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Die Erfindung betrifft einen Rotorkopf einer Windkraftanlage mit einer Rotornabe, mit daran angeordneten Rotorblättern und mit einer Einstellvorrichtung zum Einstellen von Anstellwinkeln an den Rotorblättern, bei welchem die Einstellvorrichtung eine hydraulisch antreibbare Verstelleinrichtung aufweist, um die Anstellwinkel an den Rotorblättern zu verändern.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Windkraftanlage mit einer Turmeinrichtung zum Beabstanden einer drehbaren Gondeleinrichtung von einem Untergrund, wobei an der drehbaren Gondeleinrichtung ein Rotorkopf rotierbar gelagert ist.
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Aus der internationalen Patentanmeldung
WO 2009/064264 A1 ist eine Windkraftanlage mit hinsichtlich ihrer Anstellwinkel variabel einstellbaren Rotorblättern bekannt, welche an einer Rotornabe montiert sind. Die Rotornabe ist mit einer Rotorwelle drehbar an einer Gondel der Windkraftanlage gelagert angeordnet. Zum Verändern bzw. Einstellen der jeweiligen Anstellwinkel ist ein verbesserter elektrohydraulischer Stellantrieb vorgeschlagen, dessen Hauptkomponenten nicht in der Gondel sondern in der Rotornabe angeordnet sind. Der elektrohydraulische Stellantrieb weist einen Elektromotor zum Antreiben einer Hydraulikpumpe auf, mit Hilfe eine Hydraulikflüssigkeit in einem der Hydraulikpumpe nachgeschalteten Hydraulikleitungssystem bewegt wird. Das Hydraulikleitungssystem umfasst für jedes Rotorblatt einen Doppelkammer-Hydraulikzylinder, mittels welchem der jeweilige Anstellwinkel eines jeden der Rotorblätter betriebssituationsabhängig eingestellt werden kann. Der elektrohydraulische Stellantrieb umfasst des Weiteren einen Notlaufbetrieb-Mechanismus, um in einer Notfallsituation, beispielsweise bei einem Ausfall des Elektromotors zum Antreiben der Hydraulikpumpe, die Rotorblätter betriebssicher zumindest in eine neutrale Anstellwinkellage drehen zu können, in welcher die Rotorblätter quasi aus dem Wind genommen sind. Hierzu umfasst der Notlaufbetrieb-Mechanismus einen Hochdruckspeicher zum Zwischenspeichern einer ausreichenden Teilmenge an unter Hochdruck stehenden Hydraulikflüssigkeit, mittels welcher die jeweiligen Doppelkammer-Hydraulikzylinder notfallbetätigt werden können. Der Hochdruckspeicher wird vor der jeweiligen Inbetriebnahme der Windkraftanlage, also bevor die Rotorblätter in den Wind gedreht werden, von der elektromotorbetriebenen Hydraulikpumpe gespeist.
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Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, gattungsgemäße Windkraftanlagen derart weiterzuentwickeln, dass ein Notlaufbetrieb einerseits konstruktiv besonders kompakt realisiert aber andererseits dennoch äußerst betriebssicher gewährleistet werden kann.
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Die Aufgabe der Erfindung wird von einem Rotorkopf einer Windkraftanlage mit einer Rotornabe, mit daran angeordneten Rotorblättern und mit einer Einstellvorrichtung zum Einstellen von Anstellwinkeln an den Rotorblättern gelöst, bei welchem die Einstellvorrichtung eine hydraulisch antreibbare Verstelleinrichtung aufweist, um die Anstellwinkel an den Rotorblättern zu verändern, wobei die Einstellvorrichtung eine elektrohydraulische Antriebseinrichtung zum hydraulischen Antreiben der hydraulisch antreibbaren Verstelleinrichtung und pro Rotorblatt eine elektromechanische Antriebseinrichtung zum mechanischen Antreiben der hydraulisch antreibbaren Verstelleinrichtung umfasst, wobei die Antriebseinrichtungen innerhalb der Rotornabe angeordnet sind.
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Dadurch, dass in dem Rotorkopf sowohl die elektrohydraulische Antriebseinrichtung als auch die elektromechanische Antriebseinrichtung angeordnet sind, sind vorliegend die Vorteile beider Antriebskonzepte erfindungsgemäß auf engstem Raum innerhalb des Rotorkopfes verwirklicht.
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Speziell durch die vorliegende elektrohydraulische Antriebseinrichtung kann konstruktiv besonders einfach eine im Wesentlichen innerhalb des Rotorkopfes vollständig autark arbeitende Notlaufantriebseinrichtung bereitgestellt werden, mittels welcher im Notfall die Verstelleinrichtungen aller Rotorblätter zentral und gemeinschaftlich gesteuert werden können. Es ist leicht ersichtlich, dass allein schon aus diesen Gründen die Notlaufantriebseinrichtung baulich sehr kompakt realisiert werden kann, sodass diese auch problemlos innerhalb des Rotorkopfes angeordnet werden kann.
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In der Regel kann eine gattungsgemäße Notlaufantriebseinrichtung mittels der elektromechanischen Antriebseinrichtung insbesondere regelungstechnisch nur wesentlich aufwendiger realisiert werden.
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Ein Notfall liegt beispielsweise bei einem Ausfall eines elektrischen Antriebsmotors der Einstellvorrichtung vor. In einem solchen Notfall ist eine Verstellung des Anstellwinkels aufgrund der Motorkraft eines elektrischen Antriebsmotors nicht mehr gewährleistet.
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Dahingegen ist in einem Normalbetriebszustand mittels der elektromechanischen Antriebseinrichtung konstruktiv einfach eine sehr präzise Anstellwinkeleinstellung an den einzelnen Rotorblättern erzielbar. Vorteilhafter Weise kann hierdurch eine sehr hohe Betriebssicherheit gewährleistet werden, um die Rotorblätter durch Verstellen ihrer Anstellwinkel insbesondere bei kritischen Windstärken sehr schnell entlasten zu können.
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Durch die Möglichkeit der Realisierung eines Konstantdrucksystems kann die vorliegende Einstellvorrichtung zudem wesentlicher energieeffizienter betrieben werden. Auch hierdurch lassen sich Kosten vorteilhaft senken.
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Es versteht sich, dass die Anzahl der Rotorblätter unterschiedlich gewählt sein kann. Es ist diesbezüglich auch möglich, dass der Rotorkopf lediglich mit einem Rotorblatt bestückt sein kann.
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Der Begriff „elektrohydraulische Antriebseinrichtung” beschreibt im Sinne der Erfindung eine Antriebseinrichtung für die hydraulisch antreibbare Verstelleinrichtung, welche sich durch eine Hydraulikeinheit mit einer Hydraulikpumpe, einem Hydraulikhochdruckspeicher, einem Hydraulikniederdruckspeicher und einem Hydraulikleitungssystem zum hydraulische Verbinden der vorgenannten Hydraulikeinheitskomponenten und insbesondere der hydraulisch antreibbaren Verstelleinrichtung auszeichnet, wobei das Hydraulikleitungssystem hydraulische Bauteile, wie etwa Ventile und dergleichen, umfasst. Die Hydraulikpumpe ist vorzugsweise durch einen Elektromotor angetrieben.
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Der Begriff „elektromechanische Antriebseinrichtung” beschreibt im Sinne der Erfindung ebenfalls eine Antriebseinrichtung für die hydraulisch antreibbare Verstelleinrichtung, welche sich durch eine mechanische Getriebeeinheit auszeichnet, die durch einen ihr zugeordneten Elektromotor angetrieben wird.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch von einer Windkraftanlage mit einer Turmeinrichtung zum Beabstanden einer drehbaren Gondeleinrichtung von einem Untergrund gelöst, wobei an der drehbaren Gondeleinrichtung ein Rotorkopf rotierbar gelagert ist, und der Rotorkopf nach einem der hier beschriebenen Merkmale vorteilhaft ausgestaltet ist.
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Eine derartige Windkraftanlage kann gegenüber herkömmlichen Windkraftanlagen wesentlich betriebssicherer und effizienter betrieben werden. Zudem ist sie konstruktiv wesentlich einfacher gestaltet.
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Weist die hydraulisch antreibbare Verstelleinrichtung ein Doppelkammer-Zylinder oder ein Hydraulikmotor auf, kann eine Verstellung der Anstellwinkel baulich auf sehr kleinem Raum erfolgen.
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Eine außergewöhnlich vorteilhafte Betätigung des Doppelkammer-Zylinders kann erzielt werden, wenn die elektrische Antriebseinrichtung eine mittels eines elektrischen Antriebsmotors angetriebene Kugelgewindetreibeinrichtung aufweist, welche mechanisch direkt an einem Kolbenelement angeordnet ist.
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Ist die Kugelgewindetreibeinrichtung mechanisch direkt mit einem Kolbenelement eines Doppelkammer-Zylinders der hydraulisch antreibbaren Verstelleinrichtung wirkverbunden, kann eine direkte mechanische Verbindung zwischen dem elektrischen Antriebsmotor und der hydraulisch antreibbaren Verstelleinrichtung geschaffen werden. Hierdurch kann eine unmittelbare und sehr präzise Einstellung der Anstellwinkel erreicht werden.
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Weist die elektrohydraulische Antriebseinrichtung einen Hydraulikhochdruckspeicher oder einen autark betriebenen weiteren Elektromotor auf, kann eine besonders hohe Notlaufbetriebssicherheit erzielt werden.
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Es versteht sich, dass es sich bei dem autark betriebenen weiteren Elektromotor um einen Wechselstrommotor handeln kann, der an einem öffentlichen Stromnetz angeschlossen ist.
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Idealerweise handelt es sich bei dem autark betriebenen weiteren Elektromotor jedoch um einen Gleichstromelektromotor, der vorteilhafter Weise durch einen Akkumulator mit elektrischer Energie versorgt wird. Hierdurch kann die Notfallbetriebssicherheit ebenfalls erhöht werden.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die vorliegende Aufgabe auch von einem Rotorkopf einer Windkraftanlage mit einer Rotornabe, mit daran angeordneten Rotorblättern und mit einer Einstellvorrichtung zum Einstellen von Anstellwinkeln an den Rotorblättern gelöst, bei welchem die Einstellvorrichtung eine hydraulisch antreibbare Verstelleinrichtung aufweist, um die Anstellwinkel an den Rotorblättern zu verändern, wobei sich der Rotorkopf darüber hinaus dadurch auszeichnet, dass die Einstellvorrichtung mehr als eine elektrohydraulische Antriebseinrichtung umfasst, wobei jede der elektrohydraulischen Antriebseinrichtungen mit eigenen Anschlüssen an die hydraulisch antreibbare Verstelleinrichtung hydraulisch angeschlossen ist.
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Durch eine weitere elektrohydraulische Antriebseinrichtung kann vorteilhafter Weise auch auf die elektromechanische Antriebsvorrichtung verzichtet werden. Dennoch kann eine außergewöhnliche Notfall betriebseinrichtung realisiert werden.
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Vorteilhafter Weise sind die beiden elektrohydraulischen Antriebseinrichtungen hinsichtlich der Hydraulik räumlich weitestgehend voneinander getrennt und lediglich über den Doppelkammer-Zylinder hydraulisch miteinander verbunden. Hierdurch kann eine autark arbeitende Notfallbetriebseinrichtung baulich gut realisiert werden.
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Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn eine der elektrohydraulischen Antriebseinrichtungen einen autark betriebenen weiteren Elektromotor, insbesondere einen Gleichstromelektromotor, aufweist, da hierdurch ein Antrieb einer Hydraulikpumpe selbst bei Stromausfall insbesondere einer Hauptstromversorgungseinrichtung eines Windkraftrades stets gesichert werden kann. Somit kann vorteilhafter Weise bei einer der elektrohydraulischen Antriebseinrichtungen auf einen Hydraulikhochdruckspeicher verzichtet werden, wodurch der konstruktive Aufbau der vorliegenden Einstellvorrichtung weiter reduziert werden kann.
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Insofern ist es speziell in diesem Zusammenhang vorteilhaft, wenn eine der elektrohydraulischen Antriebseinrichtungen lediglich einen Hydraulikniederdruckspeicher aufweist.
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Wenn die elektrohydraulische Antriebseinrichtung eine Hydraulikmotoreinheit mit einem Hydraulikmotor, mit einer Festlegeinrichtung zum Festlegen einer Rotorblattwelle und mit einer Getriebeeinrichtung umfasst, kann die hydraulisch antreibbare Verstelleinrichtung vorteilhaft mit einem Hydraulikmotor ausgerüstet werden.
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Andere Vorteile vorliegender Erfindung sind darin zu sehen, dass eine Druckerzeugung hinsichtlich der hydraulisch antreibbaren Verstelleinrichtung nicht weiter in einer Gondeleinrichtung erfolgen muss, wodurch auf eine entsprechende Durchführung von Hydraulikleitungen zwischen der Gondeleinrichtung und der Rotornabe verzichtet werden kann. Hierdurch entfallen wesentliche bewegungsanfällige Verschleißteile im Übergangsbereich zwischen der Gondeleinrichtung und der Rotornabe, sodass sich ein diesbezüglicher Wartungs- und Instandhaltungsaufwand sowie hierfür zu veranschlagende Kosten signifikant reduzieren lässt. Außerdem reduziert sich durch die vorliegende kompakte Bauweise auch die Menge an benötigter Hydraulikflüssigkeit, wodurch die Kosten weiter gesenkt werden können.
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Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand anliegender Zeichnung und nachfolgender Beschreibung erläutert, in welchen beispielhaft eine Windkraftanlage und daran einsetzbare unterschiedliche Einstellvorrichtungen zum Einstellen von Anstellwinkeln an Rotorblättern dargestellt und beschrieben sind. In der Zeichnung zeigen:
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1 schematisch eine Ansicht einer Windkraftanlage mit einem erfindungsgemäßen Rotorkopf umfassend eine der in den nachfolgenden Figuren gezeigten Einstellvorrichtungen;
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2 schematisch eine erste an dem Rotorkopf aus der 1 einsetzbare Einstellvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen elektromechanischen Antriebseinrichtung und mit einer hydraulischen Notfallantriebseinrichtung umfassend einen Hydraulikhochdruckspeicher;
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3 schematisch eine weitere an dem Rotorkopf aus der 1 einsetzbare erfindungsgemäße Einstellvorrichtung mit einer elektromechanischen Antriebseinrichtung und mit einer elektrohydraulischen Notfallantriebseinrichtung umfassend einen autark betreibbaren Notfallantriebsmotor;
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4 schematisch eine alternative an dem Rotorkopf aus der 1 einsetzbare erfindungsgemäße Einstellvorrichtung mit einer elektrohydraulischen Antriebseinrichtung und mit einer hydraulischen Notfallantriebseinrichtung umfassend einen Hydraulikhochdruckspeicher; und
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5 schematisch eine weitere an dem Rotorkopf aus der 1 einsetzbare erfindungsgemäße Einstellvorrichtung mit einer elektrohydraulischen Antriebseinrichtung und mit einer hydraulischen Notfallantriebseinrichtung umfassend einen Hydraulikhochdruckspeicher.
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Der in der 1 gezeigte erfindungsgemäße Rotorkopf 1 ist an einer Windkraftanlage 2 vorgesehen, welche eine Turmeinrichtung 3 aufweist, an welcher oberseitig der Turmeinrichtung 3 eine um eine Hochachse 4 der Windkraftanlage 2 drehbar gelagerte Gondeleinrichtung 5 angeordnet ist. Die Windkraftanlage 2 kann hierbei als Lee- oder Luvläufer ausgeführt sein. Die Gondeleinrichtung 5 kann auch begehbar als Maschinenhaus (hier nicht explizit beziffert) ausgelegt sein.
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Der Rotorkopf 1 ist mit seiner Rotornabe 6 mittels einer hier nicht weiter dargestellten Rotornabenwelle drehbar in der Gondeleinrichtung 5 gelagert, wobei die Rotornabe 6 drei Rotorblätter 7 (hier nur exemplarisch beziffert) trägt, welche hinsichtlich ihrer Anstellwinkel 8 jeweils um eine Anstellwinkelachse 9 drehbar an der Rotornabe 6 gelagert sind. Hierzu ist in dem Rotorkopf 1 bzw. in der Rotornabe 6 eine der Einstellvorrichtungen 20 (siehe 2), 120 (siehe 3), 220 (siehe 4) oder 320 (siehe 5) platziert, wodurch die Windkraftanlage 2 gegenüber herkömmlichen Windkraftanlagen baulich sehr verbessert ist.
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Die in der 2 als erstes Ausführungsbeispiel gezeigte Einstellvorrichtung 20 weist eine hydraulisch antreibbare Verstelleinrichtung 21 in Gestalt eines Doppelkammer-Zylinders 22 auf. Der Doppelkammer-Zylinder 22 umfasst ein Zylindergehäuse 23 mit einem darin entlang einer Längsachse 24 verschieblich gelagerten Zylinderkolben 25. Der Zylinderkolben 25 besitzt eine Kolbenstange 26 mit einer Trennwand 27, welche ein von dem Zylindergehäuse 23 formuliertes Hydraulikvolumen in eine erste Hydraulikkammer 28 und in eine zweite Hydraulikkammer 29 unterteilt, wobei die Größe der jeweiligen Hydraulikkammern 28 und 29 in Abhängigkeit der Lage des Zylinderkolbens 25 gegenüber dem Zylindergehäuse 23 einstellbar ist. An seinem ersten Ende 30 steht der Zylinderkolben 25 mit einem der Rotorblätter 7 derart konzentrisch in Wirkkontakt, dass eine translatorische Bewegung des Zylinderkolbens 25 entlang der Längserstreckung 24 eine rotatorische Einstellbewegung an dem Rotorblatt 7 bewirkt, wodurch der Anstellwinkel 8 des Rotorblattes 7 verändert werden kann.
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In diesem ersten Ausführungsbeispiel umfasst die Einstellvorrichtung 20 als Hauptantriebseinrichtung 35 der hydraulisch antreibbaren Verstelleinrichtung 21 eine elektromechanische Antriebseinrichtung 36 zum mechanischen Antreiben der hydraulisch antreibbaren Verstelleinrichtung 21. Die elektromechanische Antriebseinrichtung 36 zeichnet sich durch einen elektrischen Antriebsmotor 37 und eine Kugelgewindetreibeinrichtung 38 aus, die mittels einer Kupplungseinrichtung 39 miteinander verbunden sind.
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Die Kugelgewindetreibeinrichtung 38 verfügt über eine Gewindestange 40, die von dem elektrischen Antriebsmotor 37 angetrieben wird. Die Gewindestange 40 ist mittels einer Lagereinrichtung 41 in einem Gehäuse 42 der Kugelgewindetreibeinrichtung 38 drehbar gelagert. In dem Gehäuse 42 sind weiter zwei Führungsstangen 43 und 44 gehaltert, an welcher eine Treibnabe 45 der Kugelgewindetreibeinrichtung 38 translatorisch geführt ist, wobei die Treibnabe 45 mittels der Gewindestange 40 translatorisch verlagerbar ist, und zwar in Richtung der Längsachse 24 des Doppelkammerzylinders 22. An der Treibnabe 45 ist ein Befestigungsflansch 46 angeordnet, an welchem wiederum ein Verbindungsglied 47 befestigt ist, welches ebenso an einem zweiten Ende 48 des Zylinderkolbens 25 angeschlossen ist.
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Vorteilhafter Weise kann mittels der elektromechanischen Antriebseinrichtung 36 die hydraulisch antreibbare Verstelleinrichtung 21 baulich einfach und besonders exakt angetrieben werden.
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Neben der elektromechanischen Antriebseinrichtung 36 verfügt die Einstellvorrichtung 20 noch über eine elektrohydraulische Antriebseinrichtung 50 zum hydraulischen Antreiben der hydraulisch antreibbaren Verstelleinrichtung 21. Die elektrohydraulische Antriebseinrichtung 50 umfasst ein Hydraulikleitungssystem 51, welches mit einem ersten Hydraulikleitungsabschnitt 52 an einem ersten Kammeranschluss 53 an der ersten Hydraulikkammer 28 des Doppelkammer-Zylinders 22 angeschlossen ist.
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Darüber hinaus ist das Hydraulikleitungssystem 51 mittels eines zweiten Hydraulikleitungsabschnittes 54 an einem zweiten Kammeranschluss 55 an der zweiten Hydraulikkammer 29 des Doppelkammer-Zylinders 22 angeschlossen.
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Auch umfasst das Hydraulikleitungssystem 51 bzw. die elektrohydraulische Antriebseinrichtung 50 eine Hydraulikpumpe 56, die von einem Hydraulikpumpenantriebsmotor 57 angetrieben wird.
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Des Weiteren verfügt das Hydraulikleitungssystem 51 bzw. die elektrohydraulische Antriebseinrichtung 50 über einen Hydraulikhochdruckspeicher 58 und einen Hydraulikniederdruckspeicher 59.
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Zwischen der Hydraulikpumpe 56 und dem Hydraulikhochdruckspeicher 58 ist ein erstes Rückschlagventil 60 angeordnet, während ein weiteres Rückschlagventil 61 zwischen dem Hydraulikniederdruckspeicher 59 und dem zweiten Hydraulikleitungsabschnitt 54 angeordnet ist.
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Zwischen dem Hydraulikhochdruckspeicher 58 und dem ersten Hydraulikleitungsabschnitt 52 ist noch ein Wegesitzventil 62 angeordnet.
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Vor Inbetriebnahme der Windkraftanlage 2 wird der Hydraulikhochdruckspeicher 58 mittels der Hydraulikpumpe 56 aufgeladen. Hierbei befindet sich das Wegeventil 62 in der Stellung 62A, in welcher eine aus Richtung der Hydraulikpumpe 56 kommende Hydraulikflüssigkeit das Wegeventil 62 nicht passieren kann. Die Hydraulikpumpe 56 saugt hierbei aus dem Hydraulikniederdruckspeicher 59 zusätzliche Hydraulikflüssigkeit an und pumpt diese in den Hydraulikhochdruckspeicher 58. Bei Erreichen des erforderlichen Speicherladedrucks im Hydraulikhochdrückspeicher 58 schaltet sich der Hydraulikpumpenantriebsmotor 57 ab. Die unter Hochdruck stehende Hydraulikflüssigkeit verbleibt im Wesentlichen im Hydraulikhochdruckspeicher 58, da ein Entweichen mittels des Rückschlagventils 60 einerseits und andererseits mittels des Wegeventils 62 verhindert wird.
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In diesem Betriebszustand kann der Normalbetrieb der Windkraftanlage 2 aufgenommen werden, bei welchem die Rotorblätter 7 in einem entsprechenden Anstellwinkel 8 verfahren werden. Dies geschieht durch die elektromechanische Antriebseinrichtung 36, welche die den Doppelkammer-Zylinder 22 umfassende hydraulisch antreibbare Verstelleinrichtung 21 antreibt und den verschieblich gelagerten Zylinderkolben 25 entlang der Längsachse 24 in Ausfahrrichtung 63 bewegt. Hierbei strömt die Hydraulikflüssigkeit von der zweiten Hydraulikkammer 29 über den zweiten Hydraulikleitungsabschnitt 54, das Wegeventil 62 und dem ersten Hydraulikleitungsabschnitt 52 in die erste Hydraulikkammer 28. Das Rückschlagventil 61 verhindert hierbei das Abströmen der Hydraulikflüssigkeit aus dem zweiten Hydraulikleitungsabschnitt 54 in Richtung des Hydraulikniederdruckspeichers 59. Ein Einfahren des Zylinderkolbens 25 erfolgt in umgekehrter Reihenfolge.
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Tritt nun ein Notfall ein, beispielsweise, dass der elektrische Antriebsmotor 37 stromlos wird und die Hauptantriebseinrichtung 35 mit der elektromechanischen Antriebseinrichtung 36 nicht mehr betriebsbereit ist, schaltet die Einstellvorrichtung 20 in einen Notfallbetrieb um, in welchem die elektrohydraulische Antriebseinrichtung 51 als Notfallantriebseinrichtung 65 aktiviert wird. Hierbei schaltet das Wegesitzventil 62 in die zweite Wegesitzventilstellung 62B um, wobei die Hydraulikflüssigkeit von dem Hydraulikhochdruckspeicher 58 über das Wegesitzventil 62 und über den ersten Hydraulikleitungsabschnitt 52 und dem ersten Kammeranschluss 53 in die erste Hydraulikkammer 28 des Doppelkammer-Zylinders 22 strömt, wodurch der Zylinderkolben 25 in Ausfahrrichtung 63 bewegt wird. Hierbei wird aus der zweiten Zylinderkammer 29 über den zweiten Kammeranschluss 55 und dem zweiten Hydraulikleitungsabschnitt 54 und über das Rückschlagventil 61 die Hydraulikflüssigkeit in den Hydraulikniederdruckspeicher 59 verdrängt. Dieser Vorgang setzt sich solange fort, bis der Zylinderkolben 25 vollständig ausgefahren ist. Der Doppelkammer-Zylinder 22 verbleibt in dieser Stellung, da die erste Hydraulikkammer 28 vollständig hydraulisch von der zweiten Hydraulikkammer 29 separiert ist. Somit bleibt die Kraftwirkung des Doppelkammer-Zylinders 22 entsprechend dem Hydraulikdruck in dem Hydraulikhochdruckspeicher 58 im Wesentlichen erhalten.
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Die in der 3 als zweites Ausführungsbeispiel gezeigte weitere Einstellvorrichtung 120 weist im Wesentlichen einen gleichen Aufbau auf wie die Einstelleinrichtung 20 aus der 2. Insofern werden hier nur die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel aus der 2 erläutert, um Wiederholungen zu vermeiden.
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Die elektromechanische Antriebseinrichtung 36 treibt auch hier die hydraulisch antreibbare Verstelleinrichtung 21 an, wobei der Zylinderkolben 25 in Ausfahrrichtung 63 bewegt wird und hierbei die Hydraulikflüssigkeit aus der zweiten Hydraulikkammer 29 über den zweiten Kammeranschluss 55 und den zweiten Hydraulikleitungsabschnitt 54 zu der Hydraulikpumpe 56 strömt. Hierbei wird die Hydraulikpumpe 56 und der daran mechanisch angeschlossene Gleichstromelektromotor 170 in Bewegung gesetzt. Die Hydraulikflüssigkeit fließt von der Hydraulikpumpe 56 weiter über einen weiteren Hydraulikleitungsabschnitt 171, einem Wegesitzventil 62, einem Rückschlagventil 60 und über den ersten Hydraulikleitungsabschnitt 52 und dem ersten Hydraulikkammeranschluss 53 in die erste Hydraulikkammer 28. Hierbei kann ein elektrischer Energiespeicher 172 zumindest teilweise aufgeladen werden.
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Der Hydraulikniederdruckspeicher 59 in Verbindung mit den Rückschlagventilen 61 und 173 sorgen dafür, dass die Hydraulikflüssigkeit in dem Hydraulikleitungssystem 51 durch leichten Überdruck vorgespannt ist, wodurch ein Mangel an Hydraulikflüssigkeit, etwa aufgrund einer Kavitation, an der Hydraulikpumpe 56 verhindert wird.
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Beim Einfahren des Zylinderkolbens 25 entgegen die Ausfahrrichtung 63 fließt die Hydraulikflüssigkeit aus der ersten Hydraulikkammer 28 über den ersten Kammeranschluss 53, das Wegesitzventil 62, dem weiteren Hydraulikleitungsabschnitt 171, der Hydraulikpumpe 56, dem zweiten Hydraulikleitungsabschnitt 54 und dem zweiten Hydraulikkammeranschluss 55 in die zweite Hydraulikkammer 29.
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In einem Notfallbetriebszustand, beispielsweise bei stromlosen elektrischen Antriebsmotors 37, wird der Gleichstromelektromotor 170 von der elektrischen Energiespeichereinrichtung 172 derart angetrieben, dass die Hydraulikpumpe 56 Hydraulikflüssigkeit von der zweiten Hydraulikkammer 29 ansaugt und über das erste Rückschlagventil 60 in die erste Hydraulikkammer 28 drückt. Das Wegesitzventil 62 ist hierbei in seiner Schaltstellung 62B geschaltet. Der Doppelkammerzylinder 22 wird hierbei solange verfahren, bis er seine Endstellung erreicht hat. Hierbei behält der Doppelkammer-Hydraulikzylinder 22 seine eingenommene Position bei, da die erste Hydraulikkammer 28 mittels des ersten Rückschlagventils 60 und des Wegesitzventils 62 hydraulisch verschlossen ist.
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In diesem zweiten Ausführungsbeispiel ist ein Gleichstromelektromotor 170 vorgesehen. Alternativ kann dieser auch als Wechselstrommotor mit Wechselrichter ausgestaltet sein.
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Bei der in der 4 als drittes Ausführungsbeispiel gezeigten Einstelleinrichtung 220 ist anstelle einer elektromechanischen Antriebseinrichtung 36 (siehe 1 und 2) eine weitere elektrohydraulische Antriebseinrichtung 275 als Hauptantriebseinrichtung 235 für eine hydraulisch antreibbare Verstelleinrichtung 221 zum Verstellen der Anstellwinkel 8 vorgesehen.
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Die hydraulisch antreibbare Verstelleinrichtung 221 ist wieder durch einen Doppelkammer-Hydraulikzylinder 222 verkörpert. Der Doppelkammer-Hydraulikzylinder 222 weist ein Zylindergehäuse 223 auf, in welchem ein Zylinderkolben 225 entlang der Längserstreckung 224 des Doppelkammer-Hydraulikzylinders 222 verschieblich gelagert ist. Mit dem Zylinderkolben 225 ist auch eine Trennwand 227 verlagerbar, welche ein durch das Zylindergehäuse 223 umschlossene Volumen in eine erste Hydraulikkammer 228 und eine zweite Hydraulikkammer 229 unterteilt.
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Als Notlaufantriebseinrichtung 265 existiert auch weiterhin eine elektrohydraulische Antriebsvorrichtung 250, wobei sich letztere wieder durch ein Hydraulikleitungssystem 251 zum hydraulischen Verbinden eines Hydraulikhochdruckspeichers 258, eines Hydraulikniederdruckspeichers 259, einer durch einen Hydraulikpumpenantriebsmotor 257 angetriebenen Hydraulikpumpe 256, eines ersten Rückschlagventils 260, und einem Wegesitzventil 262 auszeichnet. Das Hydraulikleitungssystem 251 ist mit einem ersten Hydraulikleitungsabschnitt 252 an einem ersten Hydraulikanschluss 253 der ersten Hydraulikkammer 228 und mit einem zweiten Hydraulikleitungsabschnitt 254 an einem zweiten Hydraulikanschluss 255 an der zweiten Hydraulikkammer 229 hydraulisch angeschlossen.
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Die weitere elektrohydraulische Antriebseinrichtung 275 weist ein weiteres Hydraulikleitungssystem 276 auf, welches an einem weiteren ersten Hydraulikanschluss 277 an der ersten Hydraulikkammer 228 angeschlossen ist. Darüber hinaus ist das weitere Hydraulikleitungssystem 276 über einen weiteren zweiten Hydraulikanschluss 278 hydraulisch mit der zweiten Hydraulikkammer 229 verbunden. Des Weiteren umfasst die weitere elektrohydraulische Antriebsvorrichtung 275 einen weiteren Hydraulikniederdruckspeicher 279, eine weitere Hydraulikpumpe 280, welche durch einen weiteren Hydraulikpumpenantriebsmotor 281 angetrieben wird, ein weiteres erstes Rückschlagventil 282, ein weiteres zweites Rückschlagventil 283 und ein weiteres drittes Rückschlagventil 284 sowie ein weiteres Wegesitzventil 285.
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Insofern handelt es sich bei der Hauptantriebseinrichtung 235 und bei der Notlaufantriebseinrichtung 265 um zwei im Wesentlichen unabhängig voneinander agierende elektrohydraulische Antriebseinrichtungen 250 und 275.
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Vor einer Inbetriebnahme einer mit der Einstellvorrichtung 220 ausgerüsteten Windkraftanlage 2 (siehe 1) wird der Hydraulikhochdruckspeicher 258 der Notfallantriebseinrichtung 265 unter Zuhilfenahme der Hydraulikpumpe 256 aufgeladen. Das Wegesitzventil 262 befindet sich hierbei in einer ersten Wegesitzventilstellung 262A. Die Hydraulikpumpe 256 saugt aus dem Hydraulikniederdruckspeicher 259 die erforderliche Hydraulikflüssigkeit an und pumpt diese in den Hydraulikhochdruckspeicher 258 hinein. Bei Erreichen des erforderlichen Speicherladedrucks im Hydraulikhochdruckspeicher 258 wird der Hydraulikpumpenantriebsmotor 257 abgeschaltet. Die Hydraulikflüssigkeit verbleibt im Hydraulikhochdruckspeicher 258, da ein unbeabsichtigtes Entweichen der Hydraulikflüssigkeit aus diesem mittels des ersten Rückschlagventils 260 und des sich in der ersten Wegesitzventilstellung 262A befindlichen Wegesitzventils 262 unterbunden ist.
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Für ein Ausfahren des Zylinderkolbens 225 in Ausfahrrichtung 263 wird nun der weitere Hydraulikpumpenantriebsmotor 281 der Hauptantriebseinrichtung 235 aktiviert, wodurch die weitere Hydraulikpumpe 280 die Hydraulikflüssigkeit über das weitere Wegesitzventil 285 und das weitere erste Rückschlagventil 282 in die erste Hydraulikkammer 228 des Doppelkammer-Hydraulikzylinders 222 gefördert. Hierbei strömt Hydraulikflüssigkeit auch von der zweiten Hydraulikkammer 229 über den weiteren zweiten Hydraulikanschluss 278 zu der weiteren Hydraulikpumpe 280. Die Funktionsweisen des weiteren Hydraulikniederdruckspeichers 279 und der weiteren zweiten und dritten Rückschlagventile 283 und 284 stellen sicher, dass stets ein Mindestdruck in dem weiteren Hydraulikleitungssystem 276 anliegt, wodurch ein Mangel an Hydraulikflüssigkeit, beispielsweise aufgrund von Kavitation, insbesondere an der weiteren Hydraulikpumpe 280 vermieden wird.
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Für ein Einfahren des Zylinderkolbens 225 dreht die weitere Hydraulikpumpe 280 in die entgegengesetzte Drehrichtung, wodurch die Hydraulikflüssigkeit nun aktiv in die zweite Hydraulikdruckkammer 229 gefördert wird. Hierbei strömt Hydraulikflüssigkeit aus der ersten Hydraulikkammer 228 über den weiteren ersten Hydraulikanschluss 277 über das weitere Wegesitzventil 285 zur weiteren Hydraulikpumpe 280 zurück.
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In einem Notfallbetriebszustand, etwa wenn die Hydraulikpumpenantriebsmotoren 257 und 281 stromlos und nicht betriebsbereit sind, befindet sich das Wegesitzventil 262 in einer Wegesitzventilstellung 2628, in welcher die Hydraulikflüssigkeit von dem Hydraulikhochdruckspeicher 258 durch das sich in der Wegeventilstellung 262B befindliche Wegesitzventil 262 hindurch und über den ersten Hydraulikleitungsabschnitt 252 in die erste Hydraulikkammer 228 hinein strömen kann. Hierdurch bewegt sich der Zylinderkolben 225 in Ausfahrrichtung 263 und Hydraulikflüssigkeit wird aus der zweiten Hydraulikkammer 229 hinaus über das Wegesitzventil 262 in den Hydraulikniederdruckspeicher 259 hinein verdrängt. Dieser Vorgang setzt sich solange fort, bis der Zylinderkolben 225 vollständig ausgefahren ist. Der Zylinderkolben 225 verbleibt in dieser vollständig ausgefahrenen Stellung, da die beiden Hydraulikkammern 228 und 229 vollständig voneinander separiert sind. Insofern bleibt die Kraftwirkung des Doppelkammer-Hydraulikzylinders 222 entsprechend dem durch den Hydraulikhochdruckspeicher 258 zur Verfügung gestellten Hydraulikdruck dauerhaft bzw. zumindest ausreichend lange erhalten.
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Bei der in der 5 als viertes Ausführungsbeispiel gezeigten weiteren an dem Rotorkopf 1 aus der 1 einsetzbaren Einstellvorrichtung 320 ist eine elektrohydraulische Antriebseinrichtung 350 vorgesehen, bei welcher die hydraulisch antreibbare Verstelleinrichtung 321 diesmal alternativ durch eine Hydraulikmotoreinheit 390 mit einem Hydraulikmotor 391, mit einer Rotorblattwellenfestlegeeinrichtung 392 zum Festlegen einer Rotorblattwelle 393 des Rotors 7 und mit einer Getriebeeinrichtung 394 realisiert ist.
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Die elektrohydraulische Antriebseinrichtung 350 umfasst des Weiteren ein Hydraulikleitungssystem 351, einen Hydraulikhochdruckspeicher 358, einen Hydraulikniederdruckspeicher 359, eine durch einen Hydraulikpumpenantriebsmotor 357 angetriebene Hydraulikpumpe 356, ein erstes Rückschlagventil 360, ein zweites Rückschlagventil 361 und ein drittes Rückschlagventil 384, ein erstes Wegesitzventil 362, ein zweites Wegesitzventil 364.
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Bevor eine mit der Einstellvorrichtung 320 ausgestattete Windkraftanlage 2 (siehe 1) ihren Betrieb aufnimmt, wird der Hydraulikhochdruckspeicher 358 aufgeladen. Hierbei ist die Rotorblattwellenfestlegeeinrichtung 392 noch aktiv, sodass eine unbeabsichtigte Drehung des Rotorblatts 7 ausgeschlossen ist, wobei das Rotorblatt 7 an seinem Anschlag (hier nicht gezeigt) anliegt. Zum Aufladen des Hydraulikhochdruckspeichers 358 wird eine Hydraulikflüssigkeit mittels der Hydraulikpumpe 356 über das erste Rückschlagventil 360 in den Hydraulikhochdruckspeicher 358 gepumpt. Das erste Wegesitzventil 362 befindet sich hierbei in seiner ersten Wegesitzventilstellung 362A.
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In einem Normalbetriebszustand der Einstellvorrichtung 320 fördert die Hydraulikpumpe 356 die Hydraulikflüssigkeit über das erste Wegesitzventil 362 zu dem Hydraulikmotor 391, wodurch dieser dreht und hierbei das Rotorblatt 7 in Rotation versetzt. Hierzu befindet sich das erste Wegesitzventil 362 immer noch in der ersten Wegesitzventilstellung 362A. Die aus dem Hydraulikmotor 391 abströmende Hydraulikflüssigkeit strömt hierbei über die Teilleitungsabschnitte 395 und 396 wieder zu der Hydraulikpumpe 356 zurück. Für eine Umkehrbewegung des Rotorblatts 7 durchströmt die Hydraulikflüssigkeit den Hydraulikmotor entsprechend in entgegengesetzter Richtung.
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In einem Notfallbetriebszustand, etwa wenn der Hydraulikpumpenantriebsmotor 357 stromlos und nicht betriebsbereit ist, befinden sich das Wegesitzventil 362 in einer Wegesitzventilstellung 362B und das zweite Wegesitzventil 364 in einer zweiten Wegesitzventilstellung 364B.
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Die Hydraulikflüssigkeit fließt nun von dem Hydraulikhochdruckspeicher 358 über den weiteren Teilleitungsabschnitt 397 und über das erste Wegesitzventil 362 zu dem Hydraulikmotor 391, wodurch das Rotorblatt 7 in eine Notlaufposition gedreht werden kann. Bei Erreichen der Notlaufposition wird die Rotorblattwellenfestlegeeinrichtung 392 geschlossen, sodass die Rotorwelle 393 festgelegt ist.
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Durch eine geeignete hydraulische Verschaltung von weiteren Hydraulikmotoreinheiten 390 weiterer Rotorblätter 7 kann eine vorteilhafte redundante Anordnung bereitgestellt werden.
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Eine Steuerung der vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele kann vorteilhafter Weise auch mit einer drahtlosen Energie- und Signalübertragung bewerkstelligt werden, sodass eine kontaktbehaftete Durchführung von elektrischer Leistung insbesondere von der Gondeleinrichtung 5 zur Rotornabe 5 vorteilhafter Weise überflüssig wird.
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Es versteht sich, dass es sich bei den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen lediglich um erste Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Rotorkopfes handelt. Insofern beschränkt sich die Ausgestaltung der Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele.
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Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rotorkopf
- 2
- Windkraftanlage
- 3
- Turmeinrichtung
- 4
- Hochachse
- 5
- Gondeleinrichtung
- 6
- Rotornabe
- 7
- Rotorblätter
- 8
- Anstellwinkel
- 9
- Anstellwinkelachse
- 20
- Einstellvorrichtung
- 21
- hydraulisch antreibbare Verstelleinrichtung
- 22
- Doppelkammer-Zylinder
- 23
- Zylindergehäuse
- 24
- Längsachse
- 25
- Zylinderkolben
- 26
- Kolbenstange
- 27
- Trennwand
- 28
- erste Hydraulikkammer
- 29
- zweite Hydraulikkammer
- 30
- erstes Ende
- 35
- Hauptantriebseinrichtung
- 36
- elektromechanische Antriebseinrichtung
- 37
- elektrischer Antriebsmotor
- 38
- Gewindetrieb oder Gewindetreibeinrichtung (es könnte auch ein Planetenrollengewindetrieb oder ein Trapezgewindetrieb sein)
- 39
- Kupplungseinrichtung
- 40
- Gewindestange
- 41
- Lagereinrichtung
- 42
- Gehäuse
- 43
- erste Führungsstange
- 44
- zweite Führungsstange
- 45
- Treibnabe
- 46
- Befestigungsflansch
- 47
- Verbindungsglied
- 48
- zweites Ende
- 50
- elektrohydraulische Antriebseinrichtung
- 51
- Hydraulikleitungssystem
- 52
- erster Hydraulikleitungsabschnitt
- 53
- erster Kammeranschluss
- 54
- zweiter Hydraulikleitungsabschnitt
- 55
- zweiter Kammeranschluss
- 56
- Hydraulikpumpe
- 57
- Hydraulikpumpenantriebsmotor
- 58
- Hydraulikhochdruckspeicher
- 59
- Hydraulikniederdruckspeicher
- 60
- erstes Rückschlagventil
- 61
- zweites Rückschlagventil
- 62
- Wegesitzventil
- 62A
- erste Wegeventilstellung
- 62B
- zweite Wegeventilstellung
- 63
- Ausfahrrichtung
- 65
- Notfallantriebseinrichtung
- 170
- Gleichstromelektromotor
- 171
- Weiterer Hydraulikleitungsabschnitt
- 172
- elektrische Energiespeichereinrichtung
- 173
- weiteres Rückschlagventil
- 220
- Einstellvorrichtung
- 221
- hydraulisch antreibbare Verstelleinrichtung
- 222
- Doppelkammer-Zylinder
- 223
- Zylindergehäuse
- 224
- Längsachse
- 225
- Zylinderkolben
- 226
- Kolbenstange
- 227
- Trennwand
- 228
- erste Hydraulikkammer
- 229
- zweite Hydraulikkammer
- 235
- Hauptantriebseinrichtung
- 250
- elektrohydraulische Antriebseinrichtung
- 251
- Hydraulikleitungssystem
- 252
- erster Hydraulikleitungsabschnitt
- 253
- erster Kammeranschluss
- 254
- zweiter Hydraulikleitungsabschnitt
- 255
- zweiter Kammeranschluss
- 256
- Hydraulikpumpe
- 257
- Hydraulikpumpenantriebsmotor
- 258
- Hydraulikhochdruckspeicher
- 259
- Hydraulikniederdruckspeicher
- 260
- erstes Rückschlagventil
- 262
- Wegesitzventil
- 262A
- erste Wegeventilstellung
- 262B
- zweite Wegeventilstellung
- 263
- Ausfahrrichtung
- 265
- Notfallantriebseinrichtung
- 275
- weitere elektrohydraulische Antriebseinrichtung
- 276
- weiteres Hydraulikleitungssystem
- 277
- weiterer erster Hydraulikanschluss
- 278
- weiterer zweiter Hydraulikanschluss
- 279
- weitere Hydraulikniederdruckspeicher
- 280
- weitere Hydraulikpumpe
- 281
- weiterer Hydraulikpumpenantriebsmotor
- 282
- weiteres erstes Rückschlagventil
- 283
- weiteres zweites Rückschlagventil
- 284
- weiteres drittes Rückschlagventil
- 285
- weiteres Wegesitzventil
- 320
- Einstellvorrichtung
- 321
- hydraulisch antreibbare Verstelleinrichtung
- 350
- elektrohydraulische Antriebseinrichtung
- 351
- Hydraulikleitungssystem
- 356
- Hydraulikpumpe
- 357
- Hydraulikpumpenantriebsmotor
- 358
- Hydraulikhochdruckspeicher
- 359
- Hydraulikniederdruckspeicher
- 360
- erstes Rückschlagventil
- 361
- zweites Rückschlagventil
- 362
- Wegesitzventil
- 362A
- erste Wegeventilstellung
- 362B
- zweite Wegeventilstellung
- 364
- zweites Wegesitzventil
- 264B
- zweite Wegesitzventilstellung
- 384
- drittes Rückschlagventil
- 390
- Hydraulikmotoreinheit
- 391
- Hydraulikmotor
- 392
- Rotorblattwellenfestlegeeinrichtung
- 393
- Rotorblattwelle
- 394
- Getriebeeinrichtung
- 395
- Teilleitungsabschnitt
- 396
- anderer Teilleitungsabschnitt
- 397
- weiterer Teilleitungsabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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