DE10153683C1 - Rotorwellen/naben-Einheit für eine Windenergieanlage - Google Patents

Abstract

Rotorwellen/naben-Einheit für eine Windenergieanlage mit einer mit einem Blatt- oder Blattlageranschluß (1) versehenen Rotornabe (3) und einer mit der Rotornabe (3) verbundenen, mit einem Rotorlagersitz (5) versehenen Rotorwelle (6), bei der Rotornabe (3) und Rotorwelle (6) einstückig aus Faserbundwerkstoffen gefertigt ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotorwellen/naben-Einheit für eine Windenergieanlage mit einer mit einem Blatt- oder Blattlageranschluß versehenen Rotornabe verbundenen, mit einem Rotorlagersitz versehenen Rotorwelle.

Die Energieerzeugung durch eine Windenergieanlage basiert auf der Energiewandlung von translatorischer Luftbewegung in Rotationsenergie, die über die Rotorblätter erfolgt. Die Rotorblätter bilden gemeinsam mit der Rotornabe den Rotor, durch den die Rotationsenergie in der Rotornabe in mechanische Energie in Form eines Drehmoments umgewandelt wird. Dieses Drehmoment wird von der Rotornabe in die Rotorwelle übertragen und von dort über das Getriebe dem Generator zugeführt, in dem die mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird. Hierbei werden Nabe und Welle mit Biegemomenten, Torsionsmomenten, axialen Kräften und Querkräften sowohl statisch als auch dyna­ misch belastet.

Üblicherweise werden Rotornabe und Rotorwelle als einzel­ ne Bauteile aus Kugelgraphitguß oder Vergütungsstahl ge­ fertigt und anschließend zur Montage miteinander ver­ schraubt. Diese Bauweise hat verschiedene Nachteile. Ein Nachteil liegt darin, daß die einzelnen Bauteile aufgrund der Eigenschaften der verwendeten Werkstoffe sehr schwer sind, wodurch die Bauteilmontage erschwert wird. Ein wei­ terer Nachteil liegt in der Notwendigkeit, die Einzelbau­ teile miteinander zu verschrauben. Hierfür müssen an den jeweiligen Einzelbauteilen aufwendige Verbindungsschnitt­ stellen mit sehr engen Fertigungstoleranzen vorgesehen werden. Die Auslegung von Verschraubungen zweier Einzel­ bauteile im allgemeinen und speziell unter Wechselbela­ stungen macht eine lokale Überdimensionierung der Bautei­ le an der Verbindungsstelle erforderlich, was wiederum eine negative Auswirkung auf die Bauteilkosten hat.

Aus der DE 35 02 963 C2 ist weiter ein Rotor bekannt, bei dem ein Paar Rotorflügel mit einem Verbindungsstab zusam­ mengehalten werden. Weiter ist aus der US 6,227,803 B1 eine Windenergieanlage mit einem Gondelkasten aus Kunst­ stoff bekannt, der auf einem teilelastischen Turm befe­ stigt ist. Die Propellerflügel des Rotors bestehen dabei aus einem stangenartigen Abschnitt und einem plattenar­ tiegen Abschnitt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotor zu schaffen, bei dem der Rotor leicht und einfach zu montie­ ren ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß Rotornabe und Rotor einstückig aus Faserverbundwerkstoffen gefertigt ausgebildet sind.

Blatt oder Blattlageranschluß können als in dem Laminat der Rotornabe integrierte metallische Inserts ausgebildet sein. Der Rotorlagersitz kann als in dem Laminat der Rotorwelle integrierte Buchse ausgebildet sein.

Durch die Erfindung wird also eine Bauteilkombination vorgeschlagen, in der die Einzelbauteile Rotornabe und Rotorwelle zu einem integralen, in Faserverbundwerkstof­ fen gefertigten Bauteil kombiniert werden. Die Kombinati­ on der beiden Einzelbauteile zu einem integralen Bauteil und die Verwendung von Faserverbundwerkstoffen führen zu einer Anzahl technischer und wirtschaftlicher Vorteile.

Im Vergleich zu den üblicherweise verwendeten metalli­ schen Werkstoffen weisen Faserverbundwerkstoffe eine sehr hohe spezifische Festigkeit und Steifigkeit auf, wodurch sich bei Erfüllung der gleichen Anforderungen ein leich­ teres Bauteil verwirklichen läßt. Als Faserverbundwerks­ toffe werden alle Werkstoffe bezeichnet, die aus einem öder mehreren Fasertypen und einer Harzmatrix mit oder ohne Zusätzen bestehen. Ein besonderer Vorteil der Ver­ wendung von Faserverbundwerkstoffen liegt darin, daß be­ liebige Fasern mit beliebiger Orientierung eingesetzt werden können, wodurch sich die richtungsabhängigen me­ chanischen Eigenschaften des Werkstoffes genau auf die Belastungsart und -richtung abstimmen lassen. Dies ermög­ licht eine weitgehendere Gewichtsoptimierung des Bauteils im Vergleich zur Verwendung von metallischen Werkstoffen.

Durch die Kombination der beiden Einzelbauteile zu einem integralen Bauteil entfällt die Notwendigkeit, Schnitt­ stellen mit engen Fertigungstoleranzen vorzusehen, die für die Verschraubung der Einzelbauteile erforderlich wä­ ren. Auch eine lokale Bauteilüberdimensionierung zur Er­ möglichung einer Verschraubung entfällt. Ebenso entfällt der Montageaufwand, der für die Verschraubung der beiden Einzelbauteile erforderlich wäre.

Aufgrund der besseren Nutzung von Werkstoffen mit höheren spezifischen mechanischen Eigenschaften und der Bauteil­ integration ergibt sich ein höheres wirtschaftliches Po­ tential im Vergleich zu den miteinander verschraubten, aus metallischen Werkstoffen hergestellten Einzelbautei­ len.

Die Gewichtseinsparung leistet außerdem einen Beitrag dazu, das weitere Hochskalieren der Windenergieanlagen zu ermöglichen, da diesbezüglich speziell die Turmkopfmasse der Windenergieanlage ein kritischer Aspekt ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung erläutert. Die einzige Figur zeigt einen schematischen Querschnitt durch die Rotorwellen/Naben-Kombination.

Der Bauteilkörper, der aus den Hauptbereichen Rotornabe 3 und Rotorwelle 6 besteht, ist aus Faserverbundstoff her­ gestellt. Der Blatt- bzw. Blattlageranschluß 1 dient zur Verbindung des Rotorblattes direkt oder über ein Lager mit der Nabe 3. Diese Verbindung besteht aus metallischen Inserts mit Sacklochgewinden, die in das Laminat der Rot­ ornabe 3 integriert sind. Vorne in der Rotornabe 3 befin­ det sich ein Zugangsloch 2, damit das Innere der Rotorna­ be 3 zugänglich ist. Eine Rotorarretierscheibe 4 dient zur Arretierung des Rotors der Windenergieanlage bei War­ tungsarbeiten und ist durch eine Verklebung oder Ver­ schraubung direkt mit der Rotornabe 3 oder mit dem Rotor­ lagersitz 5 verbunden. Die Rotorarretierscheibe 4 besteht entweder aus einem metallischen Werkstoff oder einem Faserverbundwerkstoff. Der Rotorlagersitz 5 dient zur Aufnahme des Rotorlagers und ist in Form einer Buchse aus Metall, Kunststoff oder einem Faserverbundwerkstoff aus­ geführt. Diese Buchse wird entweder in das Laminat der Rotorwelle 6 integriert oder von außen durch Verklebung und/oder Verschraubung mit dem Laminat der Rotorwelle 6 verbunden. Spannscheiben- und Führungspassung 7 dienen zur Verbindung der Rotorwelle 6 mit dem Getriebe.

Claims (3)

1. Rotorwellen/naben-Einheit für eine Windenergie­ anlage mit einer mit einem Blatt- oder Blattlager­ anschluß (1) versehenen Rotornabe (3) und einer mit der Rotornabe (3) verbundenen, mit einem Rotorlagersitz (5) versehenen Rotorwelle (6), dadurch gekennzeichnet, daß Rotornabe (3) und Rotorwel­ le (6) einstückig aus Faserverbundwerkstoffen gefertigt ausgebildet sind.

2. Rotorwellen/naben-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Blatt- oder Blattlageranschluß (1) als in dem Laminat der Rotornabe (3) integrierte metallische Inserts ausgebildet ist.

3. Rotorwellen/naben-Einheit nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorlagersitz (5) als in dem Laminat der Rotorwelle (6) integrierte Buchse ausgebildet ist.