DE102009018194A1 - Windenergieanlagenantriebsstrang, Windenergieanlagenmaschinenhaus, Windenergieanlage und Windenergieanlagenpark sowie Standardcontainer - Google Patents

Windenergieanlagenantriebsstrang, Windenergieanlagenmaschinenhaus, Windenergieanlage und Windenergieanlagenpark sowie Standardcontainer Download PDF

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Abstract

Maschinenhäuser von Windenergieanlagen werden heutzutage nur bis zu einer bestimmten Größe mittels Standarcontainer transportiert. Insbesondere bei Anlagen über 1,25 MW wachsen die Dimensionen des Maschinenhauses so weit, dass das Maschinenhaus nicht mehr mittels eines Standardcontainers transportiert werden kann. Die Erfindung stellt einen Windenergieanlagenantriebsstand zur Verfügung, mit dem es möglich ist, Windenergieanlagen über 1,25 MW mittels Standardcontainer zu transportieren. Somit betrifft die Erfindung einen Windenergieanlagenantriebsstrang, welcher ein Planetengetriebe und einen Generator aufweist, wobei Planetengetriebe und Generator aneinander angeflanscht sind und der Generator einen ersten Rotor, in und/oder an welchem ein erster Magnet verortet ist und einen ersten Stator aufweist und der Stator eine Leiterwicklung aufweist, wobei der Generator wenigstens einen zweiten Rotor aufweist, in und/oder an welchem ein zweiter Magnet verortet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Windenergieanlagenantriebsstrang, welcher ein Planetengetriebe und einen Generator aufweist, wobei Planetengetriebe und Generator aneinander angeflanscht sind und der Generator einen ersten Rotor, in und/oder an welchem ein erster Magnet verortet ist, und einen ersten Stator aufweist, wobei an dem Stator eine Leiterwicklung verortet ist.
  • Heutzutage werden Windenergieanlagen weltweit errichtet. Das hat dazu geführt, dass die Kosten für die Logistik enorm gestiegen sind. Dies liegt unter anderem daran, dass die Bestandteile einer Windenergieanlage meist an einigen wenigen Produktionsstandorten hergestellt und zu den Orten der Errichtung der Windenergieanlage transportiert werden.
  • Es hat sich insbesondere als vorteilhaft herausgestellt, dass möglichst viele Bestandteile einer Windenergieanlage mittels Standardcontainer zu transportieren. Leider können Maschinenhäuser nur bis zu einer Leistungsklasse von ca. 1,25 MW mittels Standardcontainer transportiert werden. Sobald die Leistung der Windenergieanlage steigt, wachsen auch die Dimensionen des Maschinenhauses. Somit ist ein Transport des Maschinenhauses als Ganzes für solche Windenergieanlagen nicht mehr möglich.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch einen Windenergieanlagenantriebsstrang, welcher ein Planetengetriebe und einen Generator aufweist, wobei das Planetengetriebe und der Generator aneinander angeflanscht sind und der Generator einen ersten Rotor, in und/oder an welchem ein erster Magnet verortet ist, und einen ersten Stator aufweist, wobei an dem ersten Stator eine Leiterwicklung verortet ist, wobei der Generator wenigstens einen zweiten Rotor aufweist, in und/oder an welchem ein zweiter Magnet verortet ist.
  • Dadurch kann vorteilhafter Weise ein Windenergieanlagenantriebsstrang bereitgestellt werden, welcher über eine äußerst kompakte Bauweise verfügt.
  • Zunächst sei folgendes begrifflich geklärt:
    Beim „Anflanschen” von Planetengetriebe und Generator aneinander weisen Planetengetriebe und Generator eine drehfeste Verbindung auf. Insbesondere sind dabei die Gehäuse des Planetengetriebes und des Generators miteinander verbunden, so dass eine Bewegung des Generatorgehäuses sich auf das Planetengetriebegehäuse und umgekehrt auswirkt. Somit bilden Generatorgehäuse und Planetengetriebegehäuse quasi ein Windenergieanlagenantriebsstranggehäuse.
  • „Magnete” der hier verwendeten Art umfassen Permanentmagnete und Leiterschleifen in denen ein Magnetfeld induziert wird.
  • Die „Leiterwicklung”, welche der Stator aufweist, kann auch aus mehreren Leiterwicklungen bestehen. Diese Leiterwicklung ist insbesondere so ausgestaltet, dass bei einer Rotation des Rotors in der Leiterwicklung des Stators eine Spannung mit zugehörigem Stromfluss induziert wird.
  • Um einen Windenergieanlagenantriebsstrang bereitzustellen, bei dem der Rotor des Generators mit einer Drehzahl zwischen 150 U/min und 600 U/min rotiert, kann das Planetengetriebe ein Hohlrad, ein erstes Planetenrad, ein Hohlsonnenrad und ein zweites Planetenrad aufweisen und das Planetenrad ortsfest über ein Planetengetriebegehäuse mit einem Generatorgehäuse verbunden sein, wobei das zweite Planetenrad mit dem Hohlrad verbunden sein kann und das Hohlrad kämmend in das erste Planetenrad, das erste Planetenrad kämmend in das Hohlsonnenrad und das Hohlsonnenrad kämmend in das Planetenrad greift.
  • Dabei sei folgendes begrifflich erläutert: Das erste Planetenrad kann dabei mehrfach vorkommen. Dies gilt ebenfalls für das zweite Planetenrad. Über die Anzahl kann die Leistungsverzweigung und/oder die Übersetzung variiert werden.
  • „Generatorgehäuse” kann insbesondere auch fest mit dem Stator verbunden sein. Die „ortsfeste” Verbindung zwischen ersten Planetenrad mit dem Planetengetriebegehäuse und somit mit dem Generatorgehäuse führt dazu, dass das erste Planetenrad eine Rotation im Wesentlichen um seine Rotationsachse durchführen kann.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung können das erste Planetenrad und/oder das zweite Planetenrad flexibel mittels Flex-Pin gelagert sein. Dadurch können vorteilhafterweise Störkräfte, welche auf das jeweilige Planetenrad wirken, in unschädliche Verschiebung des Planetenrads überführt werden.
  • Um die transformierte Drehzahl des Planetengetriebes an den Generator zu übertragen, kann das zweite Planetenrad kämmend in eine Welle greifen.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Generator weitere Rotoren mit weiteren verorteten Magneten aufweisen. Dadurch können vorteilhafterweise die weiteren Rotoren zur Spannungserzeugung beitragen.
  • Um ein Planetengetriebe und einen Generator mit ähnlichem Durchmesser bereitzustellen, kann die Welle eine Wellenrotationsachse aufweisen, welche im Wesentlichen identisch zu einer Rotationsachse des Hohlrades, zu einer Rotationsachse der Hohlsonne, zu einer Rotationsachse des ersten Rotors, zu einer Rotationsachse des zweiten Rotors und zu einer Rotationsachse der weiteren Rotoren ist. Der Durchmesser wird dazu radial zur Wellenrotationsachse bestimmt. Dabei kann der Durchmesser des ersten Rotors des Generators ähnliche Werte aufweisen wie der Durchmesser des Hohlrades des Planetengetriebes.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können der erste Rotor und/oder der zweite Rotor und/oder die weiteren Rotoren drehfest mit der Welle verbunden sein. Somit können in vorteilhafter Weise die einzelnen Rotoren zu der Spannungserzeugung beitragen, wobei die Rotation über eine Welle von dem Planetengetriebe an den Generator übertragen wird.
  • Um einen hochkompakten Generator für den Windenergieanlagenantriebsstrang bereitzustellen, können die Magnete des zweiten Rotors und/oder der weiteren Rotoren einen anderen Radialabstand zu der Welle der Rotationsachse aufweisen als die Magnete des ersten Rotors. Somit kann vorteilhafterweise der Raum zwischen dem ersten Rotor und der Welle zur Spannungserzeugung genutzt werden.
  • An dieser Stelle sei angemerkt, dass zu dem zweiten Rotor und den weiteren Rotoren weitere Statoren mit Leiterschleifen vorgesehen sein können.
  • Um den Raum zwischen dem zweiten Rotor und der Welle zur Spannungserzeugung zu nutzen, können die Magnete der weiteren Rotoren einen anderen Radialabstand zur Wellenrotationsachse aufweisen, als der erste und der zweite Rotor.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die Rotoren separat an die Welle gekoppelt sein. Somit kann vorteilhafterweise ein modularer Aufbau realisiert werden. Zusätzlich können in vorteilhafter Weise Generatoren aufgerüstet werden. Das soll heißen, dass beispielsweise ein Generator, welcher zuvor 1,25 MW Leistung aufwies, dann zu einem Generator umfunktioniert werden kann, der dann eine Leistung von beispielsweise 2 oder 2,5 MW aufweist.
  • Um Anflanschverbindungen der Rotoren mit der Welle zu verringern, können der erste Rotor und/oder der zweite Rotor und/oder einige der weiteren Rotoren einen Gesamtrotor bilden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann ein Satz zusätzlicher Rotoren versetzt drehfest auf der Welle verortet sein und diese zusätzlichen Rotoren, die gleiche radiale Beabstandung von der Welle aufweisen wie der erste und/oder zweite und/oder die weiteren Rotoren. Somit können mehrere Rotoren hintereinander auf der Welle angebracht werden.
  • Um die abgegebene Leistung des Generators zu variieren, können der zweite Rotor und/oder die weiteren Rotoren mechanisch mittels Schaltung an die Welle drehfest koppelbar sein.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Aufgabe gelöst werden, durch ein Windenergieanlagenmaschinenhaus, welches einen Windenergieanlagenantriebsstrang aufweist, wie er zuvor beschrieben wurde. Dadurch kann vorteilhafterweise ein Maschinenhaus bereitgestellt werden, in dem ein kompakter Windenergieanlagenantriebsstrang verortet ist.
  • Um die Transportkosten gering zu halten, kann in dem zuvor beschriebenen Windenergieanlagenmaschinenhaus das Windenergieanlagenmaschinenhaus so ausgestaltet sein, dass es in einem Standardcontainer transportierbar ist. Somit kann das Windenergieanlagenmaschinenhaus komplett mit Windenergieanlagenantriebsstrang im Werk montiert und zusammengestellt werden, so dass am Ort der Errichtung einer Windenergieanlage wenig zusätzliche Arbeit anfällt.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst, durch eine Windenergieanlage, welche ein Windenergieanlagenmaschinenhaus wie es zuvor beschrieben wurde aufweist. Dadurch können in vorteilhafter Weise die Transportkosten für eine Windenergieanlage minimiert werden.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Aufgabe gelöst werden, durch einen Windenergieanlagenpark, welcher eine Windenergieanlage aufweist, wie sie zuvor beschrieben wurde.
  • Dadurch können in vorteilhafter Weise die Transportkosten für einen Windenergieanlagenpark reduziert werden. Windenergieanlagenparks zeichnen sich dadurch aus, dass mehrere Windenergieanlagen an einem begrenzten Ort aufgestellt werden, und dass diese sich gegenseitig beeinflussen. Eine solche Beeinflussung kann insbesondere durch Windabschattung erfolgen.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Aufgabe gelöst werden, durch einen Standardcontainer, welcher ein Windenergieanlagenmaschinenhaus wie es zuvor beschrieben wurde in seinem Inneren aufweist. Dadurch kann vorteilhafterweise das Windenergieanlagenmaschinenhaus beispielsweise über Lastkraftwagen an den Ort der Errichtung der Windenergieanlage gebracht werden.
  • Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Dabei zeigt:
  • 1a einen schematischen Schnitt durch einen Windenergieanlagenantriebsstrang mit Generator und Planetengetriebe, wobei an das Planetengetriebe eine Nabe angeflanscht ist.
  • 1b einen schematischen Schnitt durch das Kopfteil einer Windenergieanlage, in welcher der Antriebsstrang aus 1a verortet ist.
  • 2a einen schematischen Schnitt durch einen Windenergieanlagenantriebsstrang, wobei zusätzlich ein versetzter Rotor im Generator dargestellt ist.
  • 2b einen schematischen Schnitt durch das Kopfteil einer Windenergieanlage, in welcher der Antriebsstrang aus 2a verortet ist.
  • Die Achse 100 in den 1a und 2a ist sowohl eine Rotationssymmetrieachse als auch die Wellenrotationsachse als auch Rotationsachse für das Hohlrad 134, für das Hohlsonnenrad 138 und für den Rotor 106.
  • In 1 ist das Planetengetriebe 160 an den Generator 150 über die Anflanschplatte 126 drehfest gekoppelt. Dadurch sind das Planetengetriebegehäuse 132 an das Generatorgehäuse (nicht dargestellt) aneinander geflanscht.
  • Die Nabe 144 nimmt die Rotorblätter der Windenergieanlage auf. Die Nabe 144 ist mit dem Hohlrad 134 des Planetengetriebes 160 drehfest verbunden. Das Hohlrad 134 ist im Planetengetriebegehäuse 132 über die Lager 130 gelagert. Das Hohlrad 134 steht im kämmenden Eingriff mit dem ersten Planetenrad 136.
  • Das erste Planetenrad 136 ist mittels Flex-Pin 180 gelagert, wobei die Lagerung des ersten Planetenrades 136 am Planetengetriebegehäuse 132 erfolgt, wodurch das erste Planetenrad 136 ortsfest verortet ist.
  • Das erste Planetenrad 136 greift kämmend in die Hohlsonne 138 ein. Die Hohlsonne 138 greift kämmend in das zweite Planetenrad 190 ein.
  • Das zweite Planetenrad 190 ist ebenfalls mittels Flex-Pin 140 gelagert. Die Lagerung des zweiten Planetenrades 190 erfolgt so, dass eine Rotation des Hohlrades 134 an das zweite Planetenrad 190 übertragen wird. Somit erfolgt eine Leistungsaufteilung.
  • Das zweite Planetenrad 190 greift kämmend in die Zahnräder 142 der Welle 104 ein. Die Welle 104 wird durch die Lager 102 und 103 gelagert.
  • An dieser Stelle sei angemerkt, dass eines der Lager entfallen kann.
  • Der Rotor 106 ist mittels Rutschkupplung 120 an die Welle 104 angeflanscht. Der Rotor 106 weist einen ersten Rotor 107, einen zweiten Rotor 110 und einen weiteren Rotor 108 auf. Jeder der Rotoren 107, 108, 110 weist Permanentmagnete 112 auf. Jedem der Permanentmagnete 112 sind Leiterwicklungen 114 zugeordnet. Diese Leiterwicklungen 114 sind fest mit dem Stator 122 verbunden.
  • Um den Generator und/oder das Planetengetriebe zu temperieren oder zu kühlen, weist der Windenergieanlagenantriebsstrang eine Kühlung 118 mit Kühlkreislauf 116 auf.
  • Die Funktionsweise stellt sich wie folgt dar. Die Rotorblätter übertragen eine Rotation über die Nabe 144 auf das Hohlrad 134. Diese Rotationen weisen üblicherweise Drehzahlen von 15 U/min bis 35 U/min auf. Über das erste Planetenrad 136, das Hohlsonnenrad 138 und das zweite Planetenrad 190 wird diese Drehzahl in eine höhere Drehzahl zwischen 150 U/min und 600 U/min überführt. Über die Welle 104 wird diese Umdrehung an den Rotor 106 übertragen. Durch die rotierenden Permanentmagnete 112 wird eine Spannung in die Leiterwicklungen 114 induziert.
  • Die Rotationsgeschwindigkeit der Welle 104 wird über das Getriebe so ausgelegt, dass der Maximaldurchmesser des Rotors 106 und das umfas sende Generatorgehäuse ungefähr das Ausmaß des Planetengetriebegehäuses entspricht. Dabei sind Abweichungen von bis zu 40% möglich.
  • Die Bezugszeichen für die 2a sind identisch verwendet zu 1a. Somit ergibt sich im Wesentlichen die gleiche Funktionsweise wie in 1a.
  • Im Gegensatz zu 1a ist in 2a ein weiterer Rotor 206 mit Einzelrotoren an die Welle 104 angeflanscht. Dieser weitere Rotor 206 bildet somit einen Satz zusätzlicher Rotoren, welcher versetzt drehfest auf der Welle 104 verortet ist. Der Satz von Rotoren 206 kann auch nachträglich auf die Welle 104 geflanscht werden, wodurch sich die erzeugbare Leistung des Generators verdoppelt.
  • In 1b ist um den Windenergieanlagenantriebsstrang aus 1a der Kopfteil einer Windenergieanlage mit einem Windenergieanlagenmaschinenhaus 203 einer Nabenverkleidung 205, Rotorblättern 207 und einen Turm 201 dargestellt. Das Maschinenhaus 203 und die Nabenverkleidung 205 haben einen Durchmesser, der es ermöglicht, das Maschinenhaus inkl. Windenergieanlagenantriebsstrang und Nabenverkleidung 205 in einem Standardcontainer zu transportieren.
  • In 2b ist das gleiche für den Windenergieanlagenantriebsstrang aus 2a dargestellt.

Claims (18)

  1. Windenergieanlagenantriebsstrang, welcher ein Planetengetriebe (160) und einen Generator (150) aufweist, wobei Planetengetriebe und Generator aneinander angeflanscht sind und der Generator einen ersten Rotor, in und/oder an welchen ein erster Magnet (112) verortet ist, und einen ersten Stator mit einer Leiterwicklung (114) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator wenigstens einen zweiten Rotor (110) aufweist, in und/oder an welchem ein zweiter Magnet verortet ist.
  2. Windenergieanlagenantriebsstrang nach Anspruch 1, wobei das Planetengetriebe ein Hohlrad (134), ein erstes Planetenrad (136), ein Hohlsonnenrad (138) und ein zweites Planetenrad (190) aufweist und ortsfest über ein Planetengetriebegehäuse (132) mit einem Generatorgehäuse verbunden ist, wobei das zweite Planetenrad mit dem Hohlrad verbunden ist und das Hohlrad kämmend in das erste Planetenrad, das erste Planetenrad kämmend in das Hohlsonnenrad und das Hohlsonnenrad kämmend in das zweite Planetenrad greift.
  3. Windenergieanlagenantriebsstrang nach Anspruch 2, wobei das erste Planetenrad und/oder das zweite Planetenrad flexibel mittels eines Flex-eins gelagert sind.
  4. Windenergieanlagenantriebsstrang nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei das zweite Planetenrad kämmend in eine Welle (104) greift.
  5. Windenergieanlagenantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Generator weitere Rotoren mit weiteren verorteten Magneten aufweist.
  6. Windenergieanlagenantriebsstrang nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Welle eine Wellenrotationsachse (100) aufweist, welche im wesentlichen identisch zu einer Rotationsachse des Hohlrades, zu einer Rotationsachse der Hohlsonne, zu einer Rotationsachse des ersten Rotors, zu einer Rotationsachse des zweiten Rotors und/oder zu einer Rotationsachse der weiteren Rotoren ist.
  7. Windenergieanlagenantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Rotor und/oder der zweite Rotor und/oder die weiteren Rotoren drehfest mit der Welle verbunden sind.
  8. Windenergieanlagenantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnete des zweiten Rotors und/oder der weiteren Rotoren einen anderen Radialabstand zu der Wellenrotationsachse aufweisen als die Magnete des ersten Rotors.
  9. Windenergieanlagenantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnete der weiteren Rotoren einen anderen Radialabstand zur Wellenrotationsachse aufweisen als der erste Rotor und der zweite Rotor.
  10. Windenergieanlagenantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens zwei Rotoren separat an die Welle gekoppelt sind.
  11. Windenergieanlagenantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Rotor und/oder der zweite Rotor und/oder einige der weiteren Rotoren einen Gesamtrotor (106) bilden.
  12. Windenergieanlagenantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Satz zusätzlicher Rotoren (206) versetzt drehfest auf der Welle verortet ist und der Satz zusätzlicher Rotoren die gleiche radiale Beabstandung von der Welle aufweist wie der erste und/oder der zweite und/oder die weiteren Rotoren.
  13. Windenergieanlagenantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Rotor und/oder die weiteren Rotoren mechanisch mittels Schaltung an die Welle drehfest koppelbar sind.
  14. Windenergieanlagenmaschinenhaus, welches einen Windenergieanlagenantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
  15. Windenergieanlagenmaschinenhaus nach Anspruch 14, wobei das Windenergieanlagenmaschinenhaus so dimensioniert ist, dass das Windenergieanlagenmaschinenhaus in einem Standardcontainer transportierbar ist.
  16. Windenergieanlage, welche ein Windenergieanlagenmaschinenhaus nach einem der Ansprüche 14 oder 15 aufweist.
  17. Windenergieanlagenpark, welcher wenigstens eine Windenergieanlage nach Anspruch 16 aufweist.
  18. Standardcontainer, welcher ein Windenergieanlagenmaschinenhaus nach Anspruch 14 oder 15 in seinem Inneren aufweist.
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