DE102004046563B4 - Windenergieanlage mit vollintegriertem Maschinensatz - Google Patents

Windenergieanlage mit vollintegriertem Maschinensatz Download PDF

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Abstract

Windenergieanlage mit einem Turm (10),
– einem auf dem Turm (10) um dessen Achse (34) durch eine Vertikallagerung (28) drehbar angeordneten Maschinengehäuse (18), welches die Vertikallagerung (28), ein Getriebe (24), einen Generator (26) mit einer Generatorwelle (50) und eine Schleifringanordnung (30) aufnimmt, und
– einem in dem Maschinengehäuse (18) gelagerten Rotor (16) mit wenigstens einem Rotorblatt,
– wobei die Generatorwelle (50) durch ein vorderes Lager (54) und ein hinteres Lager (56) gelagert ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
– das Maschinengehäuse (18) ein Gussbauteil mit einer Vielzahl von Lagersitzen ist,
– das vordere Lager (54) der Generatorwelle (50) in einem der Lagersitze des Maschinengehäuses (18) aufgenommen ist,
– ein Getriebezahnrad (46) des Getriebes (24) in einer in dem Maschinengehäuse (18) ausgebildeten Ölwanne (52) läuft, wobei auch das vordere Lager (54) der Generatorwelle (20) mit dem Schmierstoff des Getriebes (24) geschmiert ist, und
– der...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit einem Turm, einem auf dem Turm um dessen Achse drehbar angeordneten, ein Getriebe, einen Generator, eine Schleifringanordnung und eine Bremse aufnehmenden Maschinengehäuse und einem in dem Maschinengehäuse gelagerten Rotor mit wenigstens einem Rotorblatt.
  • Die Windenergietechnologie hat sich in den letzten Jahrzehnten sehr dynamisch weiter entwickelt, wobei sich dieses nur auf mittlere bis sehr große Anlagen für den Netzparalellbetrieb bezieht. Die Entwicklung von kleinen Anlagensystemen im Kilowattbereich ist hingegen in den letzten zwanzig Jahren nicht weiter voran gekommen. Dadurch sind diese Anlagen weiterhin sehr teuer und finden daher nicht den Marktzugang. Dabei könnte die Windenergienutzung zur Versorgung der 2 Milliarden Menschen ohne Zugang zu Elektrizität ein wichtige Rolle spielen. Für diese Anwendung besteht ein großer Bedarf an Anlagen in der Leistungsklasse 1 kW bis 10 kW, der aber nur erschlossen werden kann, wenn die Anlagen extrem robust und kostengünstig sowie einfach aufzustellen sind und weitestgehend wartungsfrei arbeiten.
  • Bestehende Kleinanlagen können diese Anforderungen allerdings nicht erfüllen, da diese zu teuer und/oder zu störanfällig sind. Ein besonderes Problem besteht darin, die einzelnen erforderlichen Komponenten optimal aufeinander abgestimmt auszulegen und in geeigneter Art und Weise zusammenzufügen. Nur wenn diese Anforderung konsequent umgesetzt wird, kann eine zuverlässige Anlage entwickelt werden. Ferner ist es von entscheidender Bedeutung, dass alle Komponenten mit Hilfe von CNC-Maschinen kostengünstig zu produzieren sind und sich einfach und schell montieren lassen. Um eine einfache Aufstellung zu ermöglichen ist von großem Vorteil, wenn die Anlage über eine geringe Kopfmasse verfügt.
  • Die meisten der heute auf dem Markt angebotenen Kleinanlagen sind aus einzelnen Standardkomponenten aufgebaut, die mit einem Maschinenrahmen verschraubt werden. Dieses führt zu relativ großen Baugruppen, die dadurch meist sehr schwer sind. Diese Komponenten sind dann nicht auf die spezifischen Belange der Windenergienutzung abgestimmt und genügen damit nicht den Belangen von Lebensdauer und Belastungen. Allen diesen Lösungen ist gemeinsam, dass sie über ein hohes Kopfgewicht verfügen, teuer sowie auch störanfällig sind und sich daher nicht für eine größere Verbreitung eignen. Zum Stand der Technik ist insbe sondere auf die Patentschrift DE 890 480 B aus den Jahr 1954 hinzuweisen. Darin ist ein Anlagenaufbau zu erkennen, der bereits zum Teil integriert ist, aber über eine Vielzahl von verschraubenden Teile verfügt. Weiter ist die DD 268 741 A1 zu nennen, in der eine Windenergieanlage nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches beschrieben ist, deren Gehäuse jedoch komplex und kostenträchtig ist.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Windenergieanlage der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der alle Komponenten optimal aufeinander abgestimmt sind und alle Bauteile kompakt zusammengefügt werden, so das ein leichter und vor allem kostengünstiger Maschinensatz realisiert werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1, die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.
  • Durch die Erfindung wird ein voll integrierter Maschinensatz geschaffen, wobei alle Komponenten in einen Gussbauteil kompakt zusammengefasst sind. Diese Komponenten sind die Vertikallagerung, der Schleifringübertrager, das Getriebe, der Generator, die Bremse und die Rotorlagerung. Alle Bauteile sind geometrisch so angeordnet, dass sich ein sehr kleines und leichtes Maschinengehäuse ergibt. Besonders vorteilhaft ist es wenn das Maschinengehäuse als Gussbauteil in Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt wird.
  • Die Erfindung wird anhand folgender Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt:
  • 1 die komplette Windenergieanlage mit Turm, Gondel und Rotor,
  • 2 eine perspektivische Darstellung des Maschinengehäuses, und
  • 3 eine Schnittzeichnung des Maschinengehäuses mit allen Komponenten.
  • 1 zeigt die Windenergieanlage mit Turm 10 und der Turmabspannung 12. Auf dem Turm 10 ist um dessen Achse drehbar die Gondel 14 angeordnet. In der Gondel 14 ist der Rotor 16 gelagert, der leeseitig, also auf der dem Wind abgewandten Seite des Turmes 10 dreht.
  • 2 zeigt das Maschinengehäuse 18 in perspektivischer Darstellung, wobei an der Frontseite die Rotorwelle 20 und an den Seiten des Maschinengehäuses 18 die Kühlrippen 22 zu sehen sind.
  • 3 zeigt das Maschinengehäuse 18 als Schnittzeichnung. Das Maschinengehäuse nimmt ein Getriebe 24, einen Generator 26, eine Vertikallagerung 28, einen Schleifringübertrager 30 und eine Bremse 32 auf. Das Maschinengehäuse 18 ist dabei als ein Gussbauteil ausgebildet und weist eine Vielzahl von Lagersitzen zur Aufnahme der erforderlichen Lager auf.
  • Um die Nachführung der Gondel 14 bei Windrichtungsänderungen zu ermöglichen, muss der Maschinensatz um die Turmlängsachse 34 drehbar gelagert sein. Dieses geschieht über ein unteres Lager 36 und ein oberes Lager 38, die auf dem mit dem Turm 10 verschraubten Achszapfen 40 aufgesetzt sind. Zur Übertragung der elektrischen Energie von dem Generator 26 auf ein Kabel, das am Turm 10 fest angebracht ist, wird ein Schleifringübertrager 30 benötigt. Dieser Schleifringübertrager 30 ist zwischen den Lagern 36 und 38 auf den Achszapfen 40 angeordnet.
  • Die Rotorwelle 20 ist über ein vorderes Lager 42 und ein hinteres Lager 44 im Maschinengehäuse 18 drehbar gelagert. Die Rotorwelle 20 trägt den Rotor 16 in 3 nicht dargestellt und das Getriebezahnrad 46. Das Getriebe 24 ist in diesem Ausführungsbeispiel als einstufiges Stirnradgetriebe ausgebildet, wobei das Getriebezahnrad 46 mit dem Getrieberitzel 48 kämmt. Das Getrieberitzel 48 ist mit der Generatorwelle 50 festverbunden und treibt damit den Generator 26 an. Zur Versorgung des Getriebes 24 mit Schmierstoff läuft das Getriebezahnrad 46 in einer in dem Maschinengehäuse 18 ausgebildeten Ölwanne 52.
  • Die Generatorwelle 50 ist über ein vorderes Lager 54 und ein hinteres Lager 56 gelagert. Das vordere Lager 54 ist dabei im Maschinengehäuse 18 und das hintere Lager 56 in der Bremse 32 eingepresst. Das vordere Lager 54 wird mit den Schmierstoff des Getriebes 24 und das hintere Lager 56 mit einer separaten Fettfüllung geschmiert. Die Bremse 32 mit dem hinteren Lager 56 wird mit dem Maschinengehäuse 18 verschraubt und schließt dadurch den Generatorraum gegen Umwelteinwirkungen ab.
  • Dieser Aufbau ermöglicht eine extrem kompakte und leichte Ausführung des gesamten Maschinensatzes. Das Getriebe 24 ist dabei so dicht wie möglich an die Vertikallagerung 28 herangebracht und der Generator oberhalb der Ölwanne 52 und der Vertikallagerung 28 angeordnet. Die Baulänge des Maschinengehäuses 18 wird dadurch besonders klein. Als Gussteil ausgeführt, dass auf einem CNC-Bearbeitungszentrum in einer Aufspannung komplett bear beitet werden kann, ist das Maschinengehäuse 18 sehr preisgünstig zu produzieren. Von Vorteil ist dabei, wenn die Rotorachse 58 im rechten Winkel zur Turmachse 34 steht. Besonders leicht wird das Maschinengehäuse, wenn als Material eine Aluminiumlegierung Verwendung findet. Außerdem ist die Gesamtheit der Bauteile auf ein Minimum beschränkt, was sich ebenfalls positiv auf die Kosten und die Zuverlässigkeit der Anlage auswirkt.

Claims (10)

  1. Windenergieanlage mit einem Turm (10), – einem auf dem Turm (10) um dessen Achse (34) durch eine Vertikallagerung (28) drehbar angeordneten Maschinengehäuse (18), welches die Vertikallagerung (28), ein Getriebe (24), einen Generator (26) mit einer Generatorwelle (50) und eine Schleifringanordnung (30) aufnimmt, und – einem in dem Maschinengehäuse (18) gelagerten Rotor (16) mit wenigstens einem Rotorblatt, – wobei die Generatorwelle (50) durch ein vorderes Lager (54) und ein hinteres Lager (56) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Maschinengehäuse (18) ein Gussbauteil mit einer Vielzahl von Lagersitzen ist, – das vordere Lager (54) der Generatorwelle (50) in einem der Lagersitze des Maschinengehäuses (18) aufgenommen ist, – ein Getriebezahnrad (46) des Getriebes (24) in einer in dem Maschinengehäuse (18) ausgebildeten Ölwanne (52) läuft, wobei auch das vordere Lager (54) der Generatorwelle (20) mit dem Schmierstoff des Getriebes (24) geschmiert ist, und – der Generator (26) oberhalb der Ölwanne (52) und der Vertikallagerung (28) angeordnet ist.
  2. Windenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gusswerkstoff für das Maschinengehäuse (18) eine Aluminiumlegierung ist.
  3. Windenergieanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (24) ein einstufiges Stirnradgetriebe ist.
  4. Windenergieanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorachse (58) rechtwinklig zur Turmachse (34) ausgeführt ist.
  5. Windenergieanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (16) leeseitig zur Turmachse (34) angeordnet ist.
  6. Windenergieanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hintere Generatorwellenlager (56) in eine Bremse (32) integriert ist und die Bremse (32) fest mit dem Maschinengehäuse (18) verbunden ist.
  7. Windenergieanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinengehäuse (18) außen mit Kühlrippen (22) versehen ist.
  8. Windenergieanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getrieberitzel (48) des Getriebes (24) mit der Generatorwelle (50) fest verbunden ist.
  9. Windenergieanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertikallagerung (28) einen Achszapfen (40) aufweist, der auf dem Turm (10) verschraubt ist.
  10. Windenergieanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifringanordnung (30) auf dem Achszapfen (40) aufsitzt.
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