AT506375B1 - Windkraftanlage - Google Patents

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AT506375B1 AT0014209A AT1422009A AT506375B1 AT 506375 B1 AT506375 B1 AT 506375B1 AT 0014209 A AT0014209 A AT 0014209A AT 1422009 A AT1422009 A AT 1422009A AT 506375 B1 AT506375 B1 AT 506375B1
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Jingfang Hu
Xia Yang
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Description

österreichisches Patentamt AT 506 375 B1 2011-11-15
Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit Rotor, Generator, einer rotorseitig angeordneten Aufladewelle, einer generatorseitig angeordneten Entladewelle und mindestens einem Federsatz zwischen Auflade- und Entladewelle. Der mindestens eine Federsatz dient zur Zwischenspeicherung von Windenergie in Form von potenzieller Energie. Eine solche Anlage ist JP 2003 - 056 451 A zu entnehmen. Die gespeicherte Energie kann unabhängig von aktuellen Windverhältnissen kontrolliert und gleichmäßig freigesetzt werden.
[0002] Nachteilig an dem genannten Stand der Technik ist die Tatsache, dass nur zwei Federsätze eingesetzt werden können, wodurch die Kapazität zur Speicherung potenzieller Energie beschränkt ist. Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, diesen Nachteil zu beseitigen.
[0003] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass zwischen der Aufladewelle und dem mindestens einen Federsatz eine durchgehende Aufladekontrollwelle angeordnete ist, dass zwischen dem mindestens einen Federsatz und der Entladewelle eine durchgehende Entladekontrollwelle angeordnet ist, dass auf den Kontrollwellen Ritzel längsverschieblich gelagert sind, wobei jedem Federsatz je ein Ritzel auf der Aufladekontrollwelle und je ein Ritzel auf der Entladekontrollwelle zugeordnet ist und jedes Ritzel einzeln und unabhängig von den anderen gegenüber der jeweiligen Kontrollwelle längsverschieblich ist, um einen Energiefluss rotorseitig von der Aufladewelle über die Aufladekontrollwelle zu jedem einzelnen Federsatz und generatorseitig von jedem einzelnen Federsatz über die Entladekontrollwelle zu der Entladewelle zu ermöglichen oder zu unterbrechen. Diese Konstruktion ermöglicht den Einsatz einer beliebigen Anzahl von Federsätzen.
[0004] Somit kann diese Art von Windkraftanlage je nach örtlichen Wetterstatistiken, z.B. durchschnittliche Dauer der Windstillzeit, mit unterschiedlicher Anzahl von Federsätzen bestückt werden, um die Windstillzeit zu überbrücken. Dies erhöht die Wirtschaftlichkeit solcher Anlagen.
[0005] Bei dieser Art von Windkraftanlage wird der Generator ausschließlich von der Entladewelle (36) angetrieben. Die gespeicherte Energie wird auch nicht wieder an den Rotor (1) abgegeben, um diesen bei niedriger Windgeschwindigkeit anzutreiben.
[0006] Bei erster Inbetriebnahme werden die Federsätze zuerst aufgeladen. Figur 1 zeigt den Zustand, bei dem der erste Federsatz (9) über das an der Aufladekontrollwelle (4) angebrachte Ritzel (6) aufgeladen wird, während andere Federsätze noch leer sind und der Generator noch nicht angetrieben wird.
[0007] Während der Betriebszeit werden die Federsätze beim aktiven Wind wechselnd aufgela-den. Es bleibt immer ein Federsatz, der vorhin aufgeladen ist, im Entladezustand und betreibt den Generator über die Entladewelle (36). Figur 2 zeigt Federsatz 1 (9) im Entladezustand und über das an der Entladekontrollwelle (5) angebrachte Ritzel (26) an die Entladewelle (36) angekoppelt ist während Federsatz 2 (10) im Aufladezustand ist. Figur 3 zeigt Federsatz n (11) im Aufladezustand während Federsatz 1 (9) im Entladezustand.
[0008] Während Aufladen eines Federsatzes wird das Blocksystem (15, 16, 17) an der Entladeseite der Federsatzachse aktiv. Dabei wird eine Entladung der gespeicherten Energie verhindert, das Ritzel (26, 27, 28) an der Entladekontrollwelle (5) zur Entladewelle (36) ist auch entkoppelt. An der Aufladeseite des Federsatzes wird das Blocksystem (12, 13, 14) deaktiviert und das Ritzel (6, 7, 8) an der Aufladekontrollwelle (4) zur Aufladewelle (35) angekoppelt. Die Rotationsbewegung des Rotors (1) wird, statt gleich den Generator anzutreiben, über ein Kraftübertragungssystem (3) an die Aufladewelle (35) übertragen, die wiederum über das Ritzel (6, 7, 8) an die Aufladensachsel (12, 13, 14) des Federsatzes übertragen wird. Dadurch wird der Federsatz aufgeladen und die kinetische Energie in potenzielle Energie umgewandelt und gespeichert.
[0009] Ist ein Federsatz vollständig aufgeladen, kann die gespeicherte potenzielle Energie unabhängig von momentanen Windaktivitäten wieder kontrolliert freigesetzt werden. Während Entladen eines Federsatzes wird das Blocksystem (12, 13, 14) an der Aufladeseite des Feder- 1 17 österreichisches Patentamt AT 506 375 B1 2011-11-15 satzes aktiviert und das Ritzel (6, 7, 8) an der Aufladekontrollwelle (4) zur Aufladewelle (35) entkoppelt. An der Entladensseite wird das Blocksystem (15, 16, 17) deaktiviert und das Ritzel (26, 27, 28) an der Entladekontrollwelle (5) zur Entladenswelle (36) angekoppelt. Durch Freisetzen der gespeicherten potenziellen Energie wird die Federsatzachsel an der Entladensseite (15, 16, 17) in Rotationsbewegung gesetzt. Über das Ritzel (26, 27, 28) wird die Rotationsbewegung an die Entladenswelle (36) übertragen. Das Drehzahlkontrollsystem (29) kontrolliert die Drehung der Entladenswelle (36), sodass die im Federsatz gespeicherte Energie kontrolliert und mit konstanter Geschwindigkeit freigesetzt wird. Über das Kraftübertragungssystem zum Generator (30) wird der Generator mit gewünschter und konstanter Drehzahl unabhängig von momentanen Windaktivitäten angetrieben. Dadurch ist ein Einsatz vom Getriebe, das die Drehzahl des Generators abhängig von Windgeschwindigkeit automatisch regelt, oder eine Umwandlung der Stromfrequenz wie bei den traditionellen Windturbinen nicht mehr notwendig.
[0010] Somit kann das Windkraftwerk mit solcher Windkraftanlage auch während der Windstillzeit elektrischen Strom erzeugen. Um längere Windstillzeit zu überbrücken, können mehrere Federsätze eingesetzt werden.
[0011] Im Falle alle eingesetzten Federsätze aufgeladen sind, kann die Kraftübertragung von der Rotationsachse (2) zu Windkraftübertragungssystem (3) mittels der Koppelung-und Bremseinrichtung (33) entkoppelt werden.
[0012] Diese Art von Windkraftanlage besteht hauptsächlich aus folgenden Komponenten: [0013] o Mindestens ein Rotorenblatt (1) wie bei den traditionellen Windturbinen, das die Wind kraft in Rotorenbewegung umwandelt.
[0014] o Eine Rotationsachse (2) wie bei der traditionellen Windturbine, die die von Rotoren blättern erzeugte Rotationsbewegung (die Windkraft) überträgt.
[0015] o Eine Kopplung- und Bremseinrichtung (33), die die Verbindung zwischen der Rotati onsachse (2) und dem Windkraftübertragungssystem (3) unterbricht, wenn alle Federsätze aufgeladen sind oder während der Wartungsarbeit.
[0016] o Ein Windkraftübertragungssystem (z.B. Zahnräder- und Lagersatz) (3), der die Roto renbewegung der Rotationsachse zu der Aufladewelle (35) überträgt.
[0017] o Eine Aufladewelle (35), die an einer Seite über das Windkraftübertragungssystem (3) mit der Rotationsachse (2) verbunden ist.
[0018] o Zu jedem Federsatz (9, 10, 11) wird ein Aufladenskraftübertragungselement (24) (z.B.
Zahnrad) an diese Aufladewelle angebracht, um die Rotationsenergie zu dem Federsatz zu übertragen.
[0019] o Eine durchgehende Aufladekontrollwelle (4), an die beliebige Anzahl von Ritzeln (6, 7, 8) angebracht werden können, sodass beliebige Anzahl von Federsätzen in diesem System eingebracht werden können.
[0020] o Zu jedem Federsatz (9, 10, 11) wird ein Ritzel (6, 7, 8) an der Aufladekontrollwelle (4) angebracht, um die Kraftübertragung von Aufladewelle (35) zu einzelnem Federsatz (9, 10, 11) zu aktivieren oder zu deaktivieren. Die Ritzel werden von einer Steuereinheit, die sich in dem Kontroll- und Switchbox (32) befinden kann, gesteuert. Ist ein Federsatz aufzuladen, wird es die Verbindung zwischen dem Aufladenskraftübertragungselement (24) der Aufladewelle (35) und dem Federaufladenskraftübertragungs-system (18, 19, 20) hersteilen. Somit wird die Windkraft zu dem Federsatz übertragen, und der Federsatz kann aufgeladen werden. Ist ein Federsatz fertig aufgeladen, wird die Kraftverbindung zwischen Aufladewelle (35) und Federaufladenskraftübertra-gungssystem (18, 19, 20) wieder unterbrechen.
[0021] o Mindestens ein bis beliebige Anzahl von Federsätzen (9, 10, 11) zur Umwandlung der kinetischen Energie in die potenzielle Energie und zur Speicherung dieser potenziellen Energie. 2/7 österreichisches Patentamt AT 506 375 B1 2011-11-15 [0022] o Blocksystemen (12, 13, 14, 15, 16, 17), die an beiden Seiten eines Federsatzes ange bunden sind. Die Blocksysteme werden von einer Steuereinheit, das sich in dem Kon-troll- und Switchbox (32) befinden kann, gesteuert und dienen dazu, die Drehung der Federsatzachse zu verhindern oder zuzulassen. Wird ein Federsatz aufgeladen (wie bei dem ersten Federsatz (10) in Fig. 1), wird das Blocksystem auf der Aufladensseite (12) deaktiviert, somit die Kraftübertragung von Aufladewelle (35) zu dem aufzuladenden Federsatz nicht blockiert wird. Während der Aufladenszeit eines Federsatzes soll das Blocksystem auf der Entladeseite (15) aktiviert werden, damit die aufgeladene Energie nicht gleichzeitig wieder entladet wird.
[0023] o Zu jedem Federsatz (9, 10, 11) sind Federaufladenskraftübertragungssystem (18, 19, 20) und Federentladenskraftübertragungssystem (21, 22, 23), das die Kraft über Ritzel von Aufladewelle (35) zum Federsatz bzw. vom Federsatz zur Entladewelle (36) überträgt.
[0024] o Zu jedem Federsatz ein Ritzel (26, 27, 28) an der Entladeseite an der durchgehenden
Entladekontrollwelle (5) angebracht, um die Kraftübertragung von Federsatz (9, 10, 11) zu Entladewelle (36) zu aktivieren oder zu deaktivieren. Es wird von einer Steuereinheit, die sich in dem Kontroll-und Switchbox (32) befinden kann, gesteuert. Ist ein Federsatz zu entladen, wird das Ritzel die Verbindung zwischen dem Entladenskraftübertragungselement (25) der Entladewelle (36) und dem Federentladenskraftübertragungssystem (21, 22, 23) hersteilen. Somit wird die in dem Federsatz gespeicherte Energie entladen und die dadurch entstandene Drehkraft zu dem Generator (31) geleitet.
[0025] o Eine Entladewelle (36), die den Generator (31) über ein Kraftübertragungssystem (30) oder direkt antreibt.
[0026] o Jeweils ein Entladenskraftübertragungselement (25) zu jedem Federsatz (9, 10, 11), das an der Entladewelle (36) montiert ist.
[0027] o Ein Drehzahlkontrollsystem (29), das die Drehzahl der Entladewelle (36) kontrolliert.
Das Drehzahlkontrollsystem kann von einer Steuereinheit in dem Kontroll- und Switchbox (32) gesteuert werden und gewährleistet, dass der Generator unabhängig von Windaktivitäten mit einer konstanten und konfigurierbaren Drehzahl angetrieben wird.
[0028] Mit dieser Erfindung kann eine neue Art von Windkraftanlage bei den Windkraftwerken eingesetzt werden, bei denen: [0029] · Auch während der Windstillzeit elektrischer Strom erzeugt werden.
[0030] · Kein Getriebe (Gearbox) benötigt um den Generator mit konstanter Drehzahl anzutrei ben.
[0031] · Kein zusätzlicher Platz benötigt, weil die Federsätze in dem Gundel der Windkraftan lage eingebaut sind.
[0032] · Die Federsätze mit variabler Anzahl je nach örtlicher Windsituation eingesetzt werden können.
BEZUGSZEICHENLISTE 1) Rotorenblätter 2) Rotationsachse 3) Windkraftübertragungssystem zur Übertragung der Rotorendrehung zu Aufladenswelle 4) Aufladekontrollwelle 5) Entladekontrollwelle 6, 7, 8) Ritzel zum Aufladen des Federsatzes 9) Federsatz No. 1 3/7

Claims (3)

  1. österreichisches Patentamt AT 506 375 B1 2011-11-15 10) Federsatz No. 2 11) Federsatz No. n 12, 13, 14) Federsatzachse mit Blocksystemen an der Aufladensseite vom Federsatz 15, 16, 17) Federsatzachse mit Blocksystemen an der Entladensseite vom Federsatz 18, 19, 20) Federaufladenskraftübertragungssystem 21, 22, 23) Federentladenskraftübertragungssystem 24) Aufladenskraftübertragungselement 25) Entladenskraftübertragungselement 26, 27, 28) Ritzel zum Entladen des Federsatzes 29) Drehzahlkontrollsystem 30) Kraftübertragungssystem zum Betreiben des Generators 31) Generator 32) Kontroll- und Switchbox 33, 34) Kupplung- und Bremseinrichtung 35) Aufladewelle 36) Entladewelle Patentansprüche 1. Windkraftanlage mit Rotor (1), Generator (31), einer rotorseitig angeordneten Aufladewelle (35) , einer generatorseitig angeordneten Entladewelle (36) und mindestens einem Federsatz (9, 10, 11) zwischen Aufladewelle (35) und Entladewelle (36), wobei der mindestens eine Federsatz (9, 10, 11) zur Zwischenspeicherung von Windenergie in Form von potenzieller Energie dient, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Aufladewelle (35) und dem mindestens einen Federsatz (9, 10, 11) eine durchgehende Aufladekontrollwelle angeordnet ist, dass zwischen dem mindestens einen Federsatz (9, 10, 11) und der Entladewelle (36) eine durchgehende Entladekontrollwelle (5) angeordnet ist, dass auf den Kon-trollwellen (4, 5) Ritzel (6, 7, 8, 26, 27, 28) längsverschieblich gelagert sind, wobei jedem Federsatz (9, 10, 11) je ein Ritzel (6, 7, 8) auf der Aufladekontrollwelle (4) und je ein Ritzel (26, 27, 28) auf der Entladekontrollwelle zugeordnet ist und jedes Ritzel (6, 7, 8, 26, 27, 28) einzeln und unabhängig von den anderen gegenüber der jeweiligen Kontrollwelle (4, 5) längsverschieblich ist, um einen Energiefluss rotorseitig von der Aufladewelle (35) über die Aufladekontrollwelle (4) zu jedem einzelnen Federsatz (9, 10, 11) und generatorseitig von jedem einzelnen Federsatz (9, 10, 11) über die Entladekontrollwelle (5) zu der Entladewelle (36) zu ermöglichen oder zu unterbrechen, sodass eine beliebige Anzahl von Federsätzen eingesetzt werden kann.
  2. 2. Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, die die axiale Verschiebung der einzelnen Ritzel (6, 7, 8, 26, 27, 28) steuert. Hierzu
  3. 3 Blatt Zeichnungen 4/7
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6099255A (en) * 1994-10-17 2000-08-08 Lee; Wai Cheung Fluid power storage device
JP2003056451A (ja) * 2001-08-20 2003-02-26 Seiko Epson Corp 風車発電装置
KR20050000436A (ko) * 2003-06-24 2005-01-05 엄장필 탄성체를 이용한 풍력 발전 장치 및 발전 방법

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