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Die Erfindung betrifft eine Windenergieanlage.
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Bei bekannten Windenergieanlagen lässt sich ein um eine im Wesentlichen horizontale Achse drehbarer Rotor mit daran angeordneten Rotorblättern durch Wind in Rotation versetzen. Der Rotor ist dabei fest mit einer Rotorwelle - ggf. über ein Getriebe - mit einem Generator zur Umwandlung der Rotationsenergie des Rotors in elektrische Energie verbunden. Die leistungsübertragenden drehenden Komponenten vom Rotor bis zum Generator werden zusammen als Triebstrang bezeichnet und sind in einer drehbar auf einem Turm montierten Gondel angeordnet.
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Der Triebstrang ist an mehreren Stellen gelagert, wobei in der Regel zumindest ein Lager im Bereich der Rotorwelle angeordnet ist. Bei einer sog. Dreipunktlagerung erfolgt eine weitere Lagerung des Triebstrangs unmittelbar über das Getriebe, d. h. die Rotorwelle selbst weist kein weiteres Lager auf, sondern ist lediglich aufgrund der festen Verbindung mit einem Getriebe oder auch mit einem langsam laufenden Groß-Generator indirekt über die dort integrierte Lagerung gelagert.
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Für bestimmte Wartungsarbeiten kann es erforderlich sein, die Rotorwelle und somit den Triebstrang in einer bestimmten Stellung zu arretieren. Die Dokumente
EP 1 251 268 A2 und
EP 2 620 636 A1 schlagen hierfür an der Rotorwelle befestige Ringe mit einer Vielzahl von außen liegenden Bohrungen, in die wahlweise ein Bolzen zur Arretierung eingreifen kann, vor.
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Insbesondere bei solchen Windenergieanlagen, bei denen die Rotorwelle an dem vom Rotor entfernten Ende nur indirekt über das Getriebe gelagert ist, muss bei der Montage der Windenergieanlage sowie bei Getriebeaustausch oder sonstigen Wartungsarbeiten, bei denen das Getriebe von der Rotorwelle getrennt wird, die Rotorwelle durch eine dafür vorgesehene Halterung gesichert werden. Aus den Dokumenten
EP 1 617 075 A1 und
EP 1 748 182 B1 sind entsprechende Halterungen bekannt, bei denen jeweils ein gesonderter Halterahmen in die Gondel der Windenergieanlage transportiert und dort montiert werden muss, bevor das Getriebe von der Rotorwelle getrennt werden kann. Die Verwendung entsprechender Halterahmen ist dabei sehr aufwendig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Windenergieanlage zu schaffen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Windenergieanlage gemäß dem Hauptanspruch. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Demnach betrifft die Erfindung eine Windenergieanlage umfassend einen um eine Rotorachse drehbaren Rotor mit mehreren Rotorblättern und einen damit drehverbundenen Triebstrang mit einer Rotorwelle, wobei der Triebstrang auf einem Maschinenträger gelagert ist, die Rotorwelle einen koaxial damit ausgerichteten Arretierungsring mit wenigstens drei Arretierungsvertiefungen auf seinem äußeren Umfang aufweist und der Maschinenträger wenigstens drei radial zur Rotorwelle ausgerichtete und verschiebbare Arretierungsbolzen zum wahlweisen zeitgleichen Eingriff in jeweils eine Arretierungsvertiefung des Arretierungsrings aufweist.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch einen zeitgleichen Eingriff wenigstens dreier Arretierungsbolzen in den Arretierungsring einer Rotorwelle einer Windenergieanlage nicht nur eine Arretierung des Rotors gegen eine ungewollte Drehbewegung, sondern gleichzeitig auch eine ausreichende Abstützung der Rotorwelle sichergestellt werden kann. Aufgrund dieser Abstützung kann ein an der Rotorwelle befestigtes Triebstrangelement, wie bspw. ein Getriebe oder der Generator, auch dann von der Rotorwelle gelöst werden kann, selbst wenn die Rotorwelle indirekt über das fragliche Triebstrangelement gelagert ist. Da erfindungsgemäß der Arretierungsring fest mit der Rotorwelle verbunden ist und die Arretierungsbolzen Teil des Maschinenträgers sind, sind bei der erfindungsgemäßen Windenergieanlage weder zur Arretierung des Rotors noch zur Abstützung der Rotorwelle zusätzliche Komponenten erforderlich.
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Entspricht die Anzahl der Arretierungsöffnungen der Anzahl der Arretierungsbolzen, ist deren jeweilige Anordnung so aufeinander abzustimmen, dass zumindest in einer Drehposition der Rotorwelle jeder Arretierungsbolzen in jeweils eine Arretierungsöffnung eingreifen kann. Sind Arretierungsöffnungen und Arretierungsbolzen gleichmäßig über den Umfang verteilt, ist eine Arretierung in einer der Anzahl der Arretierungsöffnungen bzw. Arretierungsbolzen entsprechenden Anzahl an Drehpositionen der Rotorwelle möglich.
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Um den Rotor in möglichst vielen unterschiedlichen Positionen arretieren und abstützen zu können, ist bevorzugt, wenn die Anzahl der Arretierungsvertiefungen größer ist als die Anzahl der Arretierungsbolzen. Sind die Arretierungsvertiefungen geeignet angeordnet, lässt sich die Rotorwelle und somit der Rotor in einer die Anzahl der Arretierungsbolzen übersteigenden Anzahl an Drehpositionen arretieren.
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Dabei ist bevorzugt, wenn die Arretierungsvertiefungen gleichmäßig über den Umfang des Arretierungsrings verteilt sind, der Winkelabstand zwischen jeweils zwei benachbarten Arretierungsvertiefungen also konstant ist. In diesem Fall lässt sich die Rotorwelle bzw. der Rotor in einer die Anzahl der Arretierungsvertiefungen entsprechenden Anzahl an Drehpositionen arretieren.
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Ist weiterhin vorgesehen, dass der Winkelabstand zwischen zwei benachbarten Arretierungsbolzen dem Winkelabstand zweier benachbarter Arretierungsvertiefungen oder einem Vielfachen davon entspricht, ist sichergestellt, dass bei Eingriff eines Arretierungsbolzens in eine Arretierungsvertiefung jeder andere Arretierungsbolzen ebenfalls in eine Arretierungsvertiefung eingreifen kann.
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Insbesondere um die bei der beschriebenen Abstützung auftretenden Kräfte besser über die Arretierungsvorrichtung ableiten zu können, ist bevorzugt, wenn mehr als drei Arretierungsbolzen vorgesehen sind. Die Belastung der einzelnen Arretierungsbolzen wird grundsätzlich geringer, je mehr Arretierungsbolzen vorgesehen sind. Außerdem lassen sich bei mehr Arretierungsbolzen die einzelnen Arretierungsbolzen häufig kleiner dimensionieren, was die Integration der Arretierungsbolzen in den Maschinenträger vereinfachen kann. Es ist weiter bevorzugt, wenn wenigstens ein Teil der Arretierungsbolzen in Arretierungsbolzengruppen zusammengefasst sind, innerhalb derer der Winkelabstand zwischen zwei benachbarten Arretierungsbolzen dem Winkelabstand zwischen zwei benachbarten Arretierungsvertiefungen entspricht. Besonders vorteilhaft haben sich drei Arretierungsbolzengruppen mit jeweils identischer Anzahl an Arretierungsbolzen erwiesen.
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Die Arretierungsbolzen und/oder Arretierungsbolzengruppen können symmetrisch gegenüber einer vertikalen Ebene durch die Achse der Rotorwelle angeordnet sein. Die Arretierungsbolzen und/oder Arretierungsbolzengruppen können auch gleichmäßig über den Umfang um die Rotorwelle verteilt sein.
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Auch wenn der Arretierungsring ein gesondertes, fest mit der Rotorwelle verbundenes Bauteil sein kann, ist bevorzugt, wenn der Arretierungsring unmittelbar in die Rotorwelle integriert ist, also einstückig mit der Rotorwelle ausgebildet ist. Insbesondere kann der Arretierungsring in einen am vom Rotor entfernten Ende vorgesehenen Befestigungsflansch der Rotorwelle integriert sein. Der Befestigungsflansch weist in der Regel ein radiales Bohrmuster von axialen Durchgangsbohrungen zur Befestigung eines weiteren Triebstrangelements, wie bspw. einem Getriebe, oder aber zur unmittelbaren Befestigung des Generators auf. Es ist bevorzugt, wenn die Arretierungsvertiefungen jeweils mittig zwischen zwei benachbarten axialen Durchgangsbohrungen des Befestigungsflansches angeordnet sind.
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Die Arretierungsbolzen können hydraulisch verschiebbar sein. Dazu können die Arretierungsbolzen bspw. mit einem in einem Zylinder angeordneten Kolben verbunden oder mit diesem einstückig ausgeführt sein.
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Zur Sicherung des Eingriffs der Arretierungsbolzen in Arretierungsvertiefungen kann vorgesehen sein, dass die Arretierungsbolzen an ihrer radialen Stirnfläche eine Bohrung mit Innengewinde zum Eingriff eines Sicherungsbolzens und die Arretierungsvertiefungen radiale Durchgangsbohrungen bis zum Innern der Rotorwelle zum Durchstecken von Sicherungsbolzen aufweisen. Vom Inneren der Rotorwelle ausgehend können geeignete Sicherungsbolzen durch die radialen Durchgangsbohrungen gesteckt und in die Arretierungsbolzen eingeschraubt werden. Dadurch kann ein versehentliches Zurückziehen der Arretierungsbolzen, welches zu einer Aufhebung der Rotorarretierung oder der Abstützung der Rotorwelle führen würde, sicher vermieden werden.
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Es ist bevorzugt, wenn die Arretierungsbolzen jeweils von einer Ausgleichsbuchse umgeben sind und/oder in den Arretierungsvertiefungen jeweils eine Ausgleichsbuchse vorgesehen ist, um Fertigungstoleranzen auszugleichen und eine gleichmäßige Krafteinleitung in alle Arretierungsbolzen sicherzustellen. Die Ausgleichsbuchsen sind dabei derart verformbar auszugestalten, dass einerseits Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden können, andererseits bei Belastung während Arretierung und/oder Abstützung ausreichend Widerstand geleistet werden kann, um die dabei auftretenden Kräfte übertragen zu können.
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Die Ausgleichsbuchsen können aus Kunststoff sein. Es ist auch möglich, dass die Ausgleichsbuchse als unmittelbar auf den Arretierungsbolzen und/oder in den Arretierungsvertiefungen aufgetragene Beschichtung ausgebildet ist.
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An der Rotorwelle kann ein Getriebe oder ein getriebelos direkt angetriebener Groß-Generator angebunden sein.
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Die Erfindung wird nun anhand einer vorteilhaften Ausführungsform beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
- 1: eine schematische Übersicht eines erfindungsgemäßen Triebstrangs; und
- 2a, b: schematische Detailansichten eines erfindungsgemäßen Triebstrangs.
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In 1 ist ein Triebstrang 1 einer Windenergieanlage (nicht dargestellt) gezeigt, von dem ausgehend in Bezug auf 2a, b die vorliegende Erfindung erläutert wird.
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Von dem Triebstrang 1 der Windenergieanlage sind in 1 lediglich die Rotorwelle 2 sowie teilweise das damit verbundene Getriebe 3 dargestellt. Bei dem Getriebe 3 handelt es sich um ein Planetengetriebe, dessen Planetenträger 4 fest mit der Rotorwelle 2 verbunden ist. Nicht dargestellt ist der eigentliche Rotor umfassend die Rotorblätter am von dem Getriebe 3 entgegengesetzten Ende der Rotorwelle 2 sowie der am nicht dargestellten Ende des Getriebes 3 angeordnete Generator.
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Der Triebstrang 1 ist in einem vom Getriebe 3 entfernten Bereich durch ein in einem Lagergehäuse 5 angeordneten und unmittelbar mit der Rotorwelle 2 zusammenwirkenden Wälzlager 6 drehbar am Maschinenträger 7 gelagert. Darüber hinaus ist das Getriebe 3 über einen Getriebespant 8 an dem Maschinenträger 7 befestigt. Die Rotorwelle 2 ist an diesem Ende aufgrund der Verbindung mit dem Planetenträger 4 indirekt über dessen Lagerung 9 gegenüber dem Maschinenträger 7 gelagert.
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Bei dem in 1 dargestellten Triebstrang 1 ist eine sog. Drei-Punkt-Lagerung realisiert, bei der das Getriebe 3 aufgrund der indirekten Lagerung der Rotorwelle 2 darüber nicht ohne Weiteres von der Rotorwelle 2 gelöst werden kann. Vielmehr ist zum Lösen des Getriebes 3 eine vorherige Abstützung der Rotorwelle 2 erforderlich. An Stelle des Getriebes 3 ist auch ein langsam laufender, direkt angetriebener Groß-Generator möglich.
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In 2a, b sind von einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage mit einer grundsätzlich zu 1 vergleichbaren Triebstrang 1 Detaildarstellungen des getriebeseitigen Endes der Rotorwelle 2 mit Getriebespant 8 und Maschinenträger 7 gezeigt. Das Getriebe 3 ist in 2a, b von den dafür vorgesehenen Halteelementen 3' demontiert, was - wie nachfolgend ausgeführt - bei der erfindungsgemäßen Windenergieanlage auch ohne Weiteres möglich ist.
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Die Rotorwelle 2 weist an ihrem getriebeseitigen Ende einen nach innen gerichteten Befestigungsflansch 20 auf, der gleichzeitig auch einen Arretierungsring 21 bildet, an dem gleichmäßig über den Umfang verteilt eine Vielzahl - hier 36 - von sich radial erstreckenden, konisch ausgeformten Arretierungsvertiefungen 22 vorgesehen ist. Vom Boden der Arretierungsvertiefungen 22 ist jeweils eine bis zur Innenwand des Befestigungsflansches 20 ragende radiale Durchgangsbohrungen 23 vorgesehen. Zwischen jeweils zwei Arretierungsvertiefungen 22 bzw. radialen Durchgangsbohrungen 23 ist jeweils eine axiale Durchgangsbohrung 24 vorgesehen, über welche die Rotorwelle 2 auf bekannte Art und Weise mit dem Planetenträger 4 eines Getriebes 3 oder aber auch mit der Eingangswelle eines Groß-Generators verbunden werden kann (vgl. 1).
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An dem Maschinenträger - genauer an dem damit fest verbundenen Getriebespant 8 - sind in radialer Richtung ausgerichtete und hydraulisch verschiebbare Arretierungsbolzen 10 vorgesehen, deren äußere Form an die Konusform der Arretierungsvertiefungen 22 angepasst ist. Jeweils vier Arretierungsbolzen 10 sind zu einer Arretierungsbolzengruppe 11 zusammengefasst, wobei jeweils benachbarte Arretierungsbolzen 10 einer Arretierungsbolzengruppe 11 den gleichen Winkelabstand wie zwei benachbarte Arretierungsvertiefungen 22 aufweisen. Die Arretierungsbolzengruppen 11 sind dabei derart gleichmäßig über den Umfang verteilt, dass sämtlich Arretierungsbolzen 10 zeitgleich mit jeweils einer Arretierungsvertiefung 22 in Eingriff gebracht werden können.
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Aufgrund der gleichmäßigen Verteilung der Arretierungsbolzengruppe 11 über den Umfang, die gleichzeitig auch in einer gegenüber einer vertikalen Ebene durch die Achse der Rotorwelle 2 symmetrisch ist, können die Rotorwelle 2 und der damit verbundene Rotor nicht nur arretiert, sondern gleichzeitig auch derart abgestützt werden, dass in dem in 2a, b gezeigten Zustand das Getriebe 3 bzw. ein Groß-Generator problemlos entfernt werden kann. Ist ein Getriebe 3 bzw. Groß-Generator an die Halteelemente 3' montiert (vgl. 1) und ist eine Arretierung der Rotorwelle 2 bzw. des Rotors auch aus anderen Gründen nicht mehr erforderlich, können die Arretierungsbolzen 10 hydraulisch zurückgezogen werden, womit der Triebstrang 1 wieder frei drehbar ist.
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Um zu verhindern, dass die Arretierung bzw. Abstützung durch die Arretierungsbolzen 10 versehentlich gelöst wird, weisen die Arretierungsbolzen 10 an ihrer Stirnseite jeweils ein mit Innengewinde versehenes Sackloch 12 auf. In dieses Sackloch 12 kann eine durch eine Durchgangsbohrung 23 am Arretierungsring 21 geführte Sicherungsschraube (nicht dargestellt) eingreifen, mit der ein Arretierungsbolzen 10 letztendlich in der in 2a, b gezeigten Position gesichert werden kann.
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Zum Ausgleich von evtl. Fertigungstoleranzen können die Arretierungsbolzen 10 an dem zum Eingriff mit den Arretierungsvertiefungen 22 vorgesehen Bereichen und/oder die Arretierungsvertiefungen 22 jeweils eine Ausgleichsbuchse aus Kunststoff aufweisen. Die Ausgleichsbuchse kann auch als unmittelbar auf den Arretierungsbolzen 10 bzw. in die Arretierungsvertiefungen 22 aufgetragene Beschichtung ausgebildet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1251268 A2 [0004]
- EP 2620636 A1 [0004]
- EP 1617075 A1 [0005]
- EP 1748182 B1 [0005]
