DE102009034116A1

DE102009034116A1 - Planetengetriebe für eine Windenergieanlage

Info

Publication number: DE102009034116A1
Application number: DE102009034116A
Authority: DE
Inventors: Torsten Petersen
Original assignee: Petersen Torsten Dipl-Ing
Current assignee: Petersen Torsten Dipl-Ing
Priority date: 2009-07-20
Filing date: 2009-07-20
Publication date: 2011-02-03

Abstract

Planetengetriebe (P2) für eine Windenergieanlage, mit einem Hohlrad (20b), einem Planetenräder (40b) aufweisenden Planetenträger (30b), einem Sonnenrad (50b), einer auf den Planetenträger (30b) wirkenden Antriebswelle (70) und einer mit dem Sonnenrad (50b) verbundenen Abtriebswelle (110), gekennzeichnet durch eine von der Antriebswelle (70) angetriebene stufenlos verstellbare Hydraulikpumpe (90), einen von der Hydraulikpumpe (90) angetriebenen auf das Hohlrad (20b) wirkenden Hydraulikmotor (100), und eine auf die Hydraulikpumpe (90) wirkende Steuerung zum Erzeugen einer vorgegebenen konstanten Drehzahl der Abtriebswelle (110), wobei das Hohlrad (20b) drehbar gelagert ist und der stillstehende Hydraulikmotor (100) das Hohlrad (20b) fixiert und der angetriebene Hydraulikmotor (100) das Hohlrad (20b) dreht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe für eine Windenergieanlage, mit einem Hohlrad, einem Planetenräder aufweisenden Planetenträger, einem Sonnenrad, einer auf den Planetenträger wirkenden Antriebswelle und einer mit dem Sonnenrad verbundenen Abtriebswelle.
Drehzahlvariable Windenergieanlagen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise zeigt die DE 10 2006 040 929 A1 eine Windenergieanlage mit einem zwischen Rotorwelle und Generatorwelle geschalteten Überlagerungsgetriebe, wobei eine Regelwelle von einem vom Frequenzumrichter angesteuerten Elektromotor angetrieben wird, um eine Drehzahlregelung zu erreichen.
Nachteilig an dieser Anordnung ist jedoch, dass der Elektromotor mit ausreichend elektrischer Energie gespeist werden muss und eine Drehzahlregelung nur bedingt erfolgen kann, da ein Elektromotor bei schnellen Drehmomentänderungen, wie sie beispielsweise bei plötzlich auftretenden Böen anfallen, nicht schnell und adäquat auf diese kurzfristig auftretenden Belastungen reagieren und so die Windenergieanlage allenfalls in einem größeren Drehzahlbereich konstant halten kann.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Planetengetriebe für eine Windenergieanlage zu schaffen, mit der eine präzise Drehzahlsteuerung des Abtriebes und damit eine drehzahlkonstanter Antrieb des Generators schnell erreicht werden kann.
Diese Aufgabe wird durch das Planetengetriebe mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
Grundidee der Erfindung ist es, die Drehzahl des Sonnenrads des Planetengetriebes mit der Drehzahl eines hydraulisch angetriebenen Hohlrads gesteuert so zu überlagern, sodass sich eine konstante Drehzahl am Abtrieb ergibt und ein drehzahlkonstanter Antrieb des Generators ermöglicht ist. Die Hydraulik ermöglicht einen schnellen und kraftschlüssigen Eingriff in die Drehzahlregelung.
Die Erfindung wird anhand eines in der einzigen 1 schematisch dargestellten, besonders bevorzugt ausgestalteten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
1 zeigt ein besonders bevorzugt ausgestaltetes Planetengetriebe nach der Erfindung, das insbesondere als Bestandteil der Energiewandlungseinheit einer Windenergieanlage ausgebildet ist. Das erfindungsgemäße Planetengetriebe ist im Beispiel als zweistufiges Planetengetriebe 10 ausgebildet. Das bevorzugt zweistufige Planetengetriebe 10 weist eine erste Stufe P1 und eine zweite Stufe P2 auf.
Die erste Planetenstufe P1 weist ein festes Hohlrad 20a, einen eine Mehrzahl von Planetenrädern 40a tragenden Planetenträger 30a und ein vom Planetenträger 30a bzw. von den Planetenrädern 40a angetriebenes Sonnenrad 50a auf.
Die zweite Planetenstufe P2 weist ein Hohlrad 20b, einen eine Mehrzahl von Planetenrädern 40b tragenden Planetenträger 30b und ein vom Planetenträger 30b bzw. von den Planetenrädern 40b angetriebenes Sonnenrad 50b auf.
Die erste Planetenstufe P1 weist antriebsseitig eine mit dem Planetenträger 30a der ersten Stufe P1 verbundene Welle 60 auf, die die mit der Nabe des Rotors der Windenergieanlage verbundene Rotorwelle ist. Ist der Planetenträger 30a der ersten Stufe P1 alternativ direkt mit der Nabe des Rotors der Windenergieanlage verbunden, versteht es sich, dass keine Rotorwelle 60 vorzusehen ist.
Die erste Stufe P1 wirkt nun mit der zweiten Stufe P2 dadurch zusammen, dass das Sonnenrad 50a der ersten Stufe P1 mit der mit dem Planetenträger 30b der zweiten Stufe P2 verbundenen Antriebswelle 70 den Planetenträger 30b antreibend verbunden ist.
Das Sonnenrad 50b der zweiten Stufe P2 ist wiederum mit einer Abtriebswelle 110 verbunden, die bevorzugt gleichzeitig die Antriebswelle des Generators der Windenergieanlage ist.
Es versteht sich, dass das Planetengetriebe 10 auch einstufig ausgebildet sein kann, wobei die Antriebswelle 70 in diesem Fall die Rotorwelle ist.
Um einen drehzahlkonstanten Antrieb der Abtriebswelle 110 der zweiten Stufe P2 des Planetengetriebes 10 zu erreichen, ist nun erfindungsgemäß eine innerhalb eines vorbestimmten Bereichs stufenlos verstellbare Hydraulikpumpe 90 vorgesehen, die von der Antriebswelle 70 der zweiten Stufe P2 des Planetengetriebes 10 über geeignete Mittel 80 angetrieben wird. Bevorzugt ist die Hydraulikpumpe 90 als schwenkbare Axialkolbenpumpe ausgebildet.
Bei Bedarf treibt die Hydraulikpumpe 90 einen auf das Hohlrad 20b der zweiten Stufe P2 des Planetengetriebes wirkenden Hydraulikmotor 100 an, der bevorzugt als Axialölkolbenmotor mit einseitig festem Schwenkwinkel ausgebildet ist.
Ebenso ist es möglich eine beliebige Ölpumpe mit fester Ölmenge an der Welle 70 mit Volllast mitlaufen zu lassen, und mit dem verfügbarem Öl einen schwenkbaren Axialkolbenölmotor das Hohlrad 20b gesteuert antreiben zu lassen, jedoch muss in diesem Fall eine zusätzliche Bremse am Hohlrad 20b angebracht werden.
Steht die als schwenkbare Axialkolbenpumpe ausgebildete Hydraulikpumpe 90 beispielsweise auf 0 Grad, läuft die Pumpe leer ohne Hydraulikflüssigkeit zu fördern und blockiert somit den mit dem Hohlrad 20b der zweiten Stufe P2 des Planetengetriebes 10 in Eingriff befindlichen Hydraulikmotor 100, wodurch das grundsätzlich drehbar gelagerte Hohlrad 20b in seiner Position fixiert wird – es kommt also zu einer direkten Übertragung von der Antriebswelle 70 auf die Abtriebswelle 110.
Ebenso ist es möglich, die Hydraulikpumpe 90 und den Hydraulikmotor 100 doppelt auszulegen, um den Stellbereich zu vergrößern oder eine Redundanz zu schaffen.
Wird die als schwenkbare Axialkolbenpumpe ausgebildete Hydraulikpumpe 90 aufgrund einer von der vorbestimmten Drehzahl der Abtriebswelle 110 von einer Steuerung detektierten Abweichung verschwenkt, wird Hydraulikflüssigkeit gefördert und der Hydraulikmotor 100 in der von der Steuerung gewählten Richtung angetrieben. Je nach Antriebsrichtung dreht der Hydraulikmotor 100 das Hohlrad 20b der zweiten Stufe P2 des Planetengetriebes 10 zur Drehrichtung des Sonnenrads 50b der zweiten Stufe P2 gleichsinnig oder gegensinnig, sodass es zu einer Überlagerung der Rotationsbewegungen von Hohlrad 20b und Sonnenrad 50b kommt und die Rotationsgeschwindigkeit der Abtriebswelle 110 der Antriebsgeschwindigkeit des Hohlrads 20b entsprechend erniedrigt bzw. erhöht wird.
Die Regelung des erfindungsgemäßen Überlagerungsgetriebes erfolgt dabei über die Steuerung mit der Maßgabe die Drehzahl der Abtriebswelle 110 auf einem vorgegebenen Wert oder in einem vorgegebenen Wertebereich konstant zu halten und durch Antrieb des Hohlrads 20b der zweiten Stufe P2 korrigierend einzugreifen, sollten Abweichungen von der vorgegebenen Drehzahl detektiert werden.
Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, das durch Verwendung eines stufenlos verstellbaren hydraulischen Systems genaue Einstellungen am Getriebe einer Windenergieanlage reaktionsschnell vorgenommen werden können, die trotz plötzlich auftretender Böen oder Flauten einen drehzahlkonstanten Betrieb des Generators gewährleisten.
Darüber hinaus kann bei jeder Windgeschwindigkeit die energetisch optimale Rotordrehzahl gefahren werden, ohne mit dem Pitch der Rotorblätter Leistungspotentiale verschenken zu müssen. Damit wird der Wirkungsgrad gerade im Bereich langsamer Windgeschwindigkeit oder bei Binnenlandstandorten im erheblichen Maße verbessert.
Schließlich erhält der Netzbetreiber die Möglichkeit, beispielsweise über Internetzugriff, der bei steigendem Anteil des Windstroms bestehenden Notwendigkeit der Steuerung des Lastverhaltens im Netz über die Frequenz zu begegnen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102006040929 A1 [0002]

Claims

Planetengetriebe (P2) für eine Windenergieanlage, mit einem Hohlrad (20b), einem Planetenräder (40b) aufweisenden Planetenträger (30b), einem Sonnenrad (50b), einer auf den Planetenträger (30b) wirkenden Antriebswelle (70) und einer mit dem Sonnenrad (50b) verbundenen Antriebswelle (110), gekennzeichnet durch eine von der Antriebswelle (70) angetriebene stufenlos verstellbare Hydraulikpumpe (90), einen von der Hydraulikpumpe (90) angetriebenen auf das Hohlrad (20b) wirkenden Hydraulikmotor (100), und eine auf die Hydraulikpumpe (90) wirkende Steuerung zum Erzeugen einer vorgegebenen konstanten Drehzahl der Antriebswelle (110), wobei das Hohlrad (20b) drehbar gelagert ist und der stillstehende Hydraulikmotor (100) das Hohlrad (20b) fixiert und der angetriebene Hydraulikmotor (100) das Hohlrad (20b) dreht.
Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle mit dem Sonnenrad eines vorgeschalteten Planetengetriebes verbunden ist.
Planetengetriebe nach einem der vohergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet. dass die Hydraulikpumpe eine schwenkbare Axialkolbenpumpe und/oder der Hydraulikmotor ein schwenkbarer Axialkolbenmotor ist.
Windenergieanlage mit einer einen Rotor, ein Planetengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einen Generator aufweisenden Energiewandlungseinheit, wobei der Rotor auf die Antriebswelle (70) des Planetengetriebes (P2) und die Abtriebswelle (110) des Planetengetriebes auf den Generator wirkend eingerichtet ist.
Windenergieanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (110) die Antriebswelle des Generators ist.