DE102010006299B4

DE102010006299B4 - Hydraulische Bremsvorrichtung für einen Azimutantrieb einer Windkraftanlage sowie Steuervorrichtung hierfür

Info

Publication number: DE102010006299B4
Application number: DE102010006299A
Authority: DE
Inventors: Dr. Böhm Peter; Patrice Devoulon
Original assignee: Stromag Wep GmbH
Current assignee: Stromag GmbH
Priority date: 2010-01-20
Filing date: 2010-01-20
Publication date: 2013-02-28
Anticipated expiration: 2030-01-21
Also published as: EP2526289A2; DE102010006299A1; WO2011088850A2; WO2011088850A3; IN2012DN06448A; KR20120125300A; DE202010014847U1; CN102822510A; US20130032436A1

Abstract

Steuervorrichtung zur Ansteuerung einer hydraulischen Bremsvorrichtung für einen Azimutantrieb einer Kanzel einer Windkraftanlage, mit einem mit der Kanzel drehfesten Bremsscheibenring, dem über seinen Umfang verteilt eine Vielzahl von Scheibenbremsen zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Haltemodus der Kanzel (2) alle Scheibenbremsen (5, 6) auf einen Haltedruck gesteuert sind, und dass in einem Drehmodus der Kanzel (2) zur zumindest weitgehenden Reduzierung störender Geräusche ein Bremsdruck von einer reduzierten Anzahl von auf Haltedruck gesteuerten Scheibenbremsen (6) erzeugt wird, und dass die übrigen Scheibenbremsen (5) drucklos gesteuert sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zur Ansteuerung einer hydraulischen Bremsvorrichtung für einen Azimutantrieb einer Kanzel einer Windkraftanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Steuern einer derartigen hydraulischen Bremsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
Aus der DE 198 17 256 C1 ist eine hydraulische Bremsvorrichtung für einen Azimutantrieb einer Kanzel einer Windkraftanlage bekannt. Die hydraulische Bremsvorrichtung weist mehrere Scheibenbremsen auf, die einem mit der Kanzel drehfesten Bremsscheibenring zugeordnet sind, und die über eine Steuervorrichtung angesteuert werden. Alle Scheibenbremsen sind parallel geschaltet und werden durch ein einzelnes Drei/Zwei-Wegeventil gesteuert.
Die DE 10 2004 037 880 A1 offenbart eine Bremsbacken-Baugruppe für ein Fahrrad, die mehrere, verschieden gestaltete Bremsklötze aufweist, die austauschbar sequentiell in einem Bremsbackenhalter positionierbar sind.
Auch die US 5,555,959 A offenbart einen Bremsschuh für eine Fahrradbremse mit zwei unterschiedlich gestalteten Bremsbackenabschnitten. Durch diesen Bremsschuh werden die Bremsscheiben bei nassen und trockenen Witterungsbedingungen verbessert.
Weitere hydraulische Bremsvorrichtungen für Azimutantriebe von Windkraftanlagen sind allgemein bekannt. Eine derartige Windkraftanlage weist einen fest auf einem Untergrund aufstehenden Turm auf, an dessen Spitze eine einen Windrotor lagernde Kanzel horizontal drehbar gelagert ist. Zur Verdrehung der Kanzel gegenüber dem feststehenden Turm ist ein Azimutantrieb vorgesehen. Um die Kanzel in einer eingestellten Drehposition, beispielsweise in Windrichtung, zu blockieren, ist eine hydraulische Bremsvorrichtung vorgesehen. Die hydraulische Bremsvorrichtung dient auch dazu, bei einer Drehbewegung der Kanzel eine kontrollierte Bremswirkung aufzubauen. Die Bremsvorrichtung weist einen mit der Kanzel drehfesten Bremsscheibenring auf, der koaxial zu einer Drehachse der Kanzel horizontal ausgerichtet ist und einen relativ großen Durchmesser aufweist. Über den Umfang des Bremsscheibenringes verteilt sind mehrere zangenförmig einen entsprechenden Scheibenabschnitt des Bremscheibenringes umgreifende Scheibenbremsen vorgesehen, die über eine Trägeranordnung stationär am Turm befestigt sind. Bevorzugt sind mehr als zehn Scheibenbremsen über den Umfang des Bremsscheibenringes verteilt angeordnet. Um die Kanzel in der eingestellten Windrichtung blockieren zu können, werden alle Scheibenbremsen gleichzeitig mit einem Bremsdruck von etwa 170 bar beaufschlagt. Dies stellt den Haltemodus der Bremsvorrichtung dar. Um in einem Drehmodus eine Drehung der Kanzel zu ermöglichen und dennoch eine kontrollierte Bremswirkung auf den Bremsscheibenring und demzufolge auf die Kanzel auszuüben, werden die Scheibenbremsen im Drehmodus mit einem reduzierten Druck von etwa 10 bar betrieben. Damit liegen alle Reibbeläge der Scheibenbremsen auch im Drehmodus mit einem gewissen Druck an dem Bremsscheibenring an. Hierdurch können Quietsch- und Reibgeräusche entstehen, die in der Umgebung der Windkraftanlage als störend empfunden werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steuervorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, die im Drehmodus der Kanzel störende Geräusche zumindest weitgehend reduzieren.
Diese Aufgabe wird für die Steuervorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die reduzierte Anzahl von Scheibenbremsen ist abhängig von der Gesamtanzahl von Scheibenbremsen, die eingesetzt werden, und im Drehmodus der Kanzel wird der Bremsdruck durch wenigstens eine einzelne Scheibenbremse erzeugt, die auf Haltedruck gesteuert ist. Vorzugsweise sind zwei Scheibenbremsen vorgesehen, die auf Haltedruck gesteuert werden, wenn die Kanzel sich im Drehmodus befindet. Die vorteilhafte Anzahl von zwei Scheibenbremsen, die im Drehmodus auf Haltedruck gesteuert werden, ist kombiniert mit vorzugsweise zwölf weiteren Scheibenbremsen, die drucklos gesteuert sind. Der Haltedruck ist ein definierter Druck, der für alle Scheibenbremsen gleich ist. In vorteilhafter Weise ist die Anzahl von Scheibenbremsen, die auf Haltedruck gesteuert sind, geringer als die Anzahl von Scheibenbremsen, die im Drehmodus drucklos gesteuert sind. Statt einer drucklosen Steuerung, d. h. eine Steuerung auf Null, ist es auch möglich, diese Scheibenbremsen mit einem gegenüber dem Haltedruck stark reduziertem Druck zu beaufschlagen.
In Ausgestaltung der Erfindung weist die wenigstens eine Scheibenbremse, die im Drehmodus auf Haltedruck gesteuert ist, eine Reibbelaganordnung mit gegenüber den drucklos gesteuerten Scheibenbremsen reduziertem Reibkoeffizienten auf. Hierdurch wird im Drehmodus eine weiter verbesserte Geräuschreduzierung erzielt. Denn dadurch, dass im Drehmodus lediglich eine geringe Anzahl von Scheibenbremsen druckbeaufschlagt sind, ist zwangsläufig die Anzahl von auf dem Bremsscheibenring mit Druck gleitenden Flächen bereits reduziert. Denn lediglich die druckbeaufschlagten Scheibenbremsen liegen mit ihren Reibbelaganordnungen fest an den korrespondierenden Flächen des Bremsscheibenringes an. Durch die Wahl von Reibbelaganordnungen mit reduziertem Reibkoeffizienten wird die durch die Gleitreibung erzeugte Geräuschentwicklung weiter reduziert.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung liegt der Haltedruck der Scheibenbremsen im Drehmodus und im Haltemodus im Bereich zwischen 120 und 200 bar. In besonders vorteilhafter Weise werden alle Scheibenbremsen entweder mit dem maximalen Haltedruck zwischen 120 und 200 bar angesteuert, oder diese werden drucklos geschaltet. Eine Steuerung auf reduzierte Bremsdrücke ist nicht notwendig, gemäß anderer Ausgestaltungen aber möglich. Der benötigte reduzierte Bremsdruck im Drehmodus wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, das lediglich eine geringe Anzahl von Scheibenbremsen, wenigstens aber eine Scheibenbremse, mit dem Haltedruck beaufschlagt bleibt, wohingegen die anderen Scheibenbremsen drucklos geschaltet werden. Die hydraulische Schaltung kann demzufolge mit äußerst einfachen Steuerkomponenten aufgebaut werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind alle Scheibenbremsen an einen gemeinsamen Hydraulikkreislauf angeschlossen, und einer Anschlussleitung der wenigstens einen im Drehmodus auf Haltedruck gesteuerten Scheibenbremse ist ein druckabhängig steuerbares hydraulisches Sperrelement, insbesondere ein Rückschlagventil, zugeordnet. In besonders vorteilhafter Weise ist für die wenigstens eine Scheibenbremse ein Rückschlagventil vorgesehen, das bei einem entsprechenden Lüftvorgang der Hydrauliksteuerung eine Druckentlastung im Bereich der wenigstens einen Scheibenbremse verhindert, indem das Rückschlagventil die entsprechende Anschlussleitung schließt.
Für das Verfahren zum Steuern einer hydraulischen Bremsvorrichtung wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 6 gelöst. Dadurch wird insgesamt durch die Scheiben, bremsen der gewünschte reduzierte Bremsdruck auf den Bremsscheibenring ausgeübt. Der Vorteil einer Geräuschreduzierung wird kombiniert mit der Möglichkeit einer einfach aufzubauenden Hydraulikschaltung.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Nachfolgend ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben und anhand der Zeichnungen dargestellt.
Ausführungsform der Erfindung, die anhand der Zeichnungen dargestellt ist.
1 zeigt schematisch in teilweise aufgeschnittener Darstellung eine Ausführungsform einer Windkraftanlage im Bereich einer drehbaren Kanzel mit einer hydraulischen Bremsvorrichtung,
2 in vergrößerter, schematischer Darstellung eine Draufsicht auf die hydraulische Bremsvorrichtung für die Kanzel nach 1,
3 in weiter vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt III der Bremsvorrichtung nach 2,
4 in vergrößerter, perspektivischer Darstellung eine erste Art von bei der Bremsvorrichtung nach 2 eingesetzten Scheibenbremsen und
5 eine zweite Art von bei der Bremsvorrichtung nach 2 eingesetzten Scheibenbremsen.
Eine Windkraftanlage weist gemäß 1 einen auf einem festen Untergrund fundamentierten Turm 1 auf, der im Bereich seiner Spitze eine Kanzel 2 trägt. Die Kanzel 2 ist relativ zu dem Turm 1 um eine vertikale Drehachse horizontal drehbar gelagert. Die Kanzel trägt einen Windrotor 3, der in grundsätzlich bekannter Weise durch Wind in Drehung versetzt wird und zur Stromerzeugung mittels eines Generators dient. Um die Kanzel 2 verdrehen zu können, ist in nicht näher dargestellter Weise ein Azimutantrieb vorgesehen. Um die Kanzel 2 in einer gewünschten Drehstellung blockieren zu können und um bei einer Verdrehung der Kanzel 2 durch den Azimutantrieb eine kontrollierte Bremswirkung auf die Kanzel 2 auszuüben, ist eine Bremsvorrichtung vorgesehen, die anhand der 2 bis 5 näher beschrieben wird.
Die Bremsvorrichtung weist einen Bremsscheibenring 4 auf, der drehfest mit der Kanzel 2 verbunden ist und koaxial zu der Drehachse der Kanzel 2 relativ zum Turm 1 ausgerichtet ist. Dem Bremsscheibenring 4 sind mehrere Scheibenbremsen 5, 6 zugeordnet, die über den Umfang des Bremsscheibenringes 4 verteilt anordnet sind. Wie anhand der 2 erkennbar ist, sind insgesamt vierzehn Scheibenbremsen 5, 6 vorgesehen, die einander paarweise zugeordnet sind. Alle Scheibenbremsen 5, 6 weisen ein zangenförmiges Bremsengehäuse auf, das den Bremsscheibenring 4 im Bereich seiner Oberseite und seiner Unterseite umgreift. Auf beiden Seiten des Bremsscheibenringes 4 weist jede Scheibenbremse 5, 6 jeweils wenigstens einen Bremskolben sowie eine Reibbelaganordnung 8, 8a auf. Die Reibbelaganordnungen 8 und 8a der Scheibenbremse 5, 6 sind somit bei entsprechender Druckbeaufschlagung der Bremskolben von oben und von unten her gegen die entsprechenden Flächenabschnitte des Bremsscheibenringes 4 pressbar. Alle Scheibenbremsen 5, 6 sind als hydraulische Scheibenbremsen ausgeführt. Die entsprechenden Bremskolben werden hydraulisch druckbeaufschlagt oder drucklos geschaltet.
Zur hydraulischen Ansteuerung der Scheibenbremsen 5 und 6 ist eine hydraulische Steuereinheit S vorgesehen, die über Hydraulikleitungen s₁, s₂ die entsprechenden Bremskolben der Scheibenbremsen 5 und 6 ansteuern.
Wie anhand der 2 und 3 erkennbar ist, weist die hydraulische Bremsvorrichtung zwei unterschiedliche Arten von Scheibenbremsen 5 und 6 auf. Es sind insgesamt zwölf Scheibenbremsen 5 gemäß 5 sowie zwei Scheibenbremsen 6 gemäß 4 vorgesehen. Bei den Scheibenbremsen 5 sind die Reibbelaganordnungen 8a lediglich nach oben bzw. nach unten aus dem Bremsengehäuse lösbar. Bei den Scheibenbremsen 6 gemäß den 2 bis 4 hingegen weist das Bremsengehäuse auf gegenüberliegenden Seiten sowohl für den oberen Bremszangenabschnitt als auch für den unteren Bremszangenabschnitt jeweils zwei abnehmbare Gehäuseseitenwangen 7 auf. Die Gehäuseseitenwangen 7 sind durch Schraubverbindungen mit den entsprechenden Gehäuseabschnitten des Bremsengehäuses verbunden. Nach Abnahme eines entsprechenden Gehäuseseitenwangenabschnittes 7 ist es möglich, die jeweilige Reibbelaganordnung 8 seitlich herauszunehmen und eine neue Reibbelaganordnung 8 von der Seite her einzusetzen. Dies hat den großen Vorteil, dass ein Austausch der Reibbelaganordnungen 8 in montiertem Zustand der jeweiligen Scheibenbremse 6 am Bremsscheibenring 4 erfolgen kann. Ein Austausch der Reibbelaganordnungen 8a jeder Scheibenbremse 5 hingegen ist nur möglich nach entsprechender Demontage und Entfernung der jeweiligen Scheibenbremse 5 vom Bremsscheibenring 4.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Reibbelaganordnungen 8 der beiden Scheibenbremsen 6 gegenüber den Reibbelaganordnungen 8a der Scheibenbremsen 5 einen reduzierten Reibkoeffizienten auf.
Im Betrieb der Windkraftanlage wird die Bremsvorrichtung wie folgt gesteuert:
In einem Haltemodus, in dem die Kanzel 2 bereits in der gewünschten Windrichtung ausgerichtet ist und in dieser ausgerichteten Drehposition arretiert werden soll, werden alle Scheibenbremsen 5 und 6 mit einem Bremsdruck (Haltedruck) zwischen jeweils 170 und 180 bar beaufschlagt.
Sobald die Kanzel 2 verdreht werden soll, werden die zwölf Scheibenbremsen 5 drucklos geschaltet. Die beiden Scheibenbremsen 6 hingegen werden weiterhin mit dem Bremsdruck von etwa 170 bis 180 bar beaufschlagt. Da gleichzeitig die Reibbelaganordnung 8 der beiden Scheibenbremsen 6 einen reduzierten Reibkoeffizient aufweist, reicht in diesem Drehmodus der Bremsdruck der beiden Scheibenbremsen 6 nicht aus, um den Bremsscheibenring 4 zu blockieren. Vielmehr bewirkt der Bremsdruck der beiden Scheibenbremsen 6 lediglich die gewünschte, kontrollierte Bremswirkung auf den Bremsscheibenring 4, um während der Verdrehung der Kanzel ein ausreichendes Drehmoment aufzubringen, das eine unerwünschte oszillierende Bewegung auf ein Getriebe des Azimutantriebes verhindert. Die Reibbelaganordnungen 8 der beiden Scheibenbremsen 6 verschleißen durch diese „Gleitbremsung” relativ schnell. Da die Scheibenbremsen 6 für einen Austausch der Reibbelaganordnungen 8 jedoch nicht demontiert werden müssen, ist ein schneller Austausch der Reibbelaganordnungen 8 möglich. Zudem verschleißen lediglich die Reibbelaganordnungen 8 der beiden Scheibenbremsen 6, die übrigen zwölf Scheibenbremsen hingegen haben nahezu keinen Verschleiß ihrer Reibbelaganordnungen 8a, da sie den gewünschten Haltedruck im Wesentlichen im statischen Zustand der Kanzel 2 aufbringen.
Wie anhand der 2 erkennbar ist, sind die beiden Paare von Scheibenbremsen 5, 6, die jeweils eine Scheibenbremse 6 mit seitlich austauschbaren Reibbelaganordnungen 8 umfassen, benachbart zueinander längs des Bremsscheibenringes 4 angeordnet, wobei zwischen diesen beiden Paaren von Scheibenbremsen 5, 6 ein größerer Abstand vorhanden ist als zwischen den übrigen Paaren der Scheibenbremsen 5. Die beiden Scheibenbremsen 6 mit den seitlich austauschbaren Reibbelaganordnungen 8 sind zudem auf den einander zugewandten Seiten der beiden Scheibenbremsenpaare angeordnet, so dass für beide Scheibenbremsen 6 der größere Abstand zwischen den Scheibenbremsenpaaren 5, 6 genutzt werden kann, um die Demontage der Gehäuseseitenwangen 7 und den Austausch der Reibbelaganordnungen 8 durchzuführen.
Durch die erfindungsgemäße Ausführungsform werden somit für einen Haltemodus der Kanzel 2 einerseits und einen Drehmodus der Kanzel 2 andererseits zwei unterschiedliche hydraulische Ansteuerungen vorgesehen. Im Haltemodus werden alle Scheibenbremsen 5 und 6 mit dem entsprechenden maximalen Bremsdruck beaufschlagt. Im Drehmodus hingegen werden die Scheibenbremsen 5 gelüftet und demzufolge drucklos gesteuert. Bei den Scheibenbremsen 6 hingegen wird der maximale Bremsdruck aufrechterhalten. Gemäß einer besonders einfachen Ausführungsform sind im Bereich der Hydraulikleitungen s₁ der Scheibenbremsen 6 Rückschlagventile vorgesehen, die bei einer Lüftung durch die Steuereinheit S des gesamten Hydraulikkreislaufs durch den entsprechenden Druckabfall in ihre Sperrstellung überführt werden, so dass der gewünschte Bremsdruck bei den beiden Scheibenbremsen 6 aufrechterhalten bleibt. Um auch diese Scheibenbremsen 6 für eine Wartung der Kanzel oder ähnliches drucklos zu schalten, können die Rückschlagventile manuell oder durch ein zusätzliches Steuerelement wieder in ihre geöffnete Stellung überführt werden.

Claims

Steuervorrichtung zur Ansteuerung einer hydraulischen Bremsvorrichtung für einen Azimutantrieb einer Kanzel einer Windkraftanlage, mit einem mit der Kanzel drehfesten Bremsscheibenring, dem über seinen Umfang verteilt eine Vielzahl von Scheibenbremsen zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Haltemodus der Kanzel (2) alle Scheibenbremsen (5, 6) auf einen Haltedruck gesteuert sind, und dass in einem Drehmodus der Kanzel (2) zur zumindest weitgehenden Reduzierung störender Geräusche ein Bremsdruck von einer reduzierten Anzahl von auf Haltedruck gesteuerten Scheibenbremsen (6) erzeugt wird, und dass die übrigen Scheibenbremsen (5) drucklos gesteuert sind.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Scheibenbremse (6), die im Drehmodus auf Haltedruck gesteuert ist, eine Reibbelaganordnung (8) mit gegenüber den drucklos gesteuerten Scheibenbremsen (5) reduziertem Reibkoeffizienten aufweist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsvorrichtung zwei Scheibenbremsen (6), die im Drehmodus auf Haltedruck gesteuert sind, und zwölf Scheibenbremsen (5) aufweist, die im Drehmodus drucklos gesteuert sind.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltedruck der Scheibenbremsen (5 und 6) im Drehmodus und im Haltemodus im Bereich zwischen 120 und 200 bar liegt.
Steuervorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle Scheibenbremsen (5 und 6) an einen gemeinsamen Hydraulikkreislauf angeschlossen sind, und dass einer Anschlussleitung (s₁) der wenigstens einen im Drehmodus auf Haltedruck gesteuerten Scheibenbremse (6) ein druckabhängig steuerbares hydraulisches Sperrelement, insbesondere ein Rückschlagventil, zugeordnet ist.
Verfahren zum Steuern einer hydraulischen Bremsvorrichtung für einen Azimutantrieb einer Kanzel einer Windkraftanlage, mit einem mit der Kanzel drehfesten Bremsscheibenring, dem über seinen Umfang verteilt eine Vielzahl von Scheibenbremsen zugeordnet ist, wobei in einem Haltemodus alle Scheibenbremsen (5 und 6) auf einen Haltedruck gesteuert werden und in einem Drehmodus ein reduzierter Bremsdruck auf den Bremsscheibenring (4) ausgeübt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur zumindest weitgehenden Reduzierung störender Geräusche im Drehmodus wenigstens eine Scheibenbremse (6) auf vollen Haltedruck gesteuert wird und die übrigen Scheibenbremsen drucklos gesteuert werden.