DE102010003879A1

DE102010003879A1 - Windenergieanlagen-azimut- oder Pitchantrieb

Info

Publication number: DE102010003879A1
Application number: DE102010003879A
Authority: DE
Inventors: Jochen Röer
Original assignee: Individual
Current assignee: Wobben Properties GmbH
Priority date: 2010-04-12
Filing date: 2010-04-12
Publication date: 2011-10-13
Anticipated expiration: 2030-04-13
Also published as: ZA201208183B; CL2012002824A1; AR080958A1; TW201217642A; BR112012025980A2; US20130084182A1; RU2012147834A; DE102010003879B4; MX2012011848A; KR20130018295A; WO2011128291A2; EP2558717A2; JP2013527366A; WO2011128291A3; CA2795391A1; CN102884315A

Abstract

Es wird ein Windenergieanlagen-Azimut- oder Pitchantrieb mit einem Wanderwellenantrieb vorgesehen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Windenergieanlagen-Azimut- oder Pitchantrieb.
Ein Azimutantrieb oder ein Pitchantrieb einer Windenergieanlage weist typischerweise einen oder mehrere Elektromotoren auf. Die Elektromotoren sind über erste Zahnräder mit zweiten Zahnrädern bzw. Ritzeln verbunden, so dass durch Drehen der Motoren beim Azimutantrieb eine Azimutverstellung der Gondel für eine Windrichtungsnachführung der Windenergieanlage ermöglicht wird. Um Schwingungen der Anlage zu vermeiden, können die Stellmotoren gegeneinander verspannt werden. Alternativ kann das ganze Azimutlager mit einer Bremse festgesetzt werden.
Die bekannten Azimutantriebe – wie auch bekannte Pitchantriebe – weisen eine herkömmliche Rad-Ritzel-Kombination auf, welche ein unerwünschtes Spiel bei der Verzahnung erzeugt. Ferner ist eine derartige Verzahnung verschleißbehaftet.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Windenergieanlagen-Azimut- oder Pitchantrieb vorzusehen, welcher über ein geringeres Spiel und über einen geringeren Verschleiß verfügt.
Diese Aufgabe wird durch einen Windenergieanlagen-Azimut- oder Pitchantrieb gemäß Anspruch 1 gelöst.
Somit wird ein Windenergieanlagen-Azimut- oder Pitchantrieb mit einem Wanderwellenantrieb vorgesehen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Wanderwellenantrieb einen Außenring, einen Innenring, einen am Innenring vorgesehenen flexiblen Ring und eine Mehrzahl von Linearantrieben am Umfang des Innenrings auf. Die Linearantriebe wirken mit dem flexiblen Ring zusammen und bei Aktivierung der Linearantriebe wird der flexible Ring derart deformiert, dass der flexible Ring zumindest zeitweilig lokal vom Innenring abhebt. Eine Ansteuerung der Linearantriebe erfolgt derart, dass die Linearantriebe am Umfang des Innenrings nacheinander betätigt werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der flexible Ring zumindest teilweise einen keilförmigen Querschnitt auf. Der keilförmige Abschnitt des flexiblen Rings ist in dem Innenring verspannt und wirkt mit den Linearantrieben derart zusammen, dass der flexible Ring bei Betätigung der Linearantriebe lokal nach außen gedrückt wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Linearantrieb hydraulisch betätigt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Antrieb eine Mehrzahl von Mitnehmereinheiten entlang des Umfangs auf, welche jeweils an dem flexiblen Ring und dem Außenring befestigt sind.
Die Erfindung betrifft ebenfalls einen mittenfreien Antrieb mit einem Wanderwellenantrieb.
Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Windenergieanlage mit mindestens einem oben beschriebenen Windenergieanlagen-Azimut- oder Pitchantrieb.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, einen Wanderwellenantrieb als Azimutantrieb oder als Pitchantrieb einer Windenergieanlage vorzusehen. Ein derartiger Wanderwellenantrieb weist keine Verzahnung auf, sondern beispielsweise einen elastischen, als Rotor ausgestalteten Ring, welcher konzentrisch zu einem steifen, als Stator ausgestalteten Ring angeordnet ist. Radial angeordnete Stößel und Linearantriebe verformen den elastischen Ring des Rotors lokal derart, dass eine Welle relativ zum Stator umläuft. Durch diese Walkbewegung entsteht eine Relativbewegung zwischen Rotor und Stator und somit eine Drehbewegung.
Durch die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wanderwellenantriebs, des Außenrings, des Innenrings, des flexiblen Rings sowie der Linearantriebe kann bei Betätigung der Linearantriebe (und dem Zusammenwirken der Linearantriebe mit dem Flexring) der Flexring einen geringfügig größeren Umfang aufweisen als der Innenring. Hierdurch kann sich der Flexring relativ zum Innenring (um die Umfangsdifferenz) drehen.
Ein Wanderwellenantrieb ist vorteilhaft, da er eine geringe Drehzahl, eine hohe Drehsteifigkeit, eine Spielfreiheit und eine Überlastungssicherheit gewährleisten kann.
Ein derartiger Antrieb kann alternativ zu einem Windenergieanlagen-Azimutantrieb auch für andere Antriebe verwendet werden, die langsam laufen und große Drehmomente übertragen müssen.
Ferner kann ein Wanderwellenantrieb gemäß der Erfindung mittenfrei ausgestaltet sein, so dass z. B. Kabel und/oder Monteur durch die Mitte Zugang zu dem gesamten Antrieb sowie den anschließenden Räumlichkeiten haben. Dieser Antrieb kann zum Antreiben oder Drehen von Gewichten von > 1 t verwendet werden.
Die Erfindung betrifft ebenfalls die Verwendung eines Wanderwellenantriebs als ein Antrieb für langsam laufende und hohe Drehmomente aufbringende Antriebe.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Vorteile und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Wanderwellenmotors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2A bis 2C zeigen jeweils eine schematische Ansicht eines Wanderwellenmotors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zu unterschiedlichen Zeiten,
3 zeigt eine perspektivische Schnittansicht eines Wanderwellenmotors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
4 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Druckerzeugungseinheit für den Wanderwellenmotor gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
5 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Wanderwellenmotors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, und
6 zeigt eine vereinfachte Ansicht einer Windenergieanlage mit einer teilweise aufgeschnittenen Gondel.
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Wanderwellenantriebs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Der Wanderwellenantrieb weist einen Außenring 100, einen Innenring 200, eine Anzahl von Stößeln bzw. Linearantrieben 300, einen Flexring bzw. verformbaren Ring 400 und optional eine Mehrzahl von Mitnehmern 500 auf, welche an dem Flexring 400 und dem Außenring 100 befestigt sind. In 1 sind acht Stößel 301–308 gezeigt. Die Stößel können ebenfalls als Linearantriebe ausgestaltet sein.
Wenn die Stößel bzw. Linearantriebe 300 nicht betätigt sind, liegt der Flexring 400 an dem Innenring 200 an. Die Stößel bzw. Linearantriebe 301–308 werden nacheinander angesteuert, so dass der Flexring bzw. die Angriffsstellen 401–408, an denen die Stößel 301, 308 angreifen, durch Betätigung der jeweiligen Stößel bzw. Linearantriebe 300 lokal von dem Innenring 200 weggedrückt werden bzw. der Flexring 400 wird an diesen Stellen (lokal) verformt. Dadurch, dass die Stößel bzw. Linearantriebe 300–308 nacheinander angesteuert werden, wird der Flexring an den am Umfang befindlichen Punkten 401–402 derart verformt, dass die verformten Stellen in Form einer Wanderwelle relativ zum Stator (Außenring) 100 umlaufen.
Der Außenring 100 weist einen Referenzpunkt 101, der Innenring 200 weist einen Referenzpunkt 201 und der Flexring 400 weist einen Referenzpunkt 401 auf. In 1 sind alle drei Referenzpunkte 101, 201, 301 in der Zwölf-Uhr-Position gezeigt. Während die Stößel bzw. Linearantriebe 303–307 nicht aktiviert sind, sind die Stößel bzw. Linearantriebe 301, 302 und 308 aktiviert bzw. teilweise aktiviert. Die Stößel bzw. Linearantriebe 300 sind in Kontakt mit dem Flexring 400. Bei Betätigung der Stößel bzw. Linearantriebe 300 kann der Flexring zumindest an einigen Stellen den Innenring 200 abdrücken bzw. verformen, so dass der Flexring 400 an diesen Stellen (lokal) nicht mehr in Kontakt ist mit dem Innenring 200.
2A–2C zeigen jeweils eine schematische Ansicht des Wanderwellenantriebs gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. In den 2A, 2B und 2C ist jeweils ein Außenring bzw. Stator 100, ein Innenring bzw. Rotor 200, ein Flexring bzw. flexibler Ring 400 sowie eine Mehrzahl von Stößeln bzw. Linearantrieben 300 gezeigt. Durch Aktivierung der einzelnen Stößel bzw. Linearantriebe 300 kann auf den Flexring 400 derart eingewirkt werden, dass sich der Flexring an den angegriffenen Stellen (lokal) verformt und sich somit von dem Innenring 200 löst. In den 2A, 2B und 2C sind drei verschiedene Zeitpunkte während eines Betriebs des Wanderwellenantriebs gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. Der in 2A gezeigte Zustand entspricht im Wesentlichen dem in 1 gezeigten Zustand.
In 2A sind die Referenzpunkte 101, 201 und 401 genau in einer Zwölf-Uhr-Position. Der Außenring 100 steht, der Innenring 200 steht und die Wanderwelle steht ebenfalls.
In 2B ist ein Zeitpunkt gezeigt, bei dem der Außenring 100 um 11,25° gewandert ist. Die Wanderwelle ist hierbei beispielsweise um 90° gewandert und der Innenring 200 steht fest. Somit ist in 2B eine Situation gezeigt, in der die Referenzpunkte 101, 201 und 401 sich nicht mehr in der gleichen Position befinden. Während in der in 2A gezeigten Situation die Stößel bzw. Linearantriebe 301, 302, 308 aktiviert worden sind, sind in 2B die Stößel bzw. Linearantriebe 302, 303 und 304 aktiviert. Die Stößel 301–308 greifen jetzt an zweite Angriffspunkte 401a–408a an. Somit sind die Punkte 401–408 auf dem Flexring 400 jeweils um 11,25° gewandert.
2C zeigt einen weiteren Zeitpunkt bei der Wanderung der Wanderwelle. Nunmehr sind die Stößel bzw. Linearantriebe 304–306 aktiviert. Der Außenring ist um 22,5° und die Wanderwelle ist um 180° gewandert. Somit greifen die Stößel 301–308 jeweils an die Angriffspunkte 401b–408b an.
In den 2A–2C ist somit zu sehen, dass durch die Verformung, welche durch die Aktivierung der Stößel bzw. Linearantriebe hervorgerufen wird, der Flexring in seiner Position wandert.
3 zeigt eine perspektivische Schnittansicht eines Wanderwellenantriebs gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Der Wanderwellenantrieb weist einen Außenring bzw. Rotor 100, einen Innenring bzw. Statur 200, einen Flexring bzw. flexiblen Ring 400 sowie eine Anzahl Von Linearantrieben bzw. Stößeln 300 auf. Der Innenring 200 und der Flexring 400 sind konzentrisch zu dem Außenring 100 angeordnet. Die Linearantriebe bzw. Stößel 300 werden gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel hydraulisch betrieben. Alternativ dazu sind aber auch andere Antriebe (z. B. elektrische) möglich. Dazu sind die Linearantriebe bzw. Stößel 300 über eine Hydraulikleitung 310 mit einer Hydraulikeinheit verbunden. Bei einer Aktivierung der Linearantriebe bzw. Stößel 300 (vorzugsweise in radialer Richtung) wird der Flexring 400 an dieser Stelle verformt, d. h. er hebt lokal vom Innenring 200 ab. Nach einer Deaktivierung der Stößel bzw. Linearantriebe 300 wird die Verformung des Flexrings wieder rückgängig gemacht und es besteht wieder ein Formschluss zwischen Flexring und Innenring 200. Die im bzw. am Innenring 200 vorgesehene Mehrzahl von Linearantrieben bzw. Stößeln 400 wird vorzugsweise mit einer großen Schaltfrequenz betrieben. Durch die Welle im Flexring 400 hat dieser einen geringfügig größeren Umfang als der Innenring 200. Ist die Welle eine volle Umdrehung umgelaufen, hat sich der Flexring 400 relativ zum Innenring um diese Umfangsdifferenz gedreht. Die Mitnehmer 500 können die Drehbewegung auf den Außenring 100 übertragen.
Der Flexring 400 ist vorzugsweise im Querschnitt keilförmig ausgestaltet. Der keilförmige Abschnitt 410 des Flexrings 400 kann beispielsweise von einem unteren und oberen Abschnitt 210, 220 eingeklemmt bzw. festgeklemmt werden. Dies sollte jedoch derart erfolgen, dass eine Verformung des Flexrings in radialer Richtung (mit kleinen Hüben bzw. Auslenkungen) möglich ist.
4 zeigt eine perspektive Schnittansicht einer Druckerzeugungseinheit für die Linearantriebe bzw. Stößel gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Druckerzeugungseinheit 500 ist über die Hydraulikschläuche 310 mit den jeweiligen Stößeln bzw. Linearantrieben 300 (z. B. gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel) verbunden. Die Druckerzeugungseinheit 500 weist eine Vielzahl von Stößeln 520 auf, welche jeweils mit einem Volumen 510 in Wirkverbindung stehen, das wiederum über die Hydraulikschläuche 310 mit den Stößeln 300 in Wirkverbindung steht. Durch Betätigung der Stößel 520 wird das Volumen 510 reduziert, so dass der Druck innerhalb der Hydraulikleitung 310 ansteigt und der Stößel bzw. Linearantrieb 300 am Ende des Hydraulikschlauches 310 betätigt wird. Die Druckerzeugungseinheit weist ferner eine Mehrzahl von Betätigungseinheiten 530 auf. Beispielsweise können vier Betätigungseinheiten 530 vorgesehen werden. Alternativ dazu sind aber auch mehr oder weniger möglich. Die Betätigungseinheiten 530 können auf einem drehbaren Abschnitt 540 angeordnet sein. Dieser drehbare Abschnitt 540 kann durch einen Elektromotor 550 angetrieben werden. Wenn der Elektromotor 550 den drehbaren Abschnitt 540 antreibt, werden die Betätigungseinheiten 530 rotieren und nachfolgend die Stößel 520 betätigen, so dass sie jeweils nach innen gedrückt und die Volumina 510 somit reduziert und die Stößel bzw. Linearantriebe 300 aktiviert werden.
5 zeigt eine perspektivische Schnittansicht eines Wanderwellenantriebs gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Hierbei kann der Wanderwellenantrieb gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel auf dem Wanderwellenantrieb gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel beruhen. 5 zeigt insbesondere die Baugruppe aus 3, nur dass in 5 der Außenring halbtransparent dargestellt ist. Der Wanderwellenantrieb weist einen Außenring 100, einen Innenring 200, eine Anzahl von Stößeln bzw. Linearantrieben 300 und einen Flexring 400 sowie eine Anzahl von Mitnehmern 500 auf. Die Stößel 300 sind über Hydraulikleitungen 310 beispielsweise mit einer Druckerzeugungseinheit verbunden, so dass die Stößel bzw. Linearantriebe 300 nacheinander aktiviert werden, so dass sie den Flexring 400 an dieser Stelle zumindest zeitweilig verformen und lokal von dem Innenring abheben, so dass eine Wanderwelle entsteht. Mittels der Mitnehmer 500 ist der Flexring 400 mit dem Außenring 100 gekoppelt. Diese Mitnehmer können beispielsweise V-förmig ausgestaltet sein, wobei die beiden freien Enden an dem Außenring 100 befestigt werden können, während das spitze Ende an dem Flexring 400 befestig werden kann. Alternativ dazu sind auch andere Ausgestaltungen des Mitnehmers möglich. So kann der Mitnehmer 500 beispielsweise auch als eine Stange 500 ausgestaltet sein.
6 zeigt eine vereinfachte Ansicht einer Windenergieanlage mit einer teilweise aufgeschnittenen Gondel. Die Windenergieanlage weist einen Turm 10, eine darauf angebrachte Gondel 20, mindestens ein Rotorblatt 30, eine Nabe 40, einen Generator 50 sowie einen Maschinenträger 60 auf. Der Maschinenträger 60 ist durch einen Azimutantrieb 70 drehbar auf einem Kopf des Turms 10 gelagert. Der Azimutantrieb 70 dient der Azimutnachführung bzw. der Windrichtungsnachführung der Gondel. Durch den Azimutantrieb bzw. die Windrichtungsnachführung kann die Gondel zusammen mit dem Maschinenträger derart verfahren werden, dass die Rotorblätter immer in einem optimalen Winkel zur Hauptwindrichtung vorgesehen sind. Der Azimutantrieb 70 der in 6 gezeigten Windenergieanlage kann als ein Wanderwellenantrieb gemäß dem ersten, zweiten oder dritten Ausführungsbeispiel ausgestaltet sein.
Die oben beschriebenen Wanderwellenantriebe können beispielsweise bei einem Azimutantrieb oder einem Pitchantrieb einer Windenergieanlage verwendet werden. Alternativ dazu kann der Wanderwellenantrieb gemäß der Erfindung auch bei anderen Antrieben verwendet werden. Insbesondere kann der Wanderwellenantrieb bei einem mittenfreien, sich langsam drehenden Antrieb verwendet werden.

Claims

Windenergieanlagen-Azimut- oder Pitchantrieb, mit einem Wanderwellenantrieb.
Azimut- oder Pitchantrieb nach Anspruch 1, wobei der Wanderwellenantrieb einen Außenring (100), einen Innenring (200), einen am Innenring (200) vorgesehenen flexiblen Ring (400) und eine Mehrzahl von Linearantrieben (300) am Umfang des Innenrings (200) aufweist, wobei die Linearantriebe (300) mit dem flexiblen Ring (400) zusammenwirken und bei Aktivierung den flexiblen Ring (400) derart deformieren, dass der flexible Ring (400) zumindest zeitweilig lokal vom Innenring (200) abhebt, wobei eine Ansteuerung der Linearantriebe (300) derart erfolgt, dass die Linearantriebe am Umfang des Innenrings (200) nacheinander betätigt werden.
Azimut- oder Pitchantrieb nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der flexible Ring (400) zumindest teilweise einen keilförmigen Querschnitt aufweist, wobei der keilförmige Abschnitt des flexiblen Rings in dem Innenring (200) verspannt ist und mit den Linearantrieben (300) derart zusammenwirkt, dass der flexible Ring (400) bei Betätigung der Linearantriebe lokal nach außen gedrückt wird.
Azimut- oder Pitchantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Linearantrieb hydraulisch betätigt wird.
Azimut- oder Pitchantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Mehrzahl von Mitnehmereinheiten (500) entlang des Umfangs angeordnet ist und jeweils an dem flexiblen Ring (400) und an dem Außenring (100) befestigt ist.
Mittenfreier Antrieb mit einem Wanderwellenantrieb.
Windenergieanlage mit mindestens einem Windenergieanlagen-Azimut- oder Pitchantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Verwendung eines Wanderwellenantriebes als Azimut- oder Pitchantrieb einer Windenergieanlage.