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Die
Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung für eine Lagerung für Windturbinen,
insbesondere betrifft die Erfindung eine Bremsvorrichtung von Windturbinen,
bei denen die Maschinenraumgondel mit Hilfe eines Gleitlagers drehbar
auf einem Turm gelagert ist.
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Aus
dem Stand der Technik sind vor allem zwei Prinzipien zur Lagerung
der Maschinenraumgondel einer Windturbine auf ihrem Turm bekannt. Das
erste Prinzip beruht darauf, die Maschinenraumgondel mit Hilfe eines
Wälzlagers
auf dem Turm drehbar zu lagern. Eine derartige Lagerung ermöglicht ein
reibungsarmes Gieren der Maschinenraumgondel bei gewünschter
Windnachführung
der Rotorblätter.
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Um
die Gondel gegen ein unerwünschtes Gieren
in Folge von schwankenden Windströmungsverhältnissen in Position zu halten,
verfügen
Systeme mit Wälzlagern üblicher
Weise über
große Ring-Scheibenbremsen
und hydraulisch beaufschlagbare Bremsbacken. Die Effizienz derartiger Anlagen
zur Verhinderung unerwünschtes
Gieren ist ausreichend, auch die Zuverlässigkeit dieser Systeme ist – abgesehen
von der Anfälligkeit
hydraulischer Systeme zur Leckage – akzeptabel. Allerdings besteht
der Nachteil derartiger Systeme u. A. in den relativ hohen Herstellungskosten
für solch
große
Wälzlager
und hierfür
notwendige Bremsen.
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Eine
kosteneffizientere Ausgestaltung von Windturbinen kann im Vergleich
hierzu mit Hilfe eines Gleitlagers erzielt werden, durch welches
die Maschinenraumgondel auf dem Turm drehbar gelagert ist. Auch
dieses „Gleitlager-Lösungsprinzip” wird von mehreren
Windturbinenherstellern verwendet.
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Bei
Windturbinen mit Gleitlagern muss jedoch dafür gesorgt werden, dass die
Reibung der Gleitlagerung nicht zu gering ist, weil sonst ein unerwünschtes
Gieren der Maschinenraumgondel aufgrund schwankender Windströmungsverhältnisse auftreten
kann. Aus diesem Grund vertilgen derartige Gleitlagerungen für Windturbinen üblicherweise über eine
Vielzahl von Gleitvorrichtungen mit Hilfe derer die Gleitreibung
so eingestellt werden kann, dass ein unerwünschtes Gieren der Maschinenraumgondel verhindert
wird.
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Die
Gleitreibung der Gleitlagerung ist vorgesehener Maßen groß genug,
um ein unerwünschtes Gieren
der Maschinenraumgondel selbst unter Einwirkung von starken Windkräften zu
verhindern, andererseits dürfen
die Reibungskräfte
nicht größer sein,
als die Rotationskraft bzw. -moment, welche von dem Azimutantrieb
aufgebracht werden kann, da sonst eine Gieren der Maschinenraumgondel
zur Windnachführung
schlicht nicht möglich
wäre.
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Das
Konzept von Windturbinen mit Gleitlagern ist erfolgreich und bewirkt
neben den geringen Herstellungskosten zusätzlich auch eine hohe Zuverlässigkeit
derartiger Systeme. Darüber
hinaus sind Anlagen mit Gleitlagern aufgrund ihrer passiven Bremswirkung
selbst bei Störfällen vor
unerwünschtem
Gieren der Maschinenraumgondel und damit vor möglichen Beschädigungen
geschützt.
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Wie
oben beschrieben ist es erforderlich, groß dimensionierte und teure
Azimutantriebe verwendet werden müssen, um ein Gieren gegen die Gleitreibung
zu ermöglichen.
In dem vorliegenden tribologischen System kann es zu einer schnell
alternierenden Wechselbewegung zwischen Haft- und Gleitreibung,
dem sog. Stick-Slip-Effekt, beim Gieren kommen. Zudem provoziert
die hohe Gleitreibung eine schnelle Materialermüdung und einen hoher Verschleiß. Eine
niedrigere Gleitreibung würde
auf der anderen Seite jedoch die Gefahr eines unerwünschten
Gierens in Kauf genommen werden.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Vorteile der
Gleitlagerung für
Maschinenhausgondeln zu Nutzen und die beschriebenen Nachteile zu
verringern.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch ein Bremssystem für
ein Azimutlager einer Windturbine, vorzugsweise für eine Windturbine
mit Gleitlager gelöst,
bei der die auf einem Turm in horizontaler Ebene drehbar gelagerte
Maschinenraumgondel im Betriebsfall zunächst mit einer Feststellbremse
arretiert und/oder gebremst ist. Dabei ist die Feststellbremse über Mittel
zur Übertragung
von Momenten und/oder Kräften
und/oder Bewegungen mit einem elektrischen Azimutantrieb verbunden.
Auf diese Weise ist die Feststellbremse mit Hilfe eines zum Gieren
der Maschinenraumgondel von dem elektrischen Azimutantrieb erzeugten
Drehmoments und/oder durch eine von dem Azimutantrieb erzeugte Kraft
und/oder durch eine von dem Azimutantrieb erzeugte Bewegung betätigbar.
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Vorzugsweise
dient als Mittel zur Übertragung
ein Hebel, aber auch andere Übertragungsmittel
für Momente,
Kräfte
bzw. Bewegungen in Form von Wellen, Zahnrädern, Schnecken, hydraulischen oder
pneumatischen Druckleitungen etc. sind als Teil der Erfindung zu
sehen.
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Vorzugsweise
ist der Azimutantrieb neben der Feststellbremse auch mit dem Azimutgetriebe verbunden.
Azimutantrieb, Feststellbremse und Azimutgetriebe sind dabei so
auf der Gondel bzw. auf dem Turm angeordnet und so ausgebildet,
dass ein im Bedarfsfall zum Gieren der Maschinenraumgondel erzeugtes
Drehmoment und/oder Kraft und/oder Bewegung zunächst an die Feststellbremse
zur deren Lösung übertragen
wird und erst bei gelöster Feststellbremse
an das Azimutgetriebe zum gewünschten
Gieren der Maschinenraumgondel übertragen
wird.
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Vorzugsweise
ist dabei das Gehäuse
des Azimutantriebes mit der Maschinenraumgondel verbunden, während das
vorzugsweise als Drehkranz ausgebildete Azimutgetriebe fest mit
dem Turm der Windturbine verbunden ist. Eine weitere Ausgestaltung
der Erfindung betrifft jedoch auch ein Bremssystem für eine Windturbine,
bei dem das Azimutgetriebe mit der Maschinenraumgondel und der Azimutantrieb
mit dem Turm der Anlage verbunden sind.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsvariante
ist das Gehäuse
des Azimutantriebes in der Rotationsebene seines Planetengetriebes drehbar
lagernd mit der Maschinenraumgondel verbunden. Wegen des hohen Reibungswiderstandes der
Maschinenraumgondel auf dem Turm bewirkt diese Lagerung des Azimutantriebs,
dass das zum Gieren der Maschinenraumgondel erzeugte Drehmoment
zunächst
nicht um Gieren der Gondel, sondern zu einer Rotation des Azimutantriebes
um sich selbst, in der Rotationsebene seines Planetengetriebes,
führt.
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Ist
das Gehäuse,
gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsvariante, über einen
Hebel mit der Feststellbremse der Maschinenraumgondel verbunden,
so wird erfindungsgemäß zunächst das vom
Azimutantrieb erzeugte Drehmoment an die Feststellbremse zu deren
Lösung übertragen.
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist der Azimutantrieb nur um einen vorgegebenen Winkel
in positiver und in negativer Drehrichtung (d. h. gegen oder mit
dem Uhrzeigersinn) gegenüber
der Maschinenraumgondel drehbar gelagert. Dies bewirkt, dass der
Azimutantrieb nach Erreichen des maximalen Drehwinkels nicht weiter
um sich selbst rotiert und damit sein Drehmoment über sein
Abtriebsrad zum Gieren der Maschinenraumgondel an den Drehkranz
des Azimutgetriebes überträgt.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist das Gehäuse
des Azimutantriebes nicht rotierbar, fest mit der Maschinenraumgondel
verbunden. Zur Verwirklichung des erfinderischen Bremssystems kommt
in diesem Falle ein selbständig
erfinderischer Azimutantrieb zum Einsatz. Ein solcher Azimutantrieb
verfügt
gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform über ein
Gehäuse,
in welchem das Hohlrad des Planetengetriebes in der Rotationsebene
des Planetengetriebes drehbar gelagert ist. Eine solche Lagerung
des Hohlrades bewirkt, dass das zum Gieren der Maschinenraumgondel
erzeugte Drehmoment zunächst
nicht zum Gieren der Gondel, sondern zu einer Rotation des Hohlrades
des Planetengetriebes um sich selbst führt. Diese Rotation des Hohlrades
wird erfindungsgemäß dazu verwendet, die
Feststellbremse der Maschinenraumgondel – analog zur o. g. Weise – zu lösen.
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Vorzugsweise
ist hierfür
das Hohlrad des Planetengetriebes über einen Hebel mit der Feststellbremse
so verbunden, dass der Hebel eine durch die Rotation des Hohlrades
erzeugte Kraft zur Lösung der
Feststellbremse überträgt.
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Neben
einem einfachen Hebel sind gemäß weiteren
Ausführungsvarianten
auch hydraulische oder pneumatische Mechanismen vorgesehen, wobei
allen Varianten das Prinzip innewohnt die Rotationskraft des Hohlrades
des Planetengetriebes oder wie zuvor schon beschrieben des rotierenden
Gehäuses
des Planetengetriebes zu nutzen, um eine oder mehrere Feststellbremsen
der Maschinenraumgondel zu lösen.
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Um
nach einem Lösen
der Feststellbremse(n) ein Gieren der Maschinenraumgondel zu bewirken,
muss die Rotation des Azimutantriebs bzw. des Hohlrades des Planetengetriebes
auf einen vorgegebenen maximalen Drehwinkel begrenzt werden, sodass
der Azimutantrieb bei Erreichen dieses maximalen Drehwinkels in
seiner Rotation blockiert wird und das zum Gieren der Maschinenraumgondel
erzeugte Drehmoment/Kraft/Bewegung an den Drehkranz des Azimutgetriebes überträgt.
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Gemäß einer
besonders einfachen Ausgestaltung der Erfindung verfügt die Lagerung
des Gehäuses
des Azimutantriebs bzw. die Lagerung des Hohlrades des Planetengetriebes über einen
mechanischen Stopper, welcher den maximalen Drehwinkel in positiver
und in negativer Drehrichtung vorgibt. Ist das Gehäuse des
Azimutantriebes gelagert, so ist der mechanische Stopper vorzugsweise
mit der Maschinenraumgondel verbunden. Ist das Hohlrad des Planetengetriebes
drehbar gelagert, ist der mechanische Stopper vorzugsweise mit dem
Gehäuse
des Azimutantriebes verbunden. Der mechanische Stopper ist gemäß einer
weiteren Ausführungsvariante durch
den Hebel gebildet, welcher mit der Feststellbremse verbunden ist.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsvariante
wird eine Rotation des Gehäuses des
Azimutantriebes bzw. des Hohlrades des Planetengetriebes bei Erreichen
des maximalen Drehwinkels mit Hilfe einer passiv angesteuerten,
aktiven Bremse blockiert. Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsvariante
der Erfindung ist zur Blockierung der Rotation bei Erreichen eines
maximalen Drehwinkels eine hydraulische beaufschlagte Bremse vorgesehen.
Eine solche passiv angesteuerte, aktive Bremse wird vorzugsweise
durch einen Sensors ausgelöst,
welcher bei Erreichen des maximalen Drehwinkels ein Brems-Signal
zur Blockierung des Gehäuses
des Azimutantriebes bzw. des Hohlrades des Planetengetriebes an
die aktive Bremse überträgt.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung des Azimutantriebes ist das im Gehäuse des
Azimutantriebes gelagerte Hohlrad des Planetengetriebes über eine
zwischen Hohlrad und Gehäuse
angeordnete passive hydraulische Kupplung gedämpft. Im Falle eines mit Hilfe
einer hydraulischen Kupplung gedämpften
Azimutantriebes dient vorzugsweise ein mechanischer Stopper zur
Begrenzung des maximalen Drehwinkels; besonders bevorzugt dient
der mit der Feststellbremse verbundene Hebel als mechanischer Stopper.
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Ein
weiterer, selbständig
erfinderischer Aspekt des Bremssystems betrifft die Feststellbremse(n)
der Maschinenraumgondel. Um auch bei Störfällen sicher zu sein, ist die
Feststellbremse vorzugsweise so ausgebildet, dass sie autoaktiv
ist, was bedeutet, dass sie ohne äußere Beeinflussung aktiviert ist
und die Maschinenraumgondel gegen ein unerwünschtes Gieren schützt. Vorzugsweise
weist die Feststellbremse wenigstens einen Reibbelag, einen Anpressstempel
und einer Rückstellfeder
auf, wobei die Feststellbremse im eingebauten Zustand durch die
Rückstellkraft
der Rückstellfeder
eine Arretierung der Gondel bewirkt. Besonders bevorzugt ist der
Anpressstempel im eingebauten Zustand der Feststellbremse direkt
oder indirekt über
einen Hebel oder eine sonstige Kraftübertragungs-Vorrichtung, wie zum
Beispiel eine Druckleitung, mit dem Azimutantrieb verbunden. Durch
eine Kraftübertragung über den
Hebel bzw. die Kraftübertragungsvorrichtung wird
entgegen der Rückstellkraft
der Rückstellfeder die
Arretierung der Maschinenraumgondel gelöst. Besonders bevorzugt ist
die Feststellbremse so ausgestaltet, dass sie anstelle der üblichen
Gleitvorrichtungen von Gleitlagern in die für diese vorgesehenen Aussparungen
in einem Ringflansch einsetzbar sind. Auf diese Weise können Feststellbremsen
für bestehende
Windturbinen nachgerüstet
werden.
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Vorzugsweise
verfügt
die Feststellbremse über
eine Dämpfung.
Eine Dämpfung
ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Hebel zur Lösung der Feststellbremse
als mechanischer Stopper des Azimutantriebes dient. Eine Dämpfung der
Feststellbremse, ist allgemein sinnvoll, um einen Stick-Slip-Effekt
beim Lösen
der Feststellbremse und einsetzender Gieren der Maschinenraumgondel
zu vermeiden.
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Grundsätzlich ist
das Prinzip zur Lösung
der Feststellbremse(n) mit Hilfe der Rotationskraft des Azimutantriebes
nicht nur für
das Gleit- oder Wälzlager
einer Maschinenraumgondel verwendbar, sondern das gleiche Prinzip
ist ebenfalls auf das Pitchsystem der Rotorblätter, d. h. auf die Drehung
der Rotorblätter
um ihre Längsachse
anwendbar und stellt einen weiteren erfinderischen Aspekt der Anmeldung dar.
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Ein
derartiges Bremssystem für
ein Pitchlager einer Windturbine umfasst dabei wenigstens einen
Pitchantrieb und eine Feststellbremse zum Arretieren und/oder Bremsen
des Pitchlagers. Dabei ist die Feststellbremse über Mittel zur Übertragung
von Momenten und/oder Kräften
und/oder Bewegungen mit einem Pitchantrieb verbunden. Auf diese
Weise ist die Feststellbremse mit Hilfe eines zum Verstellen (Pitchen)
der Rotorblätter
von dem Pitchantrieb erzeugten Drehmoments und/oder durch eine von
dem Pitchantrieb erzeugte Kraft und/oder durch eine von dem Pitchantrieb
erzeugte Bewegung betätigbar.
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Vorzugsweise
dient als Mittel zur Übertragung
ein Hebel, aber auch andere Übertragungsmittel
für Momente,
Kräfte
bzw. Bewegungen in Form von Weilen, Zahnrädern, Schnecken, hydraulischen oder
pneumatischen Druckleitungen etc. sind als Teil der Erfindung zu
sehen.
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Vorzugsweise
ist der Pitchantrieb neben der Feststellbremse auch mit einem Pitchgetriebe
verbunden. Pitchantrieb, Feststellbremse und Pitchgetriebe sind
dabei so auf Rotorblatt bzw. Nabe angeordnet und so ausgebildet,
dass ein im Bedarfsfall zum Pitchen der Rotorblätter erzeugtes Drehmoment und/oder
Kraft und/oder Bewegung zunächst
an die Feststellbremse zu deren Lösung übertragen wird und erst bei
gelöster
Feststellbremse an das Pitchgetriebe zum gewünschten Pitchen der Rotorblätter übertragen
wird.
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Vorzugsweise
sind der Pitchantrieb fest mit der Nabe und das Pitchgetriebe in
Form eines Drehkranzes fest mit einem Rotorblatt verbunden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist der Pitchantrieb in der Rotationsebene seines Planetengetriebes
drehbar lagernd mit der Nabe verbunden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist jedoch das Gehäuse
des Pitchantriebes nicht rotierbar mit der Nabe verbunden. Zur Verwirklichung
des erfinderischen Bremssystems kommt in diesem Falle ein selbständig erfinderischer
Pitchantrieb zum Einsatz. Da Azimutantriebe und Pitchantriebe prinzipiell gleich
aufgebaut sind, entsprechen die bereits beschriebenen Ausführungsvarianten
der Azimutantriebe den unterschiedlichen Ausführungsvarianten für Pitchantriebe.
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Ebenso
sind gemäß weiteren
Ausführungsvarianten
Feststellbremsen vorgesehen, die für den Einbau in Pitchsysteme
gemäß dem Stand
der Technik ausgebildet sind. Die Ausführungsvarianten der Feststellbremsen
für Pitchsysteme
entsprechen den Ausführungsvarianten
der Feststellbremsen für
Azimutlager.
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Diese
und weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung sollen nun anhand
der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert werden. Es zeigen
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Ringflansches für eine Windturbine mit eingesetzten Gleitvorrichtungen
einer Gleitlagerung,
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2 eine
Querschnittsdarstellung einer Gleitvorrichtung in eingebautem Zustand,
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3 eine
Querschnittsdarstellung einer ersten Ausführungsform einer Feststellbremse
und einer ersten Ausführungsform
eines Azimutantriebes oder Pitchantriebes in eingebautem Zustand,
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4a), b) eine Querschnittsdarstellung und eine
perspektivische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsvariante der Feststellbremse,
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5 eine
Draufsicht als Prinzipskizze der Kraftübertragung der Rotationskraft
des Azimut- oder Pitchantriebes auf die Feststellbremse gemäß 4,
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6a), b) zwei Querschnittsdarstellungen einer
Feststellbremse gemäß einer
dritten Ausführungsvariante
in einer geöffneten
und einer geschlossenen Position,
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7a), b) zwei Querschnittsdarstellungen einer
Feststellbremse gemäß einer
vierten Ausführungsvariante
in einer geöffneten
und einer geschlossenen Position,
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8a) eine Querschnittsdarstellung eines Azimut-
oder Pitchantriebes gemäß dem Stand
der Technik,
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8b) eine Querschnittsdarstellung eines Azimut-
oder Pitchantriebes mit drehbar gelagertem Hohlrad seines Planetengetriebes
und Hydraulikkupplung,
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8c) eine Querschnittsdarstellung eines Azimut-
oder Pitchantriebes mit drehbar gelagertem Hohlrad seines Planetengetriebes
und aktiver Scheibenbremse, und
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9 eine Übersicht
einer Schrittabfolge eines Betriebsverfahrens des Bremssystems beim Gieren.
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1 zeigt
einen Ringflansch 10 für
eine Windturbine, welcher in eingebautem Zustand üblicher
Weise fest mit der Maschinenraumgondel einer Windturbine (bzw. mit
der Nabe bei einem Bremssystem für
das Pitchlager) verbunden ist und auf einem Drehkranz 32 aufliegt.
Der Drehkranz 32 ist dabei in eingebautem Zustand üblicher
Weise fest mit einem Turm einer Windturbine (bzw. mit einem Rotorblatt bei
einem Bremssystem für
ein Pitchlager) verbunden. In radial auf dem Ringflansch 10 angeordneten Aussparungen
oder Bohrungen 22 sind zylindrische Gleitvorrichtungen 20 eingesetzt.
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2 zeigt
die Wirkweise einer der in den Ringflansch 10 gemäß 1 eingesetzten
Gleitvorrichtung 20, durch welche die Gleitreibung des
Gleitlagers der Windturbine justierbar ist. Die hier dargestellt
Gleitvorrichtungen 20 umfasst ein zylindrisches Gehäuse 24,
einen in dem zylindrischen Gehäuse 24 angeordneten
Reibbelag 26, mehrere Tellerfedern 28 und eine
Einstellschraube 30. Je nachdem, wie weit die Einstellschraube 30 in
das Gehäuse 24 der
Gleitvorrichtung 20 eintaucht, desto stärker ist der Druck, den die
Einstellschraube 30 auf die Tellerfedern 28 ausübt. Durch
die Einstellschraube 30 wird indirekt die Anpresskraft
des Reibbelags 26 an den Drehkranz 32 erhöht und damit
auch die Gleitreibung des Gleitlagers insgesamt erhöht.
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Unterhalb
des Drehkranzes 32 ist eine Verschlussplatte 34 angeordnet,
in welche ebenfalls eine Gleitvorrichtung 21 eingesetzt
ist. Auch diese Gleitvorrichtung 21 besitzt ein zylindrisches
Gehäuse 25,
in welchem ein Reibbelag 27 und eine Einstellschraube 31 angeordnet
sind. Die unterseitig zum Drehkranz 32 angeordnete Gleitvorrichtung 21 dient lediglich
zur Herstellung einer definierten Gleitoberfläche des Gleitlagers, während die
oberseitig angeordnete Gleitvorrichtung 20 zusätzlich zur
Einstellung einer gewünschten
Gleitreibung verwendet werden kann.
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3 zeigt
eine Prinzipskizze in Querschnittsdarstellung, die das Wirkprinzip
zwischen Azimutantrieb 40, einer ersten Ausführungsform
einer Feststellbremse 60 und einem Azimutgetriebe in Form
eines Drehkranzes 32 näher
erläutert.
In dem Ringflansch 10 ist an die Stelle einer Gleitvorrichtung 20 eine
Feststellbremse 60 gemäß einer
ersten Ausführungsvariante
eingesetzt. Diese Variante einer Feststellbremse 60 verfügt, wie
auch die Gleitvorrichtung 20 gemäß 2, über ein
zylindrisches Gehäuse 64,
in welchem ein Reibbelag 66 und mehrere Tellerfedern 68 angeordnet
sind. Anstatt der Einstellschraube 30 ist bei der Feststellbremse 60 ein
Anpressstift 70 vorgesehen, welcher zur Ausübung eines
Drucks auf die Tellerfedern 68 und damit indirekt zur Erzeugung
einer Anpresskraft des Reibbelags 66 an den Drehkranz 32 dient.
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Zwischen
der Oberseite des Anpressstiftes 70 und unterhalb einer
keilförmigen
Abdeckplatte 62 mit schräg verlaufender Unterseite befindet
sich ein Keilelement 72 mit schräg verlaufender Oberseite. Unterseite
der Abdeckplatte 62 und Oberseite des Keilelementes 72 verlaufen
parallel zueinander. Dabei ist das Keilelement 72 zwischen
der Unterseite der Abdeckplatte 62 und der Oberseite des
Anpressstiftes 70 rollend gelagert und mit Hilfe einer
an seinem spitzen Ende angeordneten Rückstellfeder 74 gegen
ein Herausgleiten zwischen Anpressstift 70 und Abdeckplatte 62 gesichert.
Dabei bewirkt die Rückstellkraft
der Rückstellfeder 74 indirekt
eine Anpresskraft des Reibbelags 68 auf den Drehkranz 32.
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Ergeht
nun ein Signal an den Azimutantrieb (bzw. Pitchantrieb) 40 zum
Gieren der Maschinenraumgondel (bzw. zum Pitchen der Rotorblätter), so wird
vom Motor des Azimutantriebes (bzw. Pitchantriebes) 40 ein
Drehmoment erzeugt. Aufgrund des durch die Feststellbremse 60 blockierten
Gleitlagers wird durch das Drehmoment des Azimutantriebes (bzw.
Pitchantriebes) 40 zunächst
keine Gieren der Maschinenraumgondel (bzw. Pitchen der Rotorblätter), sondern
eine Rotation des Azimutantriebes (bzw. Pitchantriebes) 40 in
seinem Lager 42 bewirkt. Durch einen am Gehäuse 44 des
Azimutantriebes 40 angeordneten Hebel 50 wird
die Rotationskraft des Azimutantriebes (bzw. Pitchantriebes) 40 auf
das Keilelement 72 der Feststellbremse 60 übertragen, welches
entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 74 zwischen
der Abdeckplatte 62 und dem Anpressstift 70 herausgezogen
wird. Durch das Herausziehen des Keilelementes 72 wird
der Anpressstift 70 unter Entspannung der Tellerfedern 68 nach
oben gedrückt,
wodurch die Anpresskraft des Reibbelags 66 gegen den Drehkranz 32 sinkt
und das Gleitlager für ein
Gieren der Maschinenraumgondel in horizontaler Ebene (bzw. ein Pitchen
eines Rotorblattes) freigegeben ist. Zeitgleich erreicht nun die
Drehung des Gehäuses 44 des
Azimutantriebes (bzw. Pitchantriebes) 40 einen maximalen
Drehwinkel; eine weitere Rotation des Azimutantriebes (bzw. Pitchantriebes)
(40) in der Lagerung 42 ist durch einen mechanischen
Stopper blockiert (hier nicht sichtbar). Anstatt der Verwendung
eines Gleitkeils 72 kann auch eine gleichwirkende Hebelanordnung
zu Einsatz kommen.
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Ist
nun eine weitere Rotation des Azimutantriebes (bzw. Pitchantriebes) 40 nicht
möglich,
so wird das vom Motor des Azimutantriebes (bzw. Pitchantriebes) 40 erzeugte
Drehmoment auf den Drehkranz 32 übertragen und ein Gieren der
Maschinenraumgondel (bzw. ein Pitchen des Rotorblattes) bewirkt.
Der Drehkranz 32 ist dabei vorzugsweise fest mit dem Turm
und der Azimutantrieb 40 vorzugsweise über die Lagerung 42 mit
der Maschinenraumgondel verbunden.
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4a) und 4b) zeigen
die Feststellbremse 60 des Bremssystems gemäß einer
zweiten Ausführungsform.
Auch diese Ausführungsform
verfügt über ein
zylindrisches Gehäuse 64,
in welchem ein Reibbelag 66 und mehrere Tellerfedern 68 angeordnet sind. Ähnlich wie
bei der Gleitreibungsvorrichtung 20 nach 2 ist
zur Ausübung
einer Anpresskraft oberhalb der Tellerfedern als Anpressstift eine
Einstellschraube angeordnet. Im Gegensatz zu der Gleitvorrichtung 20 ist
jedoch das Gehäuse 64 dieser Feststellbremse 60 zweiteilig
ausgeführt
und besteht aus zwei vertikal übereinander
angeordneten zylindrischen Gehäusehälften 63, 65.
Die Gehäusehälften 63, 65 sind
dabei über
eine Lagerung 76 so miteinander verbunden, dass sie entlang
ihrer Längsachsen koaxial
gegeneinander verdrehbar sind. Wie jedoch in 4b) gut
zu erkennen ist, beschreibt die Lagerung 76 dieser Ausführungsvariante
aus einer Seitenansicht betrachtet keine gerade Linie, vielmehr sind
die Abschlusskanten der sich gegenüberstehenden Gehäusehälften 63, 65 sinusförmig ausgebildet. Wenn
die obere Gehäusehälfte 63 der
in 4b) dargestellten Feststellbremse 60 mit
Hilfe des Hebels 50 gegenüber der unteren Gehäusehälfte 65 verdreht
würde,
egal ob die Drehung mit oder gegen den Uhrzeigersinn stattfinden
würde,
wird die obere Gehäusehälfte 63 gegenüber der
unteren 65 angehoben werden. Dies würde wiederum bewirken, dass die
in ein Gewinde 31 des oberen Gehäuses 63 eingedrehte
Einstellschraube 30 mit der oberen Gehäusehälfte 63 angehoben
würde,
wodurch die Tellerfedern 68 entlastet würden und die Feststellbremse 60 damit
gelöst
würde.
Diese Ausführungsform
ist besonders vorteilhaft, da somit unabhängig von der Drehrichtung des
Gierens die Feststellbremse gelöst werden
kann.
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5 ist
eine Draufsicht der in den 4a) und 4b) dargestellten Ausführungsvariante. Aus dieser
Ansicht lässt
sich besonders gut erkennen, wie die Feststellbremse 60 gemäß dieser
Ausführungsform
in einen Ringflansch 10 gemäß dem Stand der Technik anstelle
der Gleitvorrichtungen 20 eingesetzt werden kann. Auch
ist aus dieser Perspektive gut zu sehen, wie die Rotation des Azimutantriebes
(bzw. Pitchantriebes) 40 auf den Hebel 50 zur
Lösung
der Feststellbremse 60 übertragen
wird
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6a) und 6b) zeigen
eine weitere Ausführungsvariante
der Feststellbremse 60 in einer gelösten 6a) und
in einer fest gezogenen Position 6b). Gemäß dieser
Ausführungsvariante
verfügt
die Feststellbremse 60 des Bremssystems, wie auch die Ausführungsvarianten
zuvor, über
ein zylindrisches Gehäuse 64 in
welchem ein Reibbelag 66 und mehrere Tellerfedern 68 angeordnet
sind. Zur Ausübung
der Anpresskraft dient gemäß dieser
Variante ein gebogener Bremshebel 78, welcher als Anpressstift
fungiert. Der Bremshebel 78 ist dabei auf einer Seite über eine
Rückstellfeder 74 mit
einem Vorsprung 12 des Ringflansches 10 verbunden.
Durch die Rückstellkraft
der Rückstellfeder 74 wird
der Bremshebel 78 zurückgezogen
und übt
dadurch eine Kraft auf die Tellerfedern 68 aus, was somit
in einer Anpresskraft des Reibbelags 66 gegen den Drehkranz 32 und
folglich in einer Bremswirkung der Feststellbremse 60 resultiert.
Zur Lösung
der Feststellbremse 60 ist der Bremshebel 78 über einen
weiteren Hebel 50 mit dem hier nicht dargestellten Azimutantrieb
(bzw. Pitchantrieb) 40 verbunden bzw. verbindbar. Dabei wird
der Bremshebel 78 im Betriebsfall von dem mit dem Azimutantrieb
(bzw. Pitchantrieb) 40 verbundenen Hebel 50 gegen
die Rückstellkraft
der Rückstellfeder 74 unabhängig vom
der Drehrichtung des Gierens nach rechts gezogen (siehe 6b)). In der in 6b) dargestellten
Position der Feststellbremse 60 drückt der Bremshebel 78 weniger
stark auf die Tellerfedern 68, wodurch sich diese nach
oben ausdehnen können
und wodurch die Reibwirkung des Reibbelags 66 auf dem Drehkranz 32 sinkt.
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Um
den Stick-Slip-Effekt, also das ruckhafte Gleiten des Reibbelages 66 auf
dem Drehkranz 32 aufgrund einer schnellen Abfolge von Haft-
und Gleitreibung während
des Übergangs
zwischen Lösen
der Feststellbremse 60 und Gieren der Maschinenraumgondel
(bzw. Pitchen) zu vermeiden, verfügt diese Ausführungsvariante
der Feststellbremse 60 zusätzlich noch über einen
Dämpfer 80.
Der Dämpfer 80 ist hierbei
unterhalb der Rückstellfeder 74 angeordnet und
verhindert während
des Lösevorgangs
der Feststellbremse 60 ein Zurückschwingen des Bremshebels 78 aufgrund
von Stick-Slip-Effekten. Ohne diesen Dämpfer 80 würde beim
Lösevorgang
der Feststellbremse 60 in dem Moment, in dem die Haftreibung
der Maschinenraumgondel überwunden
wird, die Maschinenraumgondel zu gieren beginnt und die Kraftauswirkung
des Azimutantriebes 40 auf den Bremshebel 78 in
Folge dessen verringert wird, die Feststellbremse 60 durch
die Rückstellkraft
der Rückstellfeder 74 wieder
etwas angezogen. Der Dämpfer 80 verhindert,
dass sich aus diesem Stick-Slip-Effekt eine resonante Schwingung
entwickelt, welche negative Folgen auf das Material haben würde. Die
Verwendung eines derartigen Dämpfers ist
natürlich
auch in den anderen Ausführungen,
insbesondere 3 und 4,
denkbar.
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7a) und 7b) zeigen
eine weitere Ausführungsvariante
der Feststellbremse 60 für das erfinderische Bremssystem
in einer geöffneten
und in einer geschlossenen Position. Diese Ausführungsform unterscheidet sich
zu der in den 6a) und 6b) dargestellten
Ausführungsform
lediglich dadurch, dass hier der Bremshebel 78 direkt auf
den Reibbelag 66 drückt.
Hier nicht dargestellt kann gemäß weiterer Ausführungsformen
der Feststellbremse 60 zwischen dem Bremshebel 78 und
dem Reibbelag 66 auch ein flexibler Gummipuffer eingesetzt
sein oder der Reibbelag 66 ist oberseitig selbst flexibel
ausgestaltet.
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8a), 8b) und 8c) zeigen drei verschiedene Varianten
des Azimutantriebes (bzw. Pitchantriebes) 40, wie er in
dem erfindungsgemäßen Bremssystem
zum Einsatz kommen kann. Während
die Ausführungsform
eines Azimutantriebes (bzw. Pitchantriebes) 40 gemäß 8a) selbst Stand der Technik ist, stellen
die Ausführungsvarianten
gemäß den Darstellungen 8b) und 8c) einen
selbständig
erfinderischen Aspekt der Anmeldung dar.
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Der
Azimutantrieb (bzw. Pitchantrieb) 40 gemäß 8a) verfügt über einen Motor 41 zur
Erzeugung eines Drehmomentes und ein in einem Gehäuse 44 angeordnetes
Planetengetriebe 46. Das Planetengetriebe 46 verfügt seinerseits über Sonnenrad 46SO, Planetenräder 46PL,
Hohlrad 46H und einen Steg 46ST. Mit dem Steg 46ST ist
ein Abtriebsrad 48 zur Übertragung
des vom Motor 41 erzeugten Drehmomentes auf den Drehkranz 32 verbunden
ist. Die hier dargestellt Ausführungsvariante
eines Azimutantriebes (bzw. Pitchantriebes) 40 ist Stand
der Technik und dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad 46H fest
mit dem Gehäuse 44 verbunden
ist.
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Azimutantriebe
(bzw. Pitchantriebe) 40 gemäß dieser Ausführungsform
müssen,
damit sie für das
erfindungsgemäße Bremssystem
geeignet sind, über
Lager (hier nicht sichtbar) mit der Maschinenraumgondel (bzw. der
Nabe) verbunden werden, sodass sie gegenüber der Maschinenraumgondel
bezüglich
der Drehachse des Planetengetriebes 46 drehbar gelagert
sind. Zusätzlich
müssen
Azimutantriebe (bzw. Pitchantriebe) 40 gemäß dieser
Ausführungsform
mit einem Hebel 50 am Gehäuse 44 verbunden werden,
damit sie zum Einsatz in dem erfindungsgemäßen Bremssystem geeignet sind.
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Die
Ausführungsvariante
des in 8b) dargestellten Azimutantiebs
(bzw. Pitchantriebes) 40 entspricht der Ausführungsform
gemäß 8a) insofern, dass auch dieser Antrieb über einen
Motor 41, ein in einem Gehäuse 44 angeordnetes
Planetengetriebe 46, und ein mit dem Steg 46S des
Planetengetriebes 46 verbundenes Abtriebsrad 48 verfügt. Im Gegensatz
zu dem Antrieb 40 nach 8a) besitzt
der Antrieb 40 gemäß 8b) ein Hohlrad 46H des Planetengetriebes 46,
welches in der Drehebene des Planetengetriebes 46 mit Hilfe
von Lagern 42 drehbar im Gehäuse 44 des Azimutantriebes
(bzw. Pitchantriebes) 40 gelagert ist. Dabei verfügt das Hohlrad 46H über einen
Hebel 50, welcher dazu dient, in eingebautem Zustand eine
Kraft an die Feststellbremse 60 zu deren Lösung übertragen
zu können.
Um die Rotation des Hohlrades 46H auf einen maximalen Drehwinkel zu
begrenzen, dient bei dieser Ausführungsform
der Hebel 50 selbst als mechanischer Stopper. Zusätzlich verfügt der Antrieb
noch über
eine hydraulische Kupplung 45, welche als Dämpfer fungiert
um eine resonante Schwingung des gesamten Systems aufgrund von Stick-Slip-Effekten
zu verhindern und dabei die Rotationsgeschwindigkeit des Hohlrades 46H schon
vor Erreichen des mechanischen Stoppers abbremst.
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8c) zeigt eine weitere Ausführungsvariante
des erfindungsgemäßen Azimutantriebes
(bzw. Pitchantriebes) 40. Auch der hier dargestellt Antrieb 40 verfügt über einen
Motor 41, ein in einem Gehäuse 44 angeordnetes
Planetengetriebe 46, und ein mit dem Steg 46S des
Planetengetriebes 46 verbundenes Abtriebsrad 48.
Das Hohlrad 46H des Planetengetriebes 46 ist wie
bei der Ausführungsform
nach 8b) in der Drehebene des Planetengetriebes 46 mit
Hilfe von Lagern 42 drehbar im Gehäuse 44 des Azimutantriebes
(bzw. Pitchantriebes) 40 gelagert. Hierbei ist jedoch der
Azimutantrieb (bzw. Pitchantrieb) 40 mit einer passiv aktivierbaren,
aktiven Bremse 47, vorzugsweise Scheibenbremse ausgestattet, welche
das Hohlrad 46H gegenüber
dem Gehäuse 44 bei
erreichen eines maximalen Drehwinkels aktiv blockiert. Dabei wird
das Signal zur aktiven Blockierung der Bremse 47 passiv über den
Drehwinkel des Azimutantriebes (bzw. Pitchantriebes) 40 gesteuert. Hier
nicht sichtbar verfügt
der Azimutantrieb (bzw. Pitchantrieb) 40 über einen
z. B. mit dem Hebel 50 verbundenen Sensor, welcher bei
Erreichen eines maximalen Drehwinkels ein Signal an die Bremse 47 zur
Blockierung des Hohlrades 46H auslöst. Im Falle einer aktiven
Bremse 47 zur Blockierung des Hohlrades 46H ist
kein mechanischer Stopper für
den Azimutantrieb (bzw. Pitchantrieb) 40 erforderlich.
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In 9 ist
eine Übersicht
gezeigt, welche noch einmal eine bevorzugte Schrittabfolge darstellt, die
von dem erfindungsgemäßen Bremssystem
bei der Gieren der Maschinenraumgondel durchlaufen wird. Durch ein
Signal S1 zum Gieren der Windturbine wird der Azimutantrieb aktiviert.
Da die Gondel auf dem Turm durch die Feststellbremse arretiert ist,
wird somit eine Rotation des Azimutantriebes bewirkt S2. Diese Verdrehung
des Azimutantriebes verursacht das Lösen der Feststellbremse S3.
Bei Erreichen eines maximalen Drehwinkels blockiert ein Stopper
die weitere Rotation des Azimutantriebs S4, wodurch die Kraft/Moment
des Azimutantriebes auf das Azimutgetriebe übertragen wird und der Giervorgang
beginnt S5. Zu erkennen ist insbesondere, dass am Ende des Giervorgangs
als letzter Schritt S6 das Gehäuse 44 des
Azimutantriebes 40 bzw. das Hohlrad 46H des Planetengetriebes 46 mit
Hilfe der Rückstellfeder 74 der
Feststellbremse 60 über
den Hebel 50 in die Ausgangsposition zurückgedreht
wird. Gleichzeitig wird durch die Rückstellfeder 74 die
Feststellbremse 60 wieder angezogen.