DE102016207479A1

DE102016207479A1 - Pitchregelung mit Kurvengetriebe

Info

Publication number: DE102016207479A1
Application number: DE102016207479.2A
Authority: DE
Inventors: Pieter Siebelink
Original assignee: ZF Wind Power Antwerpen NV; ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Wind Power Antwerpen NV; ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-05-02
Filing date: 2016-05-02
Publication date: 2017-11-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit einer Gondel, einem Rotor und mindestens einem Kurvengetriebe; wobei der Rotor mindestens ein Rotorblatt aufweist; wobei das Kurvengetriebe ein Kurvenglied (107) und mindestens ein Eingriffsglied (109) aufweist; und wobei das Eingriffsglied (109) mit dem Rotorblatt derart in Wirkverbindung steht, dass ein Anstellwinkel des Rotorblatts durch das Eingriffsglied (109) beeinflusst wird. Das Kurvenglied (107) ist drehfest mit dem Rotor verbunden und das Eingriffsglied (109) in der Gondel gelagert, oder das Kurvenglied (107) ist drehfest mit der Gondel verbunden und das Eingriffsglied (109) in dem Rotor gelagert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Bei Windkraftanlagen mit einer nicht-vertikalen Ausrichtung der Rotorachse ändert sich bei einer Rotation des Rotors um die Rotorachse permanent die Höhe jedes Rotorblatts. Da die Windgeschwindigkeit in Abhängigkeit der Höhe zunimmt, sind die Rotorblätter infolge dessen in Abhängigkeit von dem Drehwinkel des Rotors unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten ausgesetzt.
Die Rotorachse einer nicht-vertikal ausgerichteten Windkraftanlage verläuft üblicherweise nicht vollständig horizontal, sondern in einem geringen Winkel, etwa von 5°, zur Horizontalen verkippt. Andernfalls würden die Rotorblätter bei starkem Wind aufgrund von Verformungen mit dem Turm der Windkraftanlage kollidieren. Infolge der Verkippung der Rotorachse gegenüber der horizontalen ändert sich in Abhängigkeit vom Drehwinkels des Rotors der Anstellwinkel jedes Rotorblatts gegenüber der horizontal verlaufenden Luftströmung.
Sowohl die variierende Windgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Höhe als auch der sich verändernde Anstellwinkel der Rotorblätter durch die Verkippung der Rotorachse gegenüber der Horizontalen sollte durch eine geeignete Verstellung des Anstellwinkels der Rotorblätter ausgeglichen werden. Die Druckschrift DE 10 2012 013 365 A1 offenbart hierzu eine aus der Luftfahrt bekannte sogenannte Taumelscheibe. Bei einer Taumelscheibe besteht zwischen einer Änderung des Anstellwinkels der Rotorblätter und einem Drehwinkel des Rotors ein genau definierter funktionaler Zusammenhang. Der Anstellwinkel ergibt sich dabei als eine Funktion des Rotorwinkels. Hiervon abweichende Abhängigkeiten des Anstellwinkels von dem Drehwinkel des Rotors lassen sich nicht realisieren.
Die Druckschrift WO 2014/012591 A1 schlägt zum Einstellen des Anstellwinkels von Rotorblättern ein Kurvengetriebe vor. Das Kurvengetriebe ist in dem Rotor untergebracht. Durch Verdrehen eines Kurvenglieds lässt sich der Anstellwinkel der Rotorblätter einstellen. Der Rotorwinkel variiert dabei allerdings nicht in Abhängigkeit des Drehwinkels des Rotors.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Windkraftanlage verfügbar zu machen, welche die den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen innewohnenden Nachteile nicht aufweist. Insbesondere soll ein Anstellwinkel der Rotorblätter eines Rotors der Windkraftanlage in Abhängigkeit eines Drehwinkels des Rotors variiert werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Windkraftanlage nach Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
Die Windkraftanlage weist mindestens einen Rotor und mindestens ein Kurvengetriebe auf. Der Rotor besteht aus einer Rotornabe und mindestens einem Rotorblatt, das in der Rotornabe fixiert ist. Das Rotorblatt wird von vorbeiströmender Luft angetrieben und in eine Rotationsbewegung versetzt. Hierdurch wird der Rotor mit Rotationsenergie beaufschlagt.
Ein Kurvengetriebe besteht allgemein aus einem Steg, einem Kurvenglied, auch Kurventräger genannt, und einem Eingriffsglied, auch Abgriffsglied genannt. Das Kurvenglied ist relativ zu dem Eingriffsglied drehbar in dem Steg gelagert. Es bildet eine Fläche aus, die von dem Eingriffsglied abgetastet wird. Rotationsasymmetrien der der abgetasteten Form führen dabei zu einer Bewegung des Eingriffsglieds relativ zu dem Steg, die auf weitere beweglich gelagerte Komponenten übertragen werden kann.
Im Falle einer Windkraftanlage bildet eine Antriebsgondel bzw. ein ortsfest in der Antriebsgondel fixiertes Bauteil den Steg.
Bei dem Kurvengetriebe handelt es sich vorzugsweise um ein ebenes Kurvengetriebe, bei dem sich die Bewegungen sämtlicher Getriebeelemente in einer gemeinsamen Ebene vollziehen. Das Eingriffsglied ist vorzugsweise als Rollenstößel oder Rollenschwinghebel ausgeführt.
Das Eingriffsglied steht derart mit dem Rotorblatt in Wirkverbindung, dass ein Anstellwinkel des Rotorblatts durch das Eingriffsglied beeinflusst wird. Insbesondere wird der Anstellwinkel des Rotorblatts durch das Kurvenglied und einem Drehwinkel des Kurvenglieds relativ zu dem Eingriffsglied beeinflusst.
Der Anstellwinkel des Rotorblatts bezeichnet den Winkel einer Drehung des Rotorblatts um eine orthogonal zu einer Drehachse des Rotors ausgerichtete Achse relativ zu einer Referenzposition.
Erfindungsgemäß ist entweder das Kurvenglied drehfest mit dem Rotor verbunden und das Eingriffsglied in der Gondel fixiert, oder das Kurvenglied ist drehfest mit der Gondel verbunden und das Eingriffsglied in dem Rotor fixiert. Vorzugsweise ist das Eingriffsglied mit genau einem Bewegungsfreiheitsgrad fixiert. Insbesondere kann das Eingriffsglied drehbar und/oder verschiebbar fixiert sein. Im Falle einer drehbaren Fixierung des Eingriffsglieds unterscheidet sich eine Drehachse der des Eingriffsglieds von der Drehachse des Rotors. Das Kurvenglied ist vorzugsweise starr, d. h. ohne jeglichen Bewegungsfreiheitsgrad mit dem Rotor bzw. der Gondel verbunden.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung tastet das Eingriffsglied das Kurvenglied in Abhängigkeit von einem Drehwinkel des Rotors ab. Dies ermöglicht eine Steuerung des Anstellwinkels des Rotorblatts gleichfalls in Abhängigkeit Drehwinkel des Rotors.
In einer bevorzugten Weiterbildung umfasst die Windkraftanlage mindestens einen Hydraulikzylinder und mindestens ein hydraulisches Stellglied. Das Eingriffsglied ist ausgebildet, den Hydraulikzylinder zu betätigen. Die Betätigung des Hydraulikzylinders erfolgt somit in Abhängigkeit von dem Drehwinkel des Rotors. Weiterhin steht der Hydraulikzylinder mit dem Stellglied in Wirkverbindung, vorzugsweise über eine Hydraulikleitung. Eine Betätigung des Hydraulikzylinders führt somit zu einer Aktuierung des Stellglieds. Das Stellglied wiederum ist ausgebildet, den Anstellwinkel des Rotorblatts zu verändern. Die Aktuierung des Stellglieds geht also mit einer Veränderung des Anstellwinkels des Rotorblatts einher.
Anstelle des Hydraulikzylinders und des hydraulischen Stellglieds kann die Windkraftanlage mit mindestens einem Sensor und mindestens einem elektrischen Stellglied ausgestattet sein. Der Sensor ist ausgebildet, die Position des Eingriffsglieds zu detektieren. Weiterhin steht der Sensor mit dem Stellglied in Wirkverbindung. So erfolgt eine Aktuierung des Stellglieds in Abhängigkeit von einem durch den Sensor erzeugten Signal. Vorzugsweise handelt es sich um ein elektrisches Signal. Das Stellglied wiederum ist ausgebildet, den Anstellwinkel des Rotorblatts zu verändern.
In einer weiterhin bevorzugten Weiterbildung ist mindestens einen Hebel und mindestens ein mechanisches Stellglied vorgesehen. Das Eingriffsglied ausgebildet ist, den Hebel zu betätigen. Der Hebel steht mit dem Stellglied in Wirkverbindung steht. Auch hier ist das Stellglied ausgebildet ist, den Anstellwinkel des Rotorblatts zu verändern.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 1 dargestellt. Übereinstimmende Bezugsziffern kennzeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale. Im Einzelnen zeigt:
1 einen Mechanismus zur Blattwinkelverstellung.
Der in 1 dargestellte Mechanismus ist in einem Planetengetriebe mit einem Hohlrad 101, Planetenrädern 103, einem Planetenträger 105 und einem in der Darstellung von 1 nicht sichtbaren Sonnenrad implementiert. Die Planetenräder 103 kämmen jeweils mit dem Hohlrad 101 und mit dem Sonnenrad. Sie sind drehbar in dem Planetenträger 105 gelagert. Das Hohlrad 101 ist ortsfest angeordnet. Relativ zu dem Hohlrad 101 kann der Planetenträger 105 verdreht werden. Bei einem Windkraftgetriebe wird der Planetenträger 105 gewöhnlich über eine drehfest mit dem Planetenträger 105 verbundene Rotorwelle angetrieben.
Ortsfest um das Hohlrad 101 herum verläuft ein Kurvenglied 107. Der Planetenträger 105 ist mit Eingriffsgliedern 109 versehen, die bei einer Drehung des Planetenträgers 105 den Verlauf des Kurvenglieds 107 abtasten. Jedes Eingriffsglied 109 weist einen Hydraulikstempel 111 auf, der über einen Stößel 113 betätigt wird. In dem Stößel 113 ist ein drehbares Rad 115 gelagert, dass an dem Kurvenglied 107 abrollt.
Bei einer Drehung des Planetenträgers 105 erfolgt durch die Abtastung des Kurvenglieds 107 eine Positionsänderung der Stößel 113. Hierdurch werden die Hydraulikstempel 111 betätigt. Über jeweils eine Hydraulikleitung 117 sind die Hydraulikstempel 111 fluidleitend mit einem Hydraulikaktuator verbunden, der den Anstellwinkel jeweils eines Rotorblatts verändert.
Bezugszeichenliste

101: Hohlrad
103: Planetenrad
105: Planetenträger
107: Kurvenglied
109: Eingriffsglied
111: Hydraulikstempel
113: Stößel
115: Rad
117: Hydraulikleitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012013365 A1 [0004]
WO 2014/012591 A1 [0005]

Claims

Windkraftanlage mit einer Gondel, einem Rotor und mindestens einem Kurvengetriebe; wobei der Rotor mindestens ein Rotorblatt aufweist; wobei das Kurvengetriebe ein Kurvenglied (107) und mindestens ein Eingriffsglied (109) aufweist; und wobei das Eingriffsglied (109) mit dem Rotorblatt derart in Wirkverbindung steht, dass ein Anstellwinkel des Rotorblatts durch das Eingriffsglied (109) beeinflusst wird; dadurch gekennzeichnet, dass das Kurvenglied (107) drehfest mit dem Rotor verbunden und das Eingriffsglied (109) in der Gondel gelagert ist, oder das Kurvenglied (107) drehfest mit der Gondel verbunden und das Eingriffsglied (109) in dem Rotor gelagert ist.
Windkraftanlage nach Anspruch 1; gekennzeichnet durch mindestens einen Hydraulikzylinder (111) und mindestens ein hydraulisches Stellglied; wobei das Eingriffsglied (107) ausgebildet ist, den Hydraulikzylinder (111) zu betätigen; wobei der Hydraulikzylinder (111) mit dem Stellglied in Wirkverbindung steht; und wobei das Stellglied ausgebildet ist, den Anstellwinkel des Rotorblatts zu verändern.
Windkraftanlage nach Anspruch 1; gekennzeichnet durch mindestens einen Sensor und mindestens ein elektrisches Stellglied; wobei der Sensor ausgebildet ist, die Position des Eingriffsglieds (109) zu detektieren; wobei der Sensor mit dem Stellglied in Wirkverbindung steht; und wobei das Stellglied ausgebildet ist, den Anstellwinkel des Rotorblatts zu verändern.
Windkraftgetriebe nach Anspruch 1; gekennzeichnet durch mindestens einen Hebel und mindestens ein mechanisches Stellglied; wobei das Eingriffsglied (107) ausgebildet ist, den Hebel (111) zu betätigen; wobei der Hebel (111) mit dem Stellglied in Wirkverbindung steht; und wobei das Stellglied ausgebildet ist, den Anstellwinkel des Rotorblatts zu verändern.