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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit einem
Hydrauliksystem.
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Eine
Windenergieanlage besitzt eine Vielzahl an Hilfssystemen, die hydraulisch
mit Energie versorgt und/oder hydraulisch gesteuert werden können. Einige
Beispiele für
derartige Hilfssysteme sind:
Azimutbremse, Azimutantriebssystem,
Pitch-Antriebssystem, Not-/Haltebremse im Triebstrang, Rotorarretierung, Öffnungsmechanismus
für ein
Kabinendach und ein oder mehrere Antriebe für Lüftermotoren.
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Üblicherweise
besitzt das Hilfssystem eine sogenannte Versorgungseinheit, die
neben der Energieversorgungseinheit einen Steuerblock besitzt. Der Steuerblock
ist mit Ventilen und Sensoren ausgestattet, über die die hydraulischen Verbraucher
angesteuert und versorgt werden. Die hydraulische Energie wird von
einer Versorgungseinheit bereitgestellt, in der eine elektrisch
betriebene Pumpe aus einem Tank mit Hydraulikflüssigkeit den Verbraucher speist. Über eine
Tankleitung wird von dem Verbraucher die Hydraulikflüssigkeit
bevorzugt über
einen Filter zurückgeführt.
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Bei
der herkömmlichen
Verwendung in Windenergieanlagen sind Versorgungseinheit und Steuerblock
für den
Verbraucher zu einem gemeinsamen Hydraulikaggregat zusammengefaßt. Dieses Hydraulikaggregat
ist dann zentral oder dezentral in der Windenergieanlage angeordnet.
Bei einer zentralen Anordnung, auch als zentrale Hydraulik bezeichnet,
werden alle Hilfssysteme, die hydraulisch betrieben werden, zentral
versorgt und über
einen oder mehrere zentrale Steuerblöcke angesteuert. In einer zweiten
möglichen
Ausgestaltung sind Hydraulikaggregate mit den entsprechenden Steuerblöcken jeweils
für die
einzelnen Verbraucher vorgesehen und über Leitungen mit den Verbrauchern
verbunden.
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Bei
der zentralen Anordnung werden alle hydraulisch betriebenen Hilfssysteme über eine
Druckleitung von einem zentralen Hydraulikaggregat versorgt. Für den sicheren
Betrieb ist in der Regel auch eine, bevorzugt drucklos arbeitende,
Tankleitung vorgesehen, über
die Hydraulikflüssigkeit
in den Tank zurückgeführt wird.
Von dem zentralen Hydraulikaggregat verlaufen daher zu jedem Hilfssystem
mindestens zwei Leitungen. Besteht ein Hilfssystem aus mehreren
unabhängig
anzusteuernden Komponenten, erhöht
sich die Anzahl der Leitungen entsprechend, wobei durchaus mehrere
Druckleitungen zu den Verbrauchern hinführen können und die Rückführung über eine
gemeinsame Tankleitung erfolgen kann. Bei der Zentralhydraulik ist
ferner zu beachten, daß das
Hydraulikaggregat in seiner Leistung so hoch ausgelegt ist, daß alle betriebenen
Hilfssysteme sicher, d.h. ohne unzulässigen Druckabfall im Hydrauliksystem,
mit Energie versorgt werden können.
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Bei
der dezentralen Anordnung besitzt jedes Hilfssystem ein eigenes
Hydraulikaggregat mit einer eigenen Versorgungseinheit und einen
eigenen Steuerblock, was eine Vielzahl von elektrischen Versorgungsleitungen
zu den einzelnen Pumpen erforderlich macht.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Windenergieanlage mit
einem Hydrauliksystem bereitzustellen, das mit einfachen Mitteln
die Verbraucher direkt ansteuert.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch eine Windenergieanlage mit den Merkmalen aus Anspruch
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
erfindungsgemäße Windenergieanlage ist
mit einem Hydrauliksystem ausgestattet, das mehrere unabhängig voneinander
betätigbare
Verbraucher besitzt. Der Verbraucher ist das Element in dem hydraulischen
System, das Arbeit verrichtet. Das hydraulische System weist eine
zentrale Versorgungseinheit auf, die mit einem Tank für die Hydraulikflüssigkeit,
einer elektrisch betriebenen Pumpe und vorzugsweise mit einem Filtersystem
sowie mindestens einem Sicherheitsventil und bei Bedarf einem Druckspeicher
versehen ist. Ferner sind mehrere Verbraucher vorgesehen, die jeweils
mit einem Steuerblock ausgestattet sind, der über mindestens eine Druckleitung
und mindestens eine Tankleitung mit wenigstens einem der übrigen Verbraucher
und/oder der Versorgungseinheit verbunden ist. Im Hinblick auf die
bekannte dezentrale Ausgestaltung des Hydrauliksystems wird erfindungsgemäß eine zentrale Versorgungseinheit
vorgesehen. Hierdurch wird eine Vielzahl an elektrischen Versorgungsleitungen,
beispielsweise für
die Pumpen, eingespart. Zugleich bietet die erfindungsgemäße Lösung die
Vorteile einer dezentralen Hydraulik, bei der für jeden Verbraucher ein Steuerblock
vorgesehen ist. Das erfindungsgemäße Hydrauliksystem schafft
somit die Möglichkeit, über eine
zentrale Versorgungseinheit lokale Steuerblöcke direkt an den Verbrauchern
vorzusehen. Es erfolgt also eine zentrale Energieversorgung, verbunden
mit einer lokalen Steuerung der Verbraucher.
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Bevorzugt
ist jeder Steuerblock mit Aktuatoren ausgestattet, die zur Betätigung der
Verbraucher Steuerventile des Steuerblocks stellen. Über Steuerventile
werden die entsprechenden Drücke
der Hydraulikflüssigkeit
für die
Verbraucher eingestellt und/oder die erforderlichen Volumenströme gesteuert
oder geregelt.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung sind Verbraucher und zugehöriger Steuerblock
direkt miteinander verbunden, so daß zusätzliche Leitungen zwischen
Steuerblock und Verbraucher vermieden werden.
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Im
Hinblick auf die Topologie des Netzwerks sind verschiedene Ansätze möglich. In
einer möglichen
Ausgestaltung sind mehrere Verbraucher sternförmig über Druckleitungen und Tankleitungen
mit der Versorgungseinheit verbunden. In einer alternativen Topologie
sind mehrere Verbraucher ringförmig miteinander
verbunden, wobei der Steuerblock von mindestens einem Verbraucher
ein Paar von Anschlüssen
für Druckleitung
und Tankleitung besitzt. Der oder die Steuerblöcke mit den zusätzlichen
Anschlüssen
sind dabei so aufgebaut, daß die
aus der Versorgungseinheit stammende Hydraulikflüssigkeit an die weiteren Steuerblöcke weitergeleitet
wird.
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In
einer weiteren Topologie sind mehrere Verbraucher des Hydrauliksystems
mit der Versorgungseinheit jeweils über Stichleitungen mit einer oder
mehreren Hauptdruckleitungen und/oder einer Haupttankleitung verbunden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von einigen Beispielen näher erläutert. Es
zeigt:
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1 ein
erfindungsgemäßes Hydrauliksystem
mit einer Ringtopologie,
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2 ein
erfindungsgemäßes Hydrauliksystem
mit Haupt- und Stichleitungen,
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3 ein
erfindungsgemäßes Hydrauliksystem
mit einer sternförmigen
Topologie,
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4 ein
dezentrales Hydrauliksystem aus dem Stand der Technik,
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5 ein
zentrales Hydrauliksystem aus dem Stand der Technik und
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6 den
Aufbau einer Versorgungseinheit in einer schematischen Ansicht.
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1 zeigt
ein erfindungsgemäßes Hydrauliksystem
für eine
Windenergieanlage. Das Hydrauliksystem besitzt drei Verbraucher 10, 12, 14,
bei denen es sich um ein sogenanntes hydraulisches Hilfssystem handeln
kann. Als solche Hilfssysteme können
eine Azimutbremse, ein Azimutantriebssystem, ein Pitch-Antriebssystem,
eine Not-/Haltebremse im Triebstrang, eine Haltebremse im Triebstrang,
eine Rotorarretierung, ein Öffnungsmechanismus
beispielsweise für
das Kabinendach und/oder eine Kabinenluke und ein oder mehrere Antriebe
für Lüftermotoren
sein. Die einzelnen Verbraucher sind jeweils mit einem separaten
Steuerblock 16, 18, 20 versehen. Der
Steuerblock besitzt Steuerventile (nicht dargestellt), über die
der Fluß an
Hydraulikflüssigkeit
zu den Verbrauchern eingestellt werden kann. Die Ansteuerung der
Steuerblöcke 16 bis 20 ist
zur besseren Übersicht
nicht dargestellt. Grundsätzlich
ist es möglich,
daß die
Steuerblöcke
hydraulisch angesteuert oder elektrisch angesteuert werden. Versorgt
werden die einzelnen Verbraucher über eine Versorgungseinheit 22,
die einen Vorratstank für
Hydraulikflüssigkeit besitzt
und über
eine elektrisch betriebene Pumpe die Hydraulikflüssigkeit unter Druck in eine Druckleitung 24 abgibt.
Die nicht mehr unter Druck stehende oder unter einem geringeren
Druck stehende Hydraulikflüssigkeit
wird über
eine Tankleitung 26 in die Versorgungseinheit 22 zurückgeführt.
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Bei
der dargestellten Ringtopologie der Leitungen verzweigen sowohl
die Druckleitung 24 als auch die Tankleitung 26 vor
bzw. hinter den Steuerblöcken 16 und 20.
Die Steuerblöcke 16 und 20 sind bevorzugt
so ausgelegt, daß die
Hydraulikflüssigkeit an
die weiter innen im Ring liegenden Verbraucher durchgeleitet wird.
In dem dargestellten Beispiel mit drei Verbrauchern ist dies der
Steuerblock 18 mit dem Verbraucher 12. Besonderer
Vorteil dieser Topologie ist, daß – falls eine der Verbindungsleitungen zwischen
den Verbrauchern 10 und 12 oder den Verbrauchern 12 und 14 nicht
verfügbar
ist – beispielsweise
weil sie sich zugesetzt hat, eine Versorgung über die entsprechende andere
Leitung erfolgen kann.
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2 zeigt
eine Topologie für
das Hydrauliknetzwerk, mit einer Druckleitung 28 und einer
Tankleitung 30, die mit einer zentralen Versorgungseinheit 32 verbunden
sind. Von den Hauptleitungen 28 und 30 gehen Stichleitungen 33, 34, 36, 38 ab,
die zu den Steuerblöcken 40, 42 einzelner
Verbraucher führen. In
dem dargestellten Beispiel aus 2 münden die Hauptleitungen 28 und 30 in
einem Steuerblock 44 eines Verbrauchers. Ein besonderer
Vorteil der in 2 dargestellten Topologie besteht
darin, daß die Hauptleitungen 28 und 30 in
der Gondel der Windenergieanlage verlegt werden können und
bedarfsweise über
Stichleitungen einzelne Verbraucher mit den Hauptleitungen verbunden
werden können.
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3 zeigt
eine sternförmige
Topologie, bei der von einer Versorgungseinheit 46 ausgehend
die Steuerblöcke 48 bis 52 der
einzelnen Verbraucher über
je eine eigene Tank- und Druckleitung versorgt werden.
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Die
vorgestellten drei Netzwerktopologien können bei größeren Hydrauliksystemen auch
miteinander kombiniert werden.
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4 zeigt
zur Erläuterung
den aus dem Stand der Technik bekannten dezentralen Ansatz für ein Hydrauliksystem
bei einer Windenergieanlage. Hierbei ist zu jedem Verbraucher 54, 56 ein
Steuerblock 58, 60 vorgesehen, der jeweils über Versorgungseinheiten 62 und 64 versorgt
wird. Besonders hierbei ist auch, daß Tank- und Druckleitungen 66 bis 72 jeweils
zwischen Steuerblock und Verbraucher angeordnet sind, so daß der Steuerblock
direkt mit der Versorgungseinheit verbunden ist.
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5 zeigt
einen alternativen Ansatz, der ebenfalls aus dem Stand der Technik
bekannt ist, bei dem eine zentrale Versorgungseinheit 74 mit
einem zentralen Steuerblock 76 vorgesehen ist. Ausgehend von
dem zentralen Steuerblock 76 werden die einzelnen Verbraucher über Druck-
und Tankleitungen 78, 80, 82, 84 versorgt.
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6 zeigt
den prinzipiellen Aufbau einer Versorgungseinheit im Querschnitt,
bei der ein elektrisch angetriebener Motor 86 eine Pumpe 88 betätigt, die
eine Hydraulikflüssigkeit,
beispielsweise Öl fördert. Das
nicht mehr unter Druck stehende Hydrauliköl wird über die Tankleitung 92 in
den Tank 94 zurückgeführt, von
wo aus sie erneut über
die Pumpe 88 gefördert
wird. Ein Filtersystem, bestehend aus einem Druckfilter 95 und/oder
einem Rücklauffilter 96, kann
optional vorgesehen werden. In einem in die Versorgungseinheit integrierten
Systemblock 91, der innerhalb des Tanks angebracht ist,
sind Sicherheitsventile vorgesehen und können Druckspeicher angeschlossen
sein. Der Systemblock 91 kann auch außerhalb des Tanks angebracht
sein.
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Bei
der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des
Hydrauliksystems reduziert sich der Aufwand für Pumpen, Antriebsmotoren,
Sicherheitsventile, Speicher, Filter deutlich gegenüber dem
dezentralen Hydraulikansatz. Bei sicherheitsrelevanten Systemen kann
der Steuerblock einen eigenen Druckspeicher, beispielsweise einen
Blasenspeicher, Membranspeicher oder dergleichen enthalten, um bei
Systemdruckabfall den angeschlossenen Verbraucher sicher betreiben
zu können.
Die Versorgungseinheit 22, 32, 46 kann
mit einer zweiten Pumpe ausgerüstet
sein, damit die notwendige Redundanz bei einem Ausfall des Systems
sichergestellt ist. Bei fehlender Netzspannung oder im Betrieb kann
durch eine mit Gleichstrom betriebene über Batterie gepufferte Pumpe
zusätzlich
sichergestellt werden, daß der Systemdruck
in dem Hydrauliksystem aufrecht erhalten wird. Eventuelle Leckverluste
lassen sich beispielsweise mit einer batteriegespeisten Pumpe (nicht
dargestellt) ausreichend kompensieren. Die Pumpe ist in der zentralen
Versorgungseinheit vorgesehen und kann für eine geringe Pumpleistung
ausgelegt sein, so daß bei
Ausfall des elektrischen Netzes oder wenn noch kein elektrisches
Netz vorhanden ist, der hydraulische Systemdruck vorliegt.