DE102011117901A1 - Rohreinrichtung zur Übertragung von Versorgungsmitteln durch einen Antriebsstrang einer Windkraftanlage - Google Patents

Rohreinrichtung zur Übertragung von Versorgungsmitteln durch einen Antriebsstrang einer Windkraftanlage Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zur Übertragung von Versorgungsmitteln durch zumindest einen Teil eines Antriebsstrangs einer Windkraftanlage, welcher einen Rotor (1) zur Umwandlung einer Windströmung in eine Drehbewegung aufweist, der über eine Rotorwelle (4) eingangsseitig eines Getriebes (2) zur Übersetzung ins Schnelle angeordnet ist, das ausgangsseitig an einen Generator (3) zur Erzeugung elektrischer Energie aus der Drehbewegung angeschlossen ist, wobei zumindest durch die als Hohlwelle ausgebildete Rotorwelle (4) eine Durchführungsrohreinrichtung (6) zur Weiterleitung der Versorgungsmittel zum Rotor (1) geführt ist, wobei die Durchführungsrohreinrichtung (6) zumindest im Bereich des Rotors (1) und Getriebes (2) aus zwei je dem Rotor (1) sowie dem Getriebe (2) zugeordneten Rohrabschnitten (8a, 8b) besteht, welche mit einem elastischen Kupplungselement (9a) zum Ausgleich von Achsversatz, Biegemomenten und/oder Längenänderungen der Durchführungsrohreinrichtung (6) miteinander verbunden sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung von Versorgungsmitteln durch zumindest einen Teil eines Antriebsstrang einer Windkraftanlage, welcher einen Rotor zur Umwandlung einer Windströmung in eine Drehbewegung aufweist, an der eine Rotorwelle eingangsseitig eines Getriebes zur Übersetzung ins Schnelle angeordnet ist, das ausgangsseitig an einem Generator zur Erzeugung elektrischer Energie aus der Drehbewegung angeschlossen ist, wobei zumindest durch die als Hohlwelle ausgebildete Rotorwelle eine Durchführungsrohreinrichtung zur Weiterleitung der Versorgungsmittel vom Getriebe zum Rotor geführt ist. Ferner betrifft die Erfindung auch eine Windkraftanlage, dessen Antriebsstrang mit einer derartigen Vorrichtung zur Übertragung von Versorgungsmitteln ausgestattet ist.
  • Das Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf die Windkraftanlagentechnik. Es ist jedoch auch denkbar, dass andere, einen vergleichbaren Antriebsstrang aufweisende Strömungskraftanlagen mit der hier vorgeschlagenen Lösung ausrüstbar sind. Bei den hier besonders interessierenden Windkraftanlagen besteht der Antriebsstrang aus den Komponenten Rotor, Getriebe sowie Generator. Zumindest zwischen dem Rotor und dem Getriebe ist eine Rotorwelle zur Übertragung der Drehbewegung vorgesehen. Der elektrische Generator kann ebenfalls im Sinne eines sogenannten aufgelösten Antriebsstrangs über eine Welle ausgangsseitig des Getriebes angekoppelt sein. Daneben ist es jedoch auch denkbar, dass der Generator direkt am Getriebe angeflanscht wird. Die Rotorwelle sowie die Eingangswelle des Getriebes sind meist als durchgängige Hohlwelle für Durchführungsrohre oder Pitchrohre zur Hindurchführung von Versorgungsmitteln, insbesondere elektrischen Kabeln oder Hydraulikleitungen ausgeführt. Gewöhnlich ist die mit dem elektrischen Generator verbundene Ausgangswelle des Getriebes achsversetzt zur Eingangswelle angeordnet. Bei einer ebenfalls möglichen koaxialen Ausführung von Eingangswelle und Ausgangswelle des Getriebes kann diese als Hohlwelle ausgebildet sein, so dass die Durchführungsrohre vom Generator kommend durch das Getriebe bis hin zum Rotor geführt sind. Über die Durchführungsrohre oder Pitchrohre erfolgt die hydraulische und/oder elektrische Versorgung der Flügel sowie der Nabe des Rotors, um beispielsweise ein Rotorblattverstellung vorzunehmen.
  • Aus der DE 10 2007 060 985 A1 geht eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Übertragung von Versorgungsmitteln durch den Teil des Antriebsstrangs hervor, welcher durch den Rotor sowie das Getriebe gebildet wird. Die zwischen dem Rotor und dem hier als Planetengetriebe ausgebildeten Getriebe der Windkraftanlage verlaufende Welle ist als Hohlwelle ausgeführt und erstreckt sich koaxial auch durch das Getriebe. Durch diese insoweit zentrale Hohlwelle verläuft ein rotierendes elektrisches Kabel, das elektrische Signale zur Rotorblattverstellung an den Rotor weitergibt. Während das rotierende Kabel ortsfest zum Rotor sowie der sich mitdrehenden Welle angeordnet ist, wird die elektrische Energie getriebeausgangsseitig über eine elektrische Schleifkontakteinrichtung übertragen. Die entsprechend der Polzahl ausgeführten elektrischen Kontakte kommen dabei an einer korrespondierend hierzu ausgebildeten Drehscheibe mit Schleiferbahnen zur Anlage, um eine elektrische Drehdurchführung zu bilden.
  • Bei dieser technischen Lösung einer Durchführung elektrischer Kabel vom Getriebe zum Rotor hin tritt jedoch das Problem auf, dass im Falle einer mehrteiligen Wellenausführung aufgrund hoher Biegebeanspruchungen und Längenänderungen die Isolierung des elektrischen Kabels durchgescheuert werden könnte, so dass die elektrische Ansteuerung der Ratorblätter hierdurch ausfallen könnte.
  • Aus der EP 2 080 904 A1 geht eine andere technische Lösung hervor, bei welcher ein zusätzliches Innenrohr in die vorhandene Hohlwelle geschoben wird. Das Innenrohr schützt die hierin verlaufenden elektrischen oder hydraulischen Leitungen vor Beschädigungen. Ist die zum Rotor hinführende Hohlwelle aus mehreren Stücken zusammengesetzt, so kann es aufgrund der hohen statischen Belastungen zu einem Achsversatz der Wellenstücke zueinander kommen und relative Taumelbewegungen sind nicht auszuschließen. Ferner ist auch eine exakte Koaxialität der Hohlwelle entlang ihrer gesamten Länge nicht sicherzustellen. Hierdurch kann es zu einer Beschädigung der Durchführungsrohre kommen.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Übertragung von Versorgungsmitteln durch zumindest einen Teil des Antriebsstrangs einer Windkraftanlage zu schaffen, welche einen wirksamen Schutz vor statischen und dynamischen Wellenbeanspruchungen bildet, um die Versorgungsmittel wirksam vor Beschädigung zu schützen.
  • Die Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmal gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
  • Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass eine Durchführungsrohreinrichtung zumindest im Bereich des Rotors und Getriebes des Antriebsstrangs aus zwei je dem Rotor sowie dem Getriebe zugeordneten Rohrabschnitten besteht, welche mit einem elastischen Kupplungselement zum Ausgleich von Achsversatz, Biegemomenten und/oder Längenänderung der Durchführungsrohreinrichtung miteinander verbunden sind.
  • Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht insbesondere darin, dass die Durchführungsrohreinrichtung durch die elastischen Kupplungselemente die typischen auf den Antriebsstrang einwirkenden Belastungen kompensieren kann. Während ein durchgängiges Durchführungsrohr beschädigt werden könnte, können sich die mit dem elastischen Kupplungselement verbundenen Rohrabschnitte an die Verformung der dieser umgebenden Hohlwelle anpassen.
  • Gemäß einer die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die Durchführungsrohreinrichtung weiterhin auch im Bereich zwischen Getriebe und Rotor aus zwei je insoweit dem Getriebe und dem Generator zugeordneten weiteren Rohrabschnitten besteht, welche mit einem elastischen Kupplungselement verbunden sind. Diese Maßnahme ist für Ausführungsformen vorgesehen, bei denen der Generator nicht direkt am Getriebe angeflanscht ist, sondern über eine koaxial zur Rotorwelle verlaufende weitere Hohlwelle eines Antriebsstrangs.
  • Vorzugsweise sollte das Kupplungselement lösbar und abgedichtet an den zueinander zugewandten Enden der jeweiligen Rohrabschnitte befestigt sein, um eine einfache Montage und Demontage der erfindungsgemäßen Durchführungsrohreinrichtung zu gewährleisten.
  • Die lösbare Verbindung der Kupplungselemente mit den jeweiligen Enden der Rohrabschnitte kann dabei als Schraubverbindung ausgeführt werden und die Abdichtung kann über elastomere Dichtmittel hergestellt werden.
  • Im Rahmen der Erfindung kann das Kupplungselement vorzugsweise als Balgkupplung oder als Gummikupplung ausgebildet sein. Eine Balgkupplung ist eine drehsteife Kupplung, die im Wesentlichen aus einem meist aus Metall hergestellten Faltenbalg besteht, welcher an den Enden mit Flansch- oder Klemmabschnitten zur Rohrverbindung ausgestattet ist. Bei einer Gummikupplung wird ein meist ringförmiges Elastomereelement zwischen zwei Flansch- oder Klemmflächen aus Metall zur Befestigung an den Rohrenden fest verbunden. Derartige Kupplungselemente können sowohl eine Achsversatz, Längenänderungen sowie Biegemomente der angeschlossenen Rohrenden ausgleichen.
  • Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die Rohrabschnitte der Durchführungsrohreinrichtung sowie die diese verbindende Kupplungselemente unter Bildung eines Ringkanals doppelwandig ausgeführt sind. Über den so gebildeten Ringkanal lässt sich vorzugsweise Hydrauliköl zur Getriebeschmierung durch die Durchführungsrohreinrichtung hindurch leiten, um beispielsweise im Rotor integrierte Pitchgetriebe zu schmieren.
  • Zusätzlich wird vorgeschlagen, einen so gebildeten Ringkanal zur Versteifung mit mehreren beabstandet zueinander angeordneten Verrippungen zu versehen. Durch die Verrippungen wird daneben auch ein gleichmäßiger Wandabschnitt des Ringkanals sichergestellt. Die Verrippungen sollten vorzugsweise äquidistant zueinander um den Umfang des Ringkanals angeordnet sein und können auch als einfache Verbindungsstege ausgebildet werden.
  • Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Rohrabschnitte sowie die diese verbindende Kupplungselemente neben dem Ringkanal nach radial innen einen Zentralkanal zur Hindurchführung der Versorgungsmittel, insbesondere elektrische Kabel oder Hydraulikleitungen, aufweisen.
  • Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs einer Windkraftanlage,
  • 2 eine Seitenansicht eines Details der Durchführungsrohreinrichtung im Bereich eines elastischen Kupplungselements gemäß einer ersten Ausführungsform,
  • 3 eine Seitenansicht eines Details der Durchführungsrohreinrichtung im Bereich eines elastischen Kupplungselements gemäß einer zweiten Ausführungsform, und
  • 4 einen Querschnitt durch einen Rohrabschnitt der Durchführungsrohreinrichtung in doppelwandiger Ausführung.
  • Gemäß 1 besteht der Antriebsstrang einer – nicht weiter dargestellten – Windkraftanlage im Wesentlichen aus einem Rotor 1 zur Umwandlung einer Windströmung in eine Drehbewegung, ein diesem nachgeschaltetes Getriebe 2 zur Übersetzung der vom Rotor 1 erzeugten Drehbewegung ins Schnelle und einem ausgangsseitig des Getriebes 2 angeordneten Generator 3 zur Erzeugung elektrischer Energie aus der Drehbewegung.
  • Der Rotor 1 übertragt die Drehbewegung über eine Rotorwelle 4 zum Getriebe 2. Eine Getriebewelle 5 verbindet das Getriebe 2 mit dem Generator 3. Die Rotorwelle 4 und die Getriebewelle 5 sind bei diesem Ausführungsbeispiel als Hohlwellen ausgebildet und koaxial zueinander angeordnet.
  • Durch die Rotorwelle 4 sowie die Getriebewelle 5 verläuft eine durchgängige Durchführungsrohreinrichtung 6. Die Durchführungsrohreinrichtung 6 dient der Weiterleitung von Versorgungsmitteln, insbesondere elektrischen Kabeln und/oder Hydraulikleitungen, vom Einführbereich 7 am elektrischen Generator 3 zum Rotor 1 hin.
  • Die Durchführrohreinrichtung 6 besteht im Bereich des Rotors 1 und des Getriebes 2 aus je diesen Bauteilen zugeordneten Rohrabschnitten 8a bzw. 8b. Beide Rohrabschnitte 8a und 8b sind mit einem elastischen Kupplungselement 9a miteinander verbunden. Das elastische Kupplungselement 9a dient dem Ausgleich von Achsversatz, Biegemomenten und/oder Längenänderungen der Durchführrohreinrichtung 6 entlang ihrer Erstreckung.
  • Weiterhin besteht die Durchführrohreinrichtung 6 im Bereich zwischen dem Getriebe 2 und dem Generator 3 aus zwei diesen Bauteilen je zugeordneten Rohrabschnitten 8b und 8c, welche ebenfalls mit einem elastischen Kupplungselement 9b zum Ausgleich von Achsversatz, Biegemomenten und/oder Längenänderungen miteinander verbunden sind.
  • Die Kupplungselemente 9a und 9b sind lösbar und abgedichtet an den zueinander zugewandten Enden der jeweiligen Rohrabschnitte 8a, 8b bzw. 8b, 8c befestigt.
  • Gemäß 2 ist das Kupplungselement 9' nach Art einer Balgkupplung ausgebildet. Mit dem Kupplungselement 9' werden die beiden Rohrabschnitte 8a' und 8b' einer nicht weiter dargestellten Rohreinrichtung in erfindungsgemäßer Weise verbunden.
  • Nach 3 ist das Kupplungselement 9'' in alternativer Ausführungsform als Gummikupplung ausgebildet, um die miteinander verbundenen Rohrabschnitte 8a'' sowie 8b'' unter Ausgleich von Achsversatz, Biegemomenten und/oder Längenänderungen miteinander zu koppeln.
  • Gemäß 4 ist ein hier exemplarisch dargestellter Rohrabschnitt 8a sowie das – hier nicht weiter gezeigte – dieses verbindende Kupplungselement unter Bildung eines Ringkanals 10 doppelwandig ausgebildet. Der Ringkanal 10 dient der Weiterleitung von Hydrauliköl 12 in Richtung Rotor, um hiermit beispielsweise ein Pitchgetriebe zu schmieren. Der Ringkanal 10 ist mit äquidistant zueinander angeordneten Verrippungen 11 versteift. Die Verrippungen 11 sind hier stiftförmig ausgebildet und dienen gleichzeitig auch der Sicherstellung eines gleichmäßigen Wandabstands im Bereich des Ringkanals 10. Der Rohrabschnitt 8a weist benachbart neben dem Ringkanal 10 auch einen Zentralkanal 13 auf. Der Zentralkanal 13 dient der Hindurchführung von elektrischen Kabeln 14 oder Hydraulikleitungen als Versorgungsmittel.
  • Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, dass die erfindungsgemäße Durchführungsrohreinrichtung lediglich durch den Bereich des Rotors und des Getriebes verläuft, insbesondere dann, wenn der elektrische Generator mit Achsversatz am Getriebe angeflanscht ist.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Rotor
    2
    Getriebe
    3
    Generator
    4
    Rotorwelle
    5
    Getriebewelle
    6
    Durchführungsrohreinrichtung
    7
    Einführbereich
    8
    Rohrabschnitt
    9
    Kupplungselement
    10
    Ringkanal
    11
    Verrippungen
    12
    Hydrauliköl
    13
    Zentralkanal
    14
    elektrische Kabel
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102007060985 A1 [0003]
    • EP 2080904 A1 [0005]

Claims (10)

  1. Vorrichtung zur Übertragung von Versorgungsmitteln durch zumindest einen Teil eines Antriebsstrangs einer Windkraftanlage, welcher einen Rotor (1) zur Umwandlung einer Windströmung in eine Drehbewegung aufweist, der über eine Rotorweller (4) eingangsseitig eines Getriebes (2) zur Übersetzung ins Schnelle angeordnet ist, das ausgangsseitig an einen Generator (3) zur Erzeugung elektrischer Energie aus der Drehbewegung angeschlossen ist, wobei zumindest durch die als Hohlwelle ausgebildete Rotorweller (4) eine Durchführungsrohreinrichtung (6) zur Weiterleitung der Versorgungsmittel zum Rotor (1) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführungsrohreinrichtung (6) zumindest im Bereich des Rotors (1) und Getriebes (2) aus zwei je dem Rotor (1) sowie dem Getriebe (2) zugeordneten Rohrabschnitten (8a, 8b) besteht, welche mit einem elastischen Kupplungselement (9a) zum Ausgleich von Achsversatz, Biegemomenten und/oder Längenänderungen der Durchführungsrohreinrichtung (6) miteinander verbunden sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführungsrohreinrichtung (6) im Bereich zwischen Getriebe (2) und Generator (3) aus zwei je dem Getriebe (2) sowie dem Generator (3) zugeordneten Rohrabschnitten (8b, 8c) besteht, welche mit einem elastischen Kupplungselement (9b) zum Ausgleich von Achsversatz, Biegemomenten und/oder Längenänderungen der Durchführungsrohreinrichtung (6) miteinander verbunden sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungselement (9a; 9b) lösbar und abgedichtet an den zueinander zugewandten Enden der Rohrabschnitte (8a, 8b; 8b, 8c,) befestigt ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungselement (9') nach Art einer Balgkupplung ausgebildet ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungselement (9'') nach Art einer Gummikupplung ausgebildet ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrabschnitte (8a8c) sowie die diese verbindenden Kupplungselemente (9a; 9b) unter Bildung eines Ringkanals (10) doppelwandig ausgeführt sind.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkanal (10) zur Versteifung mehrere beabstandet zueinander angeordnete Verrippungen (11) oder Stege aufweist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkanal (10) von einem Hydrauliköl (12) zur Getriebeschmierung durchströmt ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrabschnitte (8a8c) sowie die diese verbindenden Kupplungselemente (9a; 9b) einen Zentralkanal (13) zur Hindurchführung von elektrischen Kabeln (14) oder Hydraulikleitungen als Versorgungsmittel aufweisen.
  10. Windkraftanlage mit einem Antriebsstrang, umfassend einen Rotor (1) zur Umwandlung einer Windströmung in eine Drehbewegung, der über eine Rotorweller (4) eingangsseitig eines Getriebes (2) zur Übersetzung ins Schnelle angeordnet ist, das ausgangsseitig an einen Generator (3) zur Erzeugung elektrischer Energie aus der Drehbewegung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass durch zumindest einen Teil des Antriebsstrangs eine Vorrichtung zur Übertragung von Versorgungsmitteln nach einem der vorstehende Ansprüche 1 bis 9 verläuft.
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