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.

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.

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.

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.

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.

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.

An den bekannten Azimutsystemen hat sich neben dem hohen Ausfallrisiko der Tellerfederpakete auch dessen großer benötigter Bauraum sowie dessen hohe Teilzahl als nachteilig erwiesen.

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.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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/mm ² 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.

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.

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.

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.

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.

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.

Bevorzugte Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

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:

Figur l eine perspektivische schematische Prinzipskizze eines Ausschnitts eines Azimutantriebs einer Windenergieanlage;

Figur 2 eine schematische Seitenansicht einer Azimutbremse des

Azimutantriebs aus Fig. l; Figur 3 eine Schnittansicht entsprechend der Linie III - III aus Fig. 2;

Figur 4 eine Schnittansicht entsprechend der Linie IV - IV aus Fig. 2;

Figur 5 eine beispielhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen Elastomerfeder in Seitenansicht;

Figur 6 die Elastomerfeder aus Fig. 5 in einem komprimierten Zustand;

Figur 7 die Elastomerfeder aus Fig. 5 und 6 in einer perspektivischen Ansicht; und

Figur 8 eine weitere beispielhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen Elastomerfeder in einer Seitenansicht.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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

1 Elastomerfeder

10 Äzimutbremse

100 Azimutantrieb

2 Elastomerkörper

3 Gleitscheibe

5 Aufnahme

6 Oberseite der Aufnahme

7 zylindrische Vertiefung

8 Unterseite der Aufnahme

9 Schraube

11 Scheibe

12 Spalt

13 Oberseite

14 Scheibe

15 Unterseite i6 Scheibe 17 Vorspannkomponente 19 Mantelfläche 21 Trennscheibe 23 Aufnahmeinnenfläche 25 Vertiefungsgrund 101 Turm 103 Gondel

105 Azimutring

106 Zahnrad

107 Elektromotor

108 Oberseite des Azimutrings 110 Unterseite des Aziumutrings