明によるエラストマーバネは、一体的に構成されたエラストマー本体を備えている。エラストマー本体は、例えば重合、重縮合、重付加または加硫により製造され得る。エラストマー材料は、例えば、成型エラストマー、特にウレラスト（Ｕｒｅｌａｓｔ）等のポリウレタンであり得る。
【0012】
エラストマー本体は、エラストマー本体のバネ方向に向く上側面と、エラストマー本体のバネ方向を向く下側面であって、上側面とは反対側の下側面と、を有する。上側面および下側面は、バネ力をバネ方向に伝達する役割を果たす。エラストマー本体は、例えば、中実材料を備え得る、および／またはこれから構成され得る。エラストマー本体は、さらに、エラストマー本体のバネ方向に対して平行に配向された長手方向において延びる。バネ方向において、エラストマー本体は、特に弾性的に変形および圧縮し得る。エラストマーバネは、特に弾性変形、特に圧縮および膨張を利用することにより、ナセルを制動するための摩擦力を適用および低減するように適合され得る。
【0013】
本発明によるエラストマーバネは、上側面と下側面とを接続する予圧部品であって、凹状に湾曲した側面を有する予圧部品をさらに備える。側面の凹部は、エラストマーバネを外側から見た場合に理解されることが理解されるべきである。反対方向、すなわちエラストマー本体の内側から見た場合、側面の湾曲は凸状である。予圧部品は、上側面および下側面と一体的に構成される。上側面および下側面は、実質的に平面状のプレートまたはディスクにより各々実現され得る。上側面と下側面とを接続する側面は、一定の曲率半径を有し得る、および／またはエラストマー本体の長手方向に対して周方向に閉じ得る。
【0014】
アジマスブレーキ用のエラストマーバネとしてのエラストマー本体は、とりわけ有利であることが判明している。なぜならば、皿バネアセンブリとは対照的に、エラストマーバネは、優れた緊急運転特性を特徴とするからである。これは、エラストマーバネが損傷しても予圧が完全に失われないため、これを次の予定されたメンテナンス時に交換できるためである。１つのエラストマーバネを６部品の皿バネアセンブリに代えることができるため、部品の種類を大幅に減らすことができるとともに、エラストマーバネの故障のリスクも６部品の皿バネアセンブリよりもはるかに低い。本発明によるエラストマー本体の構造を理由として、特に凹状に湾曲した側面により純粋に円筒状の形状から逸脱した形状を理由として、エラストマーバネは、非常に高い荷重を受け得る。特に、粘弾性効果が利用され得る。この結果、必要な変形に要求されるスペースも最小とすることができる。純粋に円筒状のエラストマーバネとは対照的に、本発明による構造により、利用可能な設置スペースを保持しつつ、標準的なアジマスブレーキにおける所望のクランプ力が達成され得る。標準的な円筒形のエラストマーバネを使用した場合、同一の十分なクランプ力を生じさせるためには、バネ要素の断面積を倍増させる、特に２倍～３倍に増大する必要があるであろう。エラストマー本体の側面の部分でエラストマー材料を省略することにより、一方でエラストマーバネの材料コストが削減され、他方で側面を囲む凹部の結果として側面に残るフリースペースにより、エラストマー本体のエラストマー材料に大きな凹みスペースが提供されるため、その変形率が増加する。
【0015】
変形部品とも称され得る予圧部品は、特にバネ方向において予圧を加えられる、および／または変形する、例えば、特に弾性的に圧縮する、または圧縮するように適合され得る。これにより、軸方向に向く力、特に反力、例えば特に弾性変形復元力が生じ得る。予圧部品は、変形していない、および／または予圧を加えられていない受動状態と、変形している、および／または予圧を加えられている能動状態と、を有し得る。
【0016】
本発明によるエラストマーバネの例示的な実施形態において、予圧部品は、圧縮中に、側面の曲率が減少する態様で弾性的に圧縮するように適合される。換言すれば、エラストマー本体が圧縮する場合、その上側面と下側面とが互いに向かって移動する結果、予圧部品のエラストマー材料が軸方向すなわちバネ方向に圧縮することで、エラストマー材料が径方向外方に変位して、側面の曲率半径が増加するという、予圧部品の特に弾性的な変形が生じる。
【0017】
本発明によるエラストマーバネのさらなる例示的な実施形態によれば、予圧部品は、たわみ中に、側面の曲率が増加する態様で特に弾性的に膨張するようにさらに適合される。これにより、特に側面の曲率半径が減少する。予圧部品が膨張するとき、上述の圧縮とは逆の効果が生じる。
【0018】
予圧部品の圧縮または膨張の程度が、その寸法により調節または制限され得ることが明瞭である。軸方向および径方向における寸法ならびに曲率半径は、関係している。
【0019】
本発明の他の例示的な実施形態において、予圧部品は、バネのたわみ中に圧縮して弾性変形復元力を生じさせ、エラストマー本体が、変形復元力を、予圧力としてバネ方向において上側面および下側面を介して伝達する。換言すれば、特にエラストマー本体の予圧部品の弾性圧縮を利用して、結果として生じる変形復元力を介して予圧力を生成することができる。摩擦力が生じることにより、この力をアジマスブレーキがアジマス駆動装置を制動するように利用できる。
【0020】
本発明によるエラストマーバネの例示的なさらなる発展例において、エラストマー本体は、少なくとも１つのさらなる、特に２つまたは３つのさらなる、特に同一形状の予圧部品を備える。このように形成されたエラストマーバネは、サンドイッチ構造とも称され得る。特に、すべての予圧部品が、上側面および下側面、および／または互いに一体的に構成される。
【0021】
予圧部品は、バネ方向において直列に配置され得る。複数の予圧部品の直列配置は、個々の予圧部品が独立して変形可能、特に圧縮可能かつ膨張可能に構成され得る。例えば、エラストマーバネは、蛇腹状またはアコーディオン状の変形挙動を有する。
【0022】
本発明によるエラストマーバネの例示的なさらなる発展例によれば、２つの隣り合う予圧部品が、圧縮および／または伸長中に実質的に変形しないままである切断ディスク、特に平面状のものにより互いから隔てられる。切断ディスクは、予圧部品および／または上側面および下側面と一体的に構成される。本実施形態によれば、蛇腹状またはアコーディオン状の構造が得られ、その変形挙動も蛇腹またはアコーディオンに類似する。個々の予圧部品は、変形または膨張の有無に応じて切断ディスクと上側面および下側面とが互いに向かって、または互いから離れるようにそれぞれ移動するにつれて、荷重下で圧縮および膨張する。
【0023】
本発明によるエラストマーバネの別の例示的な実施形態によれば、切断ディスク、特に複数の切断ディスクは、上側面および下側面と同一の形状および／または同一の外法寸法を有する。エラストマー本体は、回転可能な形状とされ得る、および／またはエラストマー本体の断面に対して長手方向および横方向の両方向において見て中心軸に対して軸対称であり得る。
【0024】
先行する態様および例示的な実施形態と組み合わせ得る本発明の別の態様によれば、風力タービンのタワーに対してロータを有するナセルを追跡するためのアジマス駆動装置のアジマスブレーキが提供される。アジマスブレーキの基本的な構造、動作、および配置について、アジマス駆動装置および関連するナセル、ロータ、およびタワーの構成要素に関する上述の実施形態を参照することができる。アジマス駆動装置は、静止した、および／または基礎に固定されたタワーに回転的に固定した態様で接続するアジマスリングを備える。
【0025】
本発明によるアジマスブレーキは、アジマスリングと摺動接触する摺動ディスクと、摺動ディスクにアジマスリングに接触するように予圧を加えるための、例えば上述の態様または例示的な実施形態のうちの１つに従って形成された特に本発明によるエラストマーバネと、を備える。
【0026】
アジマスリングに制動力を加えるために、すなわち、アジマス駆動装置により回転駆動されているアジマスリングを制動するために、エラストマーバネをアジマスリングに摩擦接触させることで、または既存の摩擦接触を増幅させることでアジマスリングが制動されるように、アジマスリングに対面する摺動ディスクにエラストマーバネによって力を加えることができる。
【0027】
本発明のさらなる態様によれば、エラストマーバネは、成型エラストマー、特にウレラスト（Ｕｒｅｌａｓｔ）等のポリウレタンから、および／または単一部品から、特に１つの製造ステップおよび／またはツールで構成される。
【0028】
皿バネアセンブリに代えてエラストマーバネを使用する基本的な利点について、上述の実施形態を参照されたい。成型エラストマーは、圧縮永久ひずみが非常に小さい、例えば、標準的なエラストマー部品の圧縮永久ひずみよりも少なくとも１０％または少なくとも１５％低い、および／または、例えば５％であるという点で、風力タービンのアジマスブレーキに使用するのに有利であることが判明している。さらに、成型エラストマーは、経年変化に対する高い耐性を特徴とする。アジマスブレーキの用途において、２０年を超える耐経年変化性が成型エラストマーに対して得られる。また、ポリウレタンは、およそ４０Ｎ／ｍｍ２の高い引張強さ、およびおよそ５００％の破断伸びを特徴とする。これにより、標準的なエラストマーに比較して、特に少なくとも１．５倍、２倍、または２．５倍の著しく高い引張強さおよび著しく高い破断伸びが得られる。
【0029】
本発明によるアジマスブレーキの例示的な実施形態によれば、アジマスブレーキは、エラストマーバネ用の特にナセルに固定されたレセプタクルをさらに備え、レセプタクルにおいて、エラストマーバネは、特に摺動ディスクも、並進的に変位可能である。換言すれば、レセプタクルは、ナセルそれ自体に、または特に回転的に固定した態様でナセルに接続した風力タービンのさらなる部品に設けられる。エラストマーバネは、バネ方向において特に並進変位可能であり得るため、エラストマーバネは、圧縮および膨張を目的としてバネ方向において並進変位可能である。エラストマーバネ用のレセプタクルは、例えば凹部、特に円筒状凹部により実現され得る。
【0030】
本発明によるアジマスブレーキの例示的なさらなる発展例によれば、エラストマーバネは、エラストマーバネのバネ方向において互いから距離を置いて配置された少なくとも２つのクランプ部を有し、少なくとも２つのクランプ部は、レセプタクルに周方向において接触するとともに、周方向に閉じた凹状に湾曲した側面を介して互いに接続する。クランプ部は、エラストマーバネの上側面および下側面により形成され得る。クランプ部は、バネ方向に対して平行に配向されたエラストマーバネの長手方向を横断する方向におけるエラストマーバネの最大寸法を規定し得る。換言すれば、エラストマーバネは、クランプ部を介してレセプタクルの周壁に周方向に接触する。エラストマーバネは、必ずしも凹部底面と接触している必要はなく、そこから少なくともわずかな距離を置いて少なくとも圧縮した状態で配置され得る。
【0031】
本発明によるアジマスブレーキの別の例示的な実施形態によれば、エラストマーバネが圧縮して摺動ディスクに対する予圧力が増加する、および／または摺動ディスクに予圧力が加えられるとき、クランプ部は、それらが互いに向かって移動するように、かつ側面の曲率が減少するように、レセプタクルに配置される。クランプ部が互いに向かって移動する際に生じるエラストマーバネの弾性圧縮により、エラストマーバネの材料は径方向外方に変位することため、側面の曲率が減少する。エラストマーバネの変位した材料は、レセプタクルの内壁と側面との間に生じた凹みスペース内において膨張または凹み得る。
【0032】
本発明による別の実施形態によれば、予圧力は、エラストマーバネの圧縮の程度を介して調節可能である。例えば、予圧力、ひいてはアジマスブレーキの制動力は、エラストマーバネの圧縮の程度が増加するにつれて、特に直線的に増加する。
【0033】
本発明によるアジマスブレーキの別の例示的な実施形態において、アジマスブレーキは、エラストマーバネを圧縮するための機械式、または油圧式、または空気圧式の装置をさらに備える。例えば、装置は、エラストマーバネの圧縮または膨張を制御する電子コントローラに連結され得る。例えば、装置は、ネジを備え得る。例えば、ネジは、レセプタクル内に突出してエラストマーバネを圧縮する。ネジがレセプタクルスペースに次第にねじ込まれると、ネジはクランプ部のうちの一方を押圧し、それを他方のクランプ部に向けて押すため、エラストマーバネが圧縮する。
【0034】
さらに、本発明は、風力タービンのタワーに対してロータを有するナセルを追跡するためのアジマス駆動装置をも提供する。本発明によるアジマス駆動装置は、例えばアジマスリングを駆動する少なくとも１つのサーボモータと、本発明の上述の態様または例示的な実施形態のうちの１つに従って形成されたアジマスブレーキであって、本発明によるエラストマーバネを備え得るアジマスブレーキと、を備える。
【0035】
好適な実施形態は、従属請求項に記載されている。
【0036】
以下において、本発明のさらなる特性、特徴、および利点が、添付の例示的な図面を参照してなされる本発明の好適な実施形態の説明により明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0037】
【図1】風力タービンのアジマス駆動装置の一部の概略図。
【図5】本発明によるエラストマーバネの例示的な実施形態の側面図。
【図8】側面図における本発明によるエラストマーバネのさらなる例示的な実施形態。
【発明を実施するための形態】
【0038】
本発明の例示的な実施形態についての以下の説明において、風力タービンのアジマス駆動装置のアジマスブレーキ用の本発明によるエラストマーバネには、全体として参照符号１が付されている。本発明によるアジマスブレーキには、全体として参照符号１０が付され、対応するアジマス駆動装置には、全体として参照符号１００が付されている。
【0039】
図１は、風力タービンのアジマス駆動装置１００の一部の概略図を示す。風力タービンは、通常、静止したタワー１０１と、タワー１０１に回転可能に接続したナセル１０３と、を備えている。ナセル１０３は、鉛直方向軸を中心として、回転接続部により回転可能である。この目的は、風を追跡すること、および、ナセル１０３とナセル１０３に回転可能に装着されたロータ（図示せず）であって少なくとも１つのロータブレードを有するロータとを減速させることである。このようにして、ロータブレードは、風向きに対して、常にエネルギー変換について最適な位置にある。図１において、タワー１０１とナセル１０３との回転接続部は、アジマス駆動装置１００により実現されている。
【0040】
アジマス駆動装置１００は、アジマスリングとも称される外歯車を有するギアリム１０５であって、タワー１０１に回転不可能に接続するギアリム１０５を備えている。アジマス駆動装置１００は、複数のサーボモータまたは電気モータ１０７も備えている。これらは、回転的に固定した態様でナセル１０３に接続するとともに、各場合にギアホイール１０６を介してギア式にアジマスリング１０５の外歯車に係合している。この目的は、アジマスリング１０５に対して回転運動をすることで、ナセル１０３を移動させることである。ナセル１０３を制動するために、図１のアジマス駆動装置１００は、アジマスリング１０５の円周上に均等に分散配置された４つのアジマスブレーキ１０も備えている。図１において、アジマスブレーキ１０は、実質的にＣ字状の構造を各々有し、アジマスリング１０５をクランプのように囲んで把持していることが分かる。ナセル１０３を制動するために、鉛直方向に見てアジマスブレーキ１０とアジマスリング１０５の上側面１０８および下側面１１０との間に、通常はアジマスブレーキ１０に対する摺動ライニング３の形態における摩擦接触部が形成されている。摺動ライニング３にアジマスリング１０５の方向において予圧を加えることでアジマスリング１０５と摺動ライニング３との間に摩擦力を発生させるように、本発明によるエラストマーバネ１が、図１のアジマスブレーキ１０において使用されている。図１において、アジマスブレーキ１０は、Ｃ字状の構造を理由として、アジマスリング１０５の下側面１１０と摩擦接触をなす摺動ライニング３および対応するエラストマーバネ１と、アジマスリング１０５の上側面１０８と摩擦接触をなす摺動ライニング３および対応するエラストマーバネ１と、の両方を有していることが分かる。このようにして、アジマスブレーキ１０の制動効果が向上し得る。
【0041】
アジマスブレーキ１０で本発明によるエラストマーバネ１を使用することは、有利であることが判明している。なぜならば、従来技術で使用される皿バネアセンブリとは対照的に、エラストマーバネ１は、優れた緊急運転特性を特徴とするからである。これは、エラストマーバネ１が損傷しても予圧が完全に失われないため、これを次の予定されたメンテナンスで容易に交換できるためである。また、本発明によるエラストマーバネ１の故障のリスクは、皿バネアセンブリのものよりも低い。本発明によるエラストマーバネ１について、図３～図８を参照して以下に説明する。
【0042】
図２は、図１のアジマス駆動装置１００のアジマスブレーキ１０の概略側面図を示す。図２のアジマスブレーキ１０は、図１のアジマスブレーキ１０の下部を表す。このため、図２において、制動力は、アジマスリング１０５の下側面１１０との摩擦接触を介して生成される。アジマスブレーキ１０は、図１のアジマスブレーキ１０の上部をさらに備え得る。この上部は、アジマスリング１０５の上側面１０８との摩擦接触を生成し、構成において実質的に同一である。しかしながら、アジマスブレーキ１０の上側面は、図２の実施形態では示されていない。
【0043】
図２～図４の本発明によるアジマスブレーキ１０の実施形態は、アジマスリング１０５と摺動接触する４つの摺動ディスク３と、摺動ディスク３のうちの１つと各々対応付けられる以下で詳述する本発明による４つのエラストマーバネ１であって、摺動ディスク３にアジマスリング１０５に接触するように予圧を加えて摩擦接触を生じさせるためのエラストマーバネ１と、を備えている。
【0044】
図３および図４は、図２のアジマスブレーキ１０を、対応する線ＩＩＩ‐ＩＩＩおよび線ＩＶ‐ＩＶにおける断面図にて各々示して、本発明によるエラストマーバネ１またはアジマスブレーキ１０の動作を説明するものである。図３において、エラストマーバネ１が張力のかかっていない状態で示されている。これにより、エラストマーバネ１に対応するアジマスブレーキユニット１０は、アジマスリング１０５にまったく制動力を加えないようにガイドされている。図４は、張力のかかった状態にあるさらなるエラストマーバネ１を示し、さらなるエラストマーバネ１に対応するアジマスブレーキユニット１０は、アジマスブレーキユニット１０に制動力を加えるとともにナセル１０３を減速させるようにガイドされている。このようにして、アジマスブレーキ１０すなわち個々のアジマスブレーキユニット１０の予圧力は、エラストマーバネ１の圧縮の程度により調節可能である。エラストマーバネ１の圧縮の程度は、エラストマーバネ１がどれだけ圧縮可能であるかを示し、エラストマーバネ１の圧縮により生成され得る変形復元力を決定する。
【0045】
アジマスブレーキ１０は、ナセル１０３に回転不可能に接続するエラストマーバネ１のためのレセプタクル５を有している。図２～図４の実施形態において、レセプタクル５は、Ｌ字状の構造を有し、風力タービンにおいてアジマスリング１０５の鉛直方向下方およびタワー１０１（図２～図４で図示せず）の上方に配置されている。したがって、レセプタクル５は、アジマスリング１０５に上側面６において隣接しているとともに、タワー１０１に下側面８において隣接している。レセプタクル５がタワー１０１に対して回転できるように、下側面８ではタワー１０１と直接的な接触がない。レセプタクルの上側面６では、同様にアジマスリング１０５との直接的な接触がない。または、レセプタクル５の上側面６およびアジマスリング１０５の下側面１１０は、タワー１０１に回転不可能に接続するアジマスリング１０５に対するレセプタクル５の回転を損なわないように形成されている。
【0046】
図２～図４に示す実施形態において、レセプタクル５は、各エラストマーバネ１のための円筒状凹部７を有している。凹部７内で、エラストマーバネ１、および、鉛直方向においてエラストマーバネ１とアジマスリング１０５との間に配置された対応する摺動ディスク３は、並進的に変位可能である。凹部７は、レセプタクル５のアジマスリング１０５に対面する上側面６から、レセプタクル５の内部に延びている。並進的に変位可能であることにより、エラストマーバネ１を、凹部７内で圧縮することができる。さらに、並進的に変位可能であることにより、図３に示すようにエラストマーバネ１が弛緩状態であり、かつアジマスリング１０５に制動力が生じていない場合、アジマスブレーキユニット１０の摺動ディスク３とアジマスリング１０５との間に、ナセル１０３の回転時に摩擦抵抗を生じさせ得る接触がないことが可能とされている。図３は、張力のかかっていない状態において、摺動ディスクとアジマスリング１０５との間に隙間１２が形成されていることを示す。図４に示すようにエラストマーバネ１が圧縮するとき、エラストマーバネ１は、最初にアジマスリング１０５の方向に並進的に移動する。このため、摺動ディスク３とアジマスリング１０５との間に隙間１２はなくなる。こうしてエラストマーバネ１は、初めて圧縮する。これにより、エラストマーバネ１と凹部７の凹部底面２５との間に隙間が形成される。隙間１２は、一方では、エラストマーバネ１が弛緩状態にある場合、摺動ディスク３とアジマスリング１０５との間に接触がないように十分に大きく、他方では、アジマスブレーキ１０すなわちアジマスブレーキユニット１０の作動時に、ブレーキ効果を可能な限り遅らせないように十分に小さい寸法とされている。円筒状凹部７は、エラストマーバネ１と同一の直径を有しているため、エラストマーバネ１は、凹部７の内壁２３に周方向において接触している。
【0047】
図２～図４に示す実施形態において、レセプタクル５は、エラストマーバネ１を圧縮するための装置を備えている。この装置は、各々のエラストマーバネ１について、それぞれのエラストマーバネ１を圧縮するためのネジ９を有している。ネジ９は、レセプタクル５の下側面８からレセプタクル５すなわち円筒状凹部７内に突出している。これにより、ネジ９は、エラストマーバネ１を圧縮するようにレセプタクル５すなわち円筒状凹部７に次第にねじ込まれ、エラストマーバネ１を押圧する。ネジ９からエラストマーバネ１への力の伝達を均一にするため、ネジ９の各々とエラストマーバネ１との間に、エラストマーバネ１および凹部７と同一の外形寸法を有するディスク１１が設けられている。アジマスブレーキユニット１０が作動してエラストマーバネ１を圧縮するとともに摺動ディスク３に対する予圧力が生成されると、ディスク１１は、円筒状凹部７においてネジ９によりアジマスリング１０５の方向に押圧される。このように、エラストマーバネ１は、圧縮中にそれ自体をレセプタクル５のディスク１１に対して支持することで、摺動ディスク３に対する予圧力を増大させている。エラストマーバネ１は、こうして摺動ディスク３をアジマスリング１０５に対して押圧し、これに接続するレセプタクル５またはナセル１０３が制動される。
【0048】
図５～図７を参照して、本発明によるエラストマーバネ１の構造について以下に詳細に説明する。図５は、図３に示すように張力のかかっていない状態におけるエラストマーバネ１の側面図を示す。図７は、斜視図を示す。図６は、図４に示すように張力のかかった状態にあるエラストマーバネ１を示す。
【0049】
本発明によるエラストマーバネ１は、例えば重合、重縮合、重付加または加硫により製造され得る一部品から構成されたエラストマー本体２を備えている。エラストマー材料は、例えば、成型エラストマー、特にウレラスト（Ｕｒｅｌａｓｔ）等のポリウレタンであり得る。エラストマー本体２は、バネ方向Ｆにおいて弾性的に変形および圧縮可能である。エラストマー本体２は、回転可能な形状とされるとともに、バネ方向Ｆを同様に規定する中央軸Ｍに対して軸対称である。
【0050】
エラストマーバネ１は、エラストマー本体２のバネ方向Ｆを向く上側面１３と、エラストマー本体２のバネ方向Ｆを向く下側面１５であって、上側面１３とは反対側の下側面１５と、を有している。上側面１３および下側面１５は、平面状のディスク１４、１６により各々実現されるとともに、バネ力をバネ方向Ｆにおいて伝達する役割を果たす。図５～図７におけるエラストマーバネ１の実施形態は、２つの同一形状の予圧部品１７も備えている。予圧部品１７は、エラストマー本体２の上側面１３と下側面１５とを互いに接続し、外側から見て凹状に湾曲する側面１９を各々有している。予圧部品１７は、バネ方向Ｆにおいて見て、直列に配置されている。２つの予圧部品１７の間に、２つの予圧部品１７を互いから隔てる平面状の切断ディスク２１が存在している。切断ディスク２１は、エラストマー本体２の上側面１３および下側面１５におけるディスク１４、１６と同一の形状および同一の外法寸法を有している。本発明によれば、上側面１３および下側面１５におけるディスク１４、１６、予圧部品１７、および切断ディスク２１は、一体的に構成されている。
【0051】
図５と図６とを比較することにより、また図３および図４を参照することにより、本発明によるエラストマーバネ１の機能が理解され得る。圧縮時には、エラストマー本体２の上側面１３および下側面１５におけるディスク１４、１６、または切断ディスク２１が、２つの予圧部品１７の間において、互いに向かって移動する。ディスク１４、１６または切断ディスク２１は変形しないままである。これにより、ディスク１４、１６、２１の間の予圧部品１７が弾性的に圧縮する結果、エラストマーバネ１の蛇腹状またはアコーディオン状の構造が得られる。予圧部品１７の圧縮により、予圧部品１７のエラストマー材料が径方向外方に変位するため、それぞれの側面１９の曲率が減少する。このため、予圧部品１７の側面１９の曲率は、図６および図４におけるエラストマーバネ１の圧縮状態において、図５および図３におけるエラストマーバネ１の弛緩状態よりも小さい。エラストマーバネ１が圧縮されなくなると、上側面１３および下側面１５におけるディスク１４、１６または切断ディスク２１が伸長中に再び互いから遠ざかるように移動することにより、予圧部品１７は再び膨張し、側面１９の曲率が増大する。２つの予圧部品１７は、切断ディスク２１により互いに独立して圧縮および膨張可能であるため、２つの側面１９の曲率が異なることも可能である。
【0052】
圧縮中に、予圧部品１７の圧縮により、弾性変形復元力が生じる。この弾性変形復元力は、エラストマー本体２により、上側面１３および下側面１５におけるディスク１４、１６を介して、バネ方向Ｆにおける予圧力として伝達され得る。この予圧力により、例えば、風力タービンのナセル１０３を制動するアジマスブレーキ１０で必要な摩擦力が発生し得る。図３において、ディスク１４、１６、２１は離れているため、予圧部品１７は圧縮しておらず、エラストマーバネ１は弛緩している。したがって、変形復元力、ひいては予圧力は発生していない。図４において、制動のために、まず、ネジ９を凹部７にねじ込むことにより、エラストマーバネ１および鉛直方向においてその真上にある摺動ディスク３がアジマスリング１０５の方向に押し込まれる。摺動ディスク３とアジマスリング１０５とが接触すると、すなわち、摺動ディスク３とアジマスリング１０５との間の隙間１２が閉じると、エラストマーバネ１のディスク１４、１６、２１は互いに向かって移動するため、中間の予圧部品１７が圧縮されて、側面１９の曲率が減少する。これにより、予圧力として利用できる変形復元力が発生する。図４の実施形態におけるエラストマーバネ１の下側面１５は、ネジ９に接続するディスク１１にしっかりと接触している結果移動できないため、予圧力は、エラストマーバネ１の上側面１３を介して摺動ディスク３に伝達される。こうして、摺動ディスク３は、アジマスリング１０５に対して押圧される。これにより、摺動ディスク３とアジマスリング１０５との間に摩擦力が生じ、この摩擦力によって、エラストマーバネ１が収容されているレセプタクル５、およびこれに接続する風力タービンのナセル１０３が制動される。
【0053】
予圧部品１７の凹状に湾曲した側面１９により、粘弾性効果が利用できるため、エラストマーバネ１は非常に高い荷重を受けることができる。また、円筒状の断面を有するエラストマーバネに比較して、必要な設置スペースおよび材料コストを削減できる。さらに、予圧部品１７の凹状に湾曲した側面１９により、予圧部品１７のエラストマー材料により大きい凹みスペースが形成されるため、エラストマーバネ１の変形率または圧縮の程度が増加する。予圧部品１７、ひいてはエラストマーバネ１の圧縮または膨張の程度を調節するには、エラストマー本体２または予圧部品１７の軸方向および径方向の寸法、および、予圧部品１７の側面１９の曲率半径の両方が関係する。
【0054】
図３および図４を参照すると、上側面１３および下側面１５におけるディスク１４、１６および切断ディスク２１は、レセプタクル５および円筒状凹部７にそれぞれ周方向に接触することで、エラストマーバネ１を凹部７において中央に位置決めするとともに固定するクランプ部であることが分かる。したがって、クランプ部１４、１６、２１は、バネ方向Ｆを横断するエラストマーバネ１の最大寸法を決定する。エラストマーバネ１の圧縮時には、クランプ部１４、１６、２１が、凹部７の内面２３に沿って摺動する。さらに、エラストマーバネ１の圧縮時に、予圧部品１７のエラストマー材料は、凹部７の内面２３と側面１９との間に生じる凹みスペースにおいて、膨張または凹み得ることが分かる。
【0055】
図８は、本発明によるエラストマーバネ１のさらなる例示的な実施形態を側面図にて示す。図８に示す実施形態において、エラストマー本体２の上側面１３と下側面１５とは、各々が凹状の側面１９を有する３つの同一形状の予圧部品１７により接続している。２つの隣り合う予圧部品１７は、切断ディスク２１により互いから隔てられている。本発明によるエラストマーバネ１は、エラストマー本体２の上側面１３と下側面１５との間に、３つを超える予圧部品１７または１つの予圧部品１７のみを有することも可能である。
【0056】
上述の説明、図面および特許請求の範囲に開示された特徴は、種々の実施形態における本発明に実現のために、個々においても任意の組み合わせにおいても重要であり得る。
【0057】
１ エラストマーバネ
１０ アジマスブレーキ
１００ アジマス駆動装置
２ エラストマー本体
３ 摺動ディスク
５ レセプタクル
６ レセプタクルの上側面
７ 円筒状凹部
８ レセプタクルの下側面
９ ネジ
１１ ディスク
１２ 隙間
１３ 上側面
１４ ディスク
１５ 下側面
１７ 予圧部品
１９ 側面
２１ 切断ディスク
２３ 内面
２５ 凹部底面
１０１ タワー
１０３ ナセル
１０５ アジマスリング
１０６ ギアホイール
１０７ 電気モータ
１０８ アジマスリングの上側面
１１０ アジマスリングの下側面
１０ アジマスブレーキ
１００ アジマス駆動装置
２ エラストマー本体
３ 摺動ディスク
５ レセプタクル
６ レセプタクルの上側面
７ 円筒状凹部
８ レセプタクルの下側面
９ ネジ
１１ ディスク
１２ 隙間
１３ 上側面
１４ ディスク
１５ 下側面
１７ 予圧部品
１９ 側面
２１ 切断ディスク
２３ 内面
２５ 凹部底面
１０１ タワー
１０３ ナセル
１０５ アジマスリング
１０６ ギアホイール
１０７ 電気モータ
１０８ アジマスリングの上側面
１１０ アジマスリングの下側面
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【国際調査報告】