DE102022128765A1 - Verfahren zum Betrieb einer hydrodynamischen Maschine - Google Patents

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Mark Bremer
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer durch ein zirkulierendes Arbeitsmedium innerhalb eines Arbeitsraumes (11) angetriebenen, hydrodynamischen Maschine (2) welche mit einer ein Antriebsdrehmoment abgebenden Antriebsquelle (12) gekoppelt ist, wobei das Arbeitsmedium derart gewählt ist, dass seine Viskosität temperaturabhängig ist und das Arbeitsmedium jeweils mit konstanter Eintrittstemperatur in die hydrodynamische Maschine (2) geleitet wird und mit veränderter Austrittstemperatur aus dieser geleitet wird, und wobei die hydrodynamische Maschine (2) durch einen oder mehrere der folgenden Schritte an die Antriebsquelle (12) angepasst wird:- Festlegung einer Leistungskennlinie der hydrodynamischen Maschine (2) durch Festlegung einer Betriebsmitteltemperatur und/oder Eintrittstemperatur des Arbeitsmediums und/ oder Verwendung strömungshindernder Elemente (14) im Arbeitsraum (11) der hydrodynamischen Maschine (2)- Verwendung eines geeigneten Getriebes (13) zwischen Antriebsquelle (12) und hydrodynamischer Maschine (2).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer mit einer Antriebsquelle gekoppelten hydrodynamischen Maschine.
  • Hydrodynamische Maschinen finden aufgrund ihrer nahezu verschleißfreien Funktion in Form von Dauerbremsen insbesondere im Kraftfahrzeugbereich Anwendung. Im Betrieb einer hydrodynamischen Maschine entsteht durch eine über Scherkräfte innerhalb eines Arbeitsmediums, welches zwischen sich relativ zueinander bewegenden, gegenüberliegenden Schaufelrädern bewegt wird, Reibungswärme. Diese kann beispielsweise zur direkten Wärmeenergieerzeugung aus Windkraft genutzt werden, wie in der DE 10 2007 060 477 A1 beschrieben. Hierin ist auch die zusätzliche Anwendbarkeit einer hydrodynamischen Maschine zum Schutz vor Übersteuerung der Windkraftanlage beschrieben.
  • Allerdings ermöglicht die Kombination in der beschriebenen allgemeinen Ausführung zunächst keine weitere Regelung der Windkraftanlage, um diese im optimalen, durch die Turbinendynamik bestimmten Betriebspunkt zu betreiben. Zudem entstehen bei Überlastung des Systems erhöhte Temperaturen und mitunter die Schaufelräder der hydrodynamischen Maschine schädigende Gasbläschen. Zudem besteht die Gefahr von Druckabfällen im Arbeitsraum, durch die die Bremsleistung unterbrechende Umgebungsluft eingesaugt werden kann. Außerdem findet mit dem beschriebenen System mitunter eine Einsaugung von Arbeitsmedium in den Arbeitsraum statt, wodurch dort verwendetes Kühlmittel verunreinigt wird.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren für den Betrieb einer mit einer Antriebsquelle gekoppelten, hydrodynamischen Anlage vorzuschlagen, bei der einerseits die Antriebsquelle innerhalb optimierter Betriebsparameter verbessert steuerbar ist und andererseits eine betriebssichere Nutzung der Antriebsquelle zur Erzeugung thermischer Energie ermöglicht ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer durch ein zirkulierendes Arbeitsmedium innerhalb eines Arbeitsraumes angetriebenen, hydrodynamischen Maschine welche mit einer ein Antriebsdrehmoment abgebenden Antriebsquelle gekoppelt ist, wobei das Arbeitsmedium derart gewählt ist, dass seine Viskosität temperaturabhängig ist und das Arbeitsmedium jeweils mit konstanter Eintrittstemperatur in die hydrodynamische Maschine geleitet wird und mit veränderter Austrittstemperatur aus dieser geleitet wird, und wobei die hydrodynamische Maschine durch einen oder mehrere der folgenden Schritte an die Antriebsquelle angepasst wird:
    • - Festlegung einer Leistungskennlinie der hydrodynamischen Maschine durch Festlegung einer Betriebsmitteltemperatur und/oder Eintrittstemperatur des Arbeitsmediums und/ oder Verwendung strömungshindernder Elemente im Arbeitsraum der hydrodynamischen Maschine
    • - Verwendung eines geeigneten Getriebes zwischen Antriebsquelle und hydrodynamischer Maschine.
  • Je nach Drehzahl der Antriebsquelle bzw. zu übertragendem Drehmoment entsteht eine unterschiedliche Bremswirkung durch das zwischen den gegenüberliegenden Schaufelblättern der hydrodynamischen Maschine bewegte Arbeitsmedium. Diese Bremswirkung führt i.A. zu einer Temperaturerhöhung des Arbeitsmediums. Die Nutzung der Temperaturabhängigkeit der (dynamischen) Viskosität ermöglicht eine Steuerbarkeit der Energieübertragung bzw. der Bremswirkung der hydrodynamischen Maschine und damit eine Beeinflussung der Kennlinie der hydrodynamischen Maschine bzw. der Abhängigkeit des übertragenen Drehmoments von der Drehzahl der Antriebsquelle. So führt beispielsweise eine höhere Temperatur zu einer geringeren Viskosität und einer höheren Strömungsgeschwindigkeit des Fluids und damit zu einer erhöhten Bremskraftwirkung. Erfindungsgemäß werden zur Nutzung dieses Effekts lediglich derartige Fluide als Arbeitsmedium genutzt, deren Temperaturabhängigkeit der Viskosität ausreichend groß ist, um die Kennlinie spürbar zu beeinflussen. Damit würde im Sinne der Erfindung für eine gewünschte geringere Bremswirkung die Temperatur mit der das Arbeitsmedium in den Arbeitsraum eingeleitet wird erniedrigt werden. Um den Regeleffekt erhöhen zu können, sieht die Erfindung insbesondere die Verwendung von Arbeitsmedien vor, deren Viskosität stark von der Temperatur abhängt, insbesondere die Verwendung von Ölen oder viskosen Fluiden.
  • Durch die Verwendung eines temperaturstabilisierten Arbeitsmediums mit entsprechend optimierter Betriebstemperatur und Viskosität entfällt zudem die Problematik der Überlastung der hydrodynamischen Maschine aufgrund zu hoher Energieüberträge in der Flüssigkeit und damit zu hoher Temperaturen. Die Betriebstemperatur ergibt sich dabei aus dem thermodynamischen Gleichgewicht, welches sich aufgrund der Temperatur, mit der das Arbeitsmedium in den Arbeitsraum eingespeist wird und der durch die Reibung eingetragenen Leistung einstellt, wobei die Eintrittstemperatur des Arbeitsmediums als Regelgröße besonders vorteilhaft ist, da sie beispielsweise über die Nutzung eines Kühlkreislaufes leicht und direkt einstellbar ist.
  • In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass die hydrodynamische Maschine eine hydrodynamische Kupplung oder ein Retarder ist.
  • Diese sind weithin bekannt aus ihrer Verwendung in der Kraftfahrzeugindustrie, womit sie vielfach verfügbar und kostengünstig erhältlich sind.
  • Weiterhin ist es in Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die Antriebsquelle eine Windkraftanlage ist. Generell ist das erfindungsgemäße Verfahren für die Anpassung an sämtliche, ein Drehmoment übertragende Antriebsquellen, so auch Elektromotoren, geeignet. Eine Windkraftanlage bietet jedoch besondere Vorteile in der Anwendung. So kann die Steuerung der Windkraftanlage, die einen Schutz vor Übersteuerung bei zu extremen Wetterverhältnissen bieten soll, deutlich optimiert werden, was die Windkraftanlage generell für eine größere Spannbreite von Verhältnissen optimiert einsetzbar macht. Zudem bietet sich durch die Änderung der Strömungsverhältnisse im Arbeitsraum oder die Änderung der Eintrittstemperatur des Arbeitsmediums eine aktive Anpassung an bestehende Verhältnisse an. Weiterhin ist auf diese Art die Windenergie direkt und effektiv in Wärmeenergie umwandelbar, womit kein Zwischenschritt über die Umwandlung in elektrische Energie notwendig ist.
  • In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist außerdem vorgesehen, dass die Rotorblätter der Windkraftanlage über Stall- oder Pitchregelung reguliert werden. Damit ist das erfindungsgemäße Verfahren für in typischen Verfahren geregelte Windräder anwendbar. Insbesondere bei der passiven Stallregulierung bietet das erfindungsgemäße Verfahren dabei den Vorteil einer aktiven Eingreifbarkeit, was insbesondere bei Windenergiespitzen und Böen sinnvoll ist. In Verbindung mit der Pitchregelung ergibt sich wiederum eine erweiterte Anpassbarkeit an Umgebungsverhältnisse.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es außerdem vorgesehen, dass dem Arbeitsmedium nach dem Verlassen der hydrodynamischen Maschine über ein Kühlsystem, insbesondere einen Kühlkreislauf, die hinzugewonnene Wärme entzogen wird, wobei ein Arbeitsmediumkreislauf und Kühlmittelkreislauf insbesondere getrennt sind.
  • Auf diese Weise lässt sich die hydrodynamische Maschine besonders effizient zur Gewinnung von Wärmeenergie nutzen. Die gewünschte Betriebstemperatur, bzw. die Temperatur, mit der das Arbeitsmedium in die hydrodynamische Maschine eingeleitet wird, ist auf diese Weise gut und verlässlich einstellbar. Die Trennung der Kreisläufe verhindert eine Vermischung der beiden Flüssigkeiten und eine Verunreinigung des Arbeitsmediums aufgrund möglicherweise entstehender Unterdrücke im Arbeitsraum.
  • Weiterhin ist es vorgesehen, dass im Kühlmittelkreislauf ein Wärmespeicher verwendet wird. Auf diese Weise ist auch bei größeren Temperaturdifferenzen eine gute Einstellbarkeit der Betriebstemperatur des Arbeitsmediums und ein Schutz vor Überlastung der hydrodynamischen Maschine gegeben.
  • In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist weiterhin vorgesehen, dass in den Arbeitsraum der hydrodynamischen Maschine strömungshindernde Elemente insbesondere entlang einer Längsachse der hydrodynamischen Maschine ein- und ausgeführt werden können. Damit ist die Einstellung der Strömungscharakteristik des Arbeitsraumes abhängig von den weiteren Betriebsparametern der Anlage einstellbar. Dies ermöglicht insbesondere eine Feinjustierung der Anpassung. Insbesondere wenn unterschiedliche Betriebspositionen ermöglicht werden, in denen die strömungshindernden Elemente sich in unterschiedlichen Längen innerhalb des Arbeitsraumes befinden. Sind die Elemente entlang der Längsachse des Arbeitsraumes ein- und ausführbar, lassen sich einerseits feinere Unterschiede in der Leistungskennlinie der hydrodynamischen Maschine realisieren, andererseits ist ein entsprechender Einbau der Elemente insbesondere bei Verwendung eines Retarders besonders einfach, da die genannten Elemente und deren Bewegungsmechanismus, der ein Ein- und Ausfahren der Elemente ermöglicht, in der Statorkammer befestigt werden können.
  • Außerdem ist es vorgesehen, dass die strömungshindernden Elemente in einem radial äußeren Bereich des Arbeitsraumes angeordnet sind, was eine vorteilhafte Beeinflussung der Strömungseigenschaften zur Folge hat.
  • Weiterhin ist in Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die strömungshindernden Elemente als Pins oder Bolzen, insbesondere mit kreisförmigen Querschnitt ausgebildet sind. Damit sind die entsprechenden Elemente besonders leicht herzustellen und die Beeinflussung der Strömung ist vorhersagbarer, da weniger Entstehungspunkte für Turbulenzen und Wirbel gegeben sind.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht außerdem vor, dass die Pins oder Bolzen an einem arbeitsraumseiteigen Ende Prallplatten aufweisen. Auf diese Weise können die Pins oder Bolzen besonderes dünn gehalten werden und als das strömungshindernde Element dient im Wesentlichen die Prallplatte.
  • Außerdem ist es noch vorgesehen, dass die hydrodynamische Maschine über Druckluft reguliert ist, was eine erweiterte Steuer- und Anpassbarkeit der Maschine bedeutet. Beispielsweise kann die in dem Arbeitsraum wirksame Menge des Arbeitsmediums reguliert werden, um das Bremsmoment anzupassen.
  • Die Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beispielhaft beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten den Figuren der Zeichnung zu entnehmen sind.
  • Funktionsmäßig gleiche Teile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Die Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:
    • 1: eine Windkraftanlage 1, welche mit einer hydrodynamischen Maschine 2 gekoppelt ist und mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betreibbar ist.
    • 2: eine mögliche Ausführungsform einer in einem erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren hydrodynamischen Maschine 2 in Form eines Retarders 15
    • 3: eine Detailansicht zur möglichen Realisierung der erfindungsgemäß in einen Arbeitsraum 11 der hydrodynamischen Maschine 2 ein- und ausführbaren, strömungshindernden Elemente 14.
    • 4: Effekt der Variation der Temperatur, des Übersetzungsverhältnisses und der Anzahl der im Arbeitsraum aktiven Bolzen/Pins auf die Abhängigkeit des übertragenen Drehmoments MT von der Drehzahl n
  • In 1 ist in schematischer Form eine Windkraftanlage 1 in Verbindung mit einer hydrodynamischen Maschine 2 zur Nutzung im erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt. In der gezeigten Ausführungsform dient die Windkraftanlage 1 als Antriebsquelle 12 für die hydrodynamische Maschine 2, welche innerhalb einer Gondel 7 der Windkraftanlage 1 angeordnet und mit einer Antriebswelle 9 der verwendeten Antriebsquelle 12, in der gezeigten Ausführung also der Windkraftanlage 1, gekoppelt ist. In der gezeigten Ausführungsform wird die Antriebswelle 9 durch die Drehung von Rotorblättern 8 der Windkraftanlage 1 angetrieben. Die Bremswirkung der hydrodynamischen Maschine 2 hat dabei eine Rückwirkung auf die Rotation der Antriebswelle 9 und damit der Rotorblätter 8, was zum Schutz vor Übersteuerung der Windkraftanlage 1 einsetzbar ist. Dargestellt ist zudem ein Teil eines Kühlmittelkreislaufes KK, in Form einer Kühlmittelzuleitung 5 und einer Kühlmittelableitung 6, in dem das das Arbeitsmedium der hydrodynamischen Maschine 2 kühlende Kühlmittel zirkuliert. Die Leitungen 5 und 6 sind durch einen nicht näher gezeigten Wärmetauscher der Maschine 2 geführt, um die Temperatur des durch die hydrodynamische Maschine 2 strömenden Arbeitsmediums zu regulieren. Ausgehend von der Maschine 2 sind die Leitungen 5 und 6 abschnittsweise durch einen Mast 10 der Windkraftanlage 1 geführt, der die Gondel 7 trägt. Die Leitungen 5 und 6 münden in einem Temperaturkontrollsystem 3, das außerhalb der Windkraftanlage 1 angeordnet ist. Alternativ ist es denkbar, das Temperaturkontrollsystem 3 innerhalb der Windkraftanlage 1, insbesondere innerhalb der Gondel 7 anzuordnen.
  • Eine bestimmte Betriebstemperatur des durch die hydrodynamische Maschine 2 strömenden Arbeitsmediums wird durch Zusammenwirken des Temperaturkontrollsystems 3, dem Kühlkreislauf KK und dem in der Maschine 2 angeordneten Wärmetauscher eingestellt. Das Temperaturkontrollsystem 3 ist derart ausgelegt, dass es in der Lage ist, die im Arbeitsmedium in der hydrodynamischen Maschine 2 entstehende Wärmeenergiedifferenz aufzunehmen und die Temperatur des Arbeitsmediums auf einen gewünschten Wert einzustellen. Die erzeugte Wärme kann dabei über den Kühlkreislauf KK an das Temperaturkontrollsystem 3 übertragen und für einen Verbraucher 4 nutzbar gemacht werden. Weiterhin ist die Verwendung eines hier nicht gezeigten Wärmespeichers im Kühlkreislauf KK zur effektiven Temperaturstabilisierung vorteilhaft.
  • In der 2 ist eine mögliche Ausführungsform einer in dem erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren hydrodynamischen Maschine 2 in Form eines Retarders 15 dargestellt. Weiterhin dargestellt ist die Kopplung einer Rotorwelle 16 des Retarders 15 mit einer Antriebswelle 9 der Antriebsquelle 12. Dabei erfolgt die Kopplung gemäß der dargestellten Ausführungsform über ein Getriebe 13, welches erfindungsgemäß zur Anpassung des Retarders 15 an die Antriebsquelle 12 verwendet werden kann. Dabei ist das Übersetzungsverhältnis des Getriebes 13 erfindungsgemäß entsprechend der gewünschten Leistungskennlinie der hydrodynamischen Maschine 2 und der von der Antriebsquelle 12 übertragenden Leistung zu wählen.
  • Der Retarder 15 weist einen torusförmigen Arbeitsraum 11 auf, in dem in axialer Richtung der Rotorwelle 16 gegenüberliegend ein Rotor 17 und ein Stator 18 angeordnet sind. Der Rotor 17 und der Stator 18 erstrecken sich jeweils ringförmig um die Rotorwelle 16, wobei der Rotor 17 drehfest mit der Rotorwelle 16 verbunden und der Stator 18 ortsfest in dem Arbeitsraum 11 angeordnet ist. Der Rotor 17 und der Stator 18 weisen jeweils mehrere Schaufeln auf, die in 2 nicht dargestellt sind (vgl. 3a). Im Betrieb des Retarders 15 ist der Arbeitsraum 11 mit einem Arbeitsmedium, insbesondere Öl gefüllt, welches erfindungsgemäß eine temperaturabhängige Viskosität aufweist. Das Arbeitsmedium erfährt an den Schaufeln des Rotors 17 eine Beschleunigung, die zu einer Zirkulation des Arbeitsmediums führt. Die feststehenden Schaufeln des Stators 18 bremsen das Arbeitsmedium hingegen ab, wodurch es insgesamt zu einer rückwirkenden Bremsung auf den Rotor 17 kommt. Die Beschleunigung und die Bremswirkung sind dabei abhängig von der Viskosität des Arbeitsmediums. Die genannte Bremswirkung geht mit einem Wärmeeintrag auf das Arbeitsmedium einher.
  • Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, die Betriebstemperatur des Arbeitsmediums konstant zu halten, weshalb ein Arbeitsmediumkreislauf AK mit einem den Wärmeeintrag aufnehmenden Kühlkreislauf KK gekoppelt ist. In der gezeigten Ausführung findet die Kopplung mithilfe eines Wärmetauschers 19 statt. Auf diese Weise tritt das Arbeitsmedium an einem Arbeitsmediumeintritt 21 mit eingestellter, konstanter Temperatur in den Arbeitsraum 11 ein und verlässt diesen an einem Arbeitsmediumauslass 22 jeweils mit erhöhter Temperatur. Der Wärmetauscher 19 ist außerdem mit dem Kühlreislauf KK gekoppelt, wobei das Kühlmittel des Kreislaufs KK mittels einer Kühlmittelpumpe 23 durch den Wärmetauscher 19 befördert wird.
  • Schematisch dargestellt ist außerdem ein an dem Retarder 15 befestigtes strömungshinderndes Element 14 in Form eines Bolzens. Je nach Anzahl und Einfuhrlänge der in den Arbeitsraum 11 eingeführten Bolzen ändert sich die Strömungscharakteristik des Retarders 15 und damit auch die erzeugte Bremswirkung bzw. Kennlinie. Damit ist erfindungsgemäß eine feine Anpassung des Retarders 15 an die Antriebsquelle 12 bzw. die vorherrschenden Betriebsparameter der Antriebsquelle 12 möglich.
  • In der 3a sind weitere Details betreffend die Beeinflussung der Strömungscharakteristik mittels Bolzen gezeigt. Ein Bolzenelement 28 ist in einer Bohrung 26 eines Statorteils 24 ausgebildet ist. Das Statorteil 24 gehört zu dem Stator 18 des Retarders 15, wobei sich in Richtung eines gegenüberliegenden Rotorteils 25 mehrere Statorschaufeln 30 von dem Statorteil 24 wegerstrecken. Das Rotorteil 25 gehört zu dem Rotor 17 des Retarders 15 und weist mehrere Rotorschaufeln 31 auf, die sich in Richtung des Statorteils 24 erstrecken. Die Schaufeln 30 und 31 können sich jeweils bezogen auf die Rotorwelle 16 in radialer und/oder axialer Richtung erstrecken.
  • Das Bolzenelement 28 ist mit einem Stempel 29 gekoppelt, welcher entlang einer Längsachse 27 der Bohrung 26 variabel positioniert werden kann. Der Stempel 29 kann insbesondere in Richtung des Rotorteils 25 verstellt werden und aus der Bohrung 26 herausragen. Der aus der Bohrung 26 herausragende Abschnitt des Stempels 29 beeinflusst die Strömung des Arbeitsmediums und damit die Bremswirkung des Retarders 15. Je mehr der Stempel 29 aus der Bohrung 26 in den zwischen dem Rotorteil 25 und dem Statorteil 24 gebildeten Impellerraum herausragt, desto geringer fällt im Allgemeinen die Bremswirkung aus.
  • In 3b sind beispielhaft mehrere Bolzenelemente 32, 33, 34 mit unterschiedlichen Stempelstellungen gezeigt. Grundsätzlich kann der Stempel 29 fest mit dem jeweiligen Bolzenelement verbunden sein. Es ist jedoch denkbar, das Bolzenelement als einen Aktor auszubilden, um den Stempel 29 dynamisch relativ zu dem Bolzenelement verfahren zu können. Beispielsweise kann der Stempel 29 zwischen einer Maximalstellung und einer Minimalstellung verfahren werden, um die Bremswirkung des Retarders flexibel einzustellen (vgl. Bolzenelemente 32 und 34). Der Aktor kann elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch ausgeführt sein.
  • Die 4a, 4b und 4c zeigen schematisch die der Erfindung zugrundeliegenden Effekte, die a) das Übersetzungsverhältnis, also die Verwendung eines Getriebes 13 mit entsprechender Übersetzung zwischen der Antriebsquelle 12 und der hydrodynamischen Maschine 2, b) der Einsatz verschiedener Anzahlen von Bolzenelementen 14 bzw. Pins im Arbeitsraum 11 bzw. c) die Temperatur des Arbeitsmediums in dem Arbeitsraum 11 auf die Abhängigkeit des von der hydrodynamischen Maschine 2 übertragenen Drehmoments MT von der Drehzahl n bzw. auf deren Kennlinie haben. Deutlich erkennbar ist, dass sowohl der Einsatz eines Getriebes 13, das Vorsehen von strömungshindernden Elementen 14 in dem Arbeitsraum 11, als auch die Änderung der Betriebstemperatur des Arbeitsmediums einen deutlichen Einfluss auf die Kennlinie hydrodynamischen Maschine 2 haben, was erfindungsgemäß für die Anpassung der hydrodynamischen Maschine 2 an die Antriebsquelle 12 bzw. auf deren Betriebsparameter genutzt wird.
  • In 4a ist der Einfluss der Übersetzung des Getriebes 13 durch den Pfeil 36 angedeutet. Anhand der beispielhaften Kennlinien ist zu erkennen, dass mit steigendem Übersetzungsverhältnis das Drehmoment MT bereits bei einer geringeren Drehzahl n stark ansteigt. Ein entsprechender Effekt ist für eine größere Anzahl von strömungshindernden Elementen 14 zu erkennen, der in 4b verdeutlicht ist. Der Pfeil 38 repräsentiert eine abnehmende Anzahl von Bolzenelementen, die in den zwischen dem Rotor 17 und dem Stator 18 gebildeten Impellerraum hineinragen. Die beispielhaften Kennlinien 37 zeigen an, dass mit abnehmender Anzahl von Bolzenelementen das Drehmoment MT mit steigender Drehzahl früher und steiler ansteigt. In 4c ist durch den Pfeil 40 der qualitative Einfluss einer zunehmenden Temperatur des Arbeitsmediums auf die Kennlinien 39 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass bei einer erhöhten Temperatur des Arbeitsmediums das Drehmoment MT mit zunehmender Drehzahl n früher und geringfügig steiler ansteigt.
  • Durch Vergleich der 4a, 4b, und 4c ist zu verstehen, dass der Einfluss der Bolzenelemente (vgl. 4b) sich von den Einflüssen des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes und der Temperatur des Arbeitsmediums unterscheidet. Die Bolzenelemente können daher gut zur Feinanpassung des Drehmoments MT verwendet werden, insbesondere bei höheren Drehzahlen n.
  • BEZUGSZEICHENLISTE
  • 1
    Windkraftanlage
    2
    Hydrodynamische Maschine
    3
    Temperaturkontrollsystem
    4
    Verbraucher
    5
    Kühlmittelzuleitung
    6
    Kühlmittelableitung
    7
    Gondel
    8
    Rotorblätter
    9
    Antriebswelle
    10
    Mast
    11
    Arbeitsraum
    12
    Antriebsquelle
    13
    Getriebe
    14
    Strömungshinderndes Element
    15
    Retarder
    16
    Rotorwelle
    17
    Rotor
    18
    Stator
    19
    Wärmetauscher
    21
    Arbeitsmediumeintritt
    22
    Arbeitsmediumauslass
    23
    Kühlmittelpumpe
    24
    Statorteil
    25
    Rotorteil
    26
    Vertiefung
    27
    Längsachse
    28
    Bolzenelement
    29
    Stempel
    30
    Schaufel
    31
    Schaufel
    32
    Bolzenelement
    33
    Bolzenelement
    34
    Bolzenelement
    35
    Kennlinien
    36
    Einfluss der Übersetzung
    37
    Kennlinien
    38
    Einfluss der Anzahl von Bolzenelementen
    39
    Kennlinien
    40
    Einfluss der Temperatur des Arbeitsmediums
    AK
    Arbeitsmediumkreislauf
    KK
    Kühlkreislauf
    n
    Drehzahl
    M_T
    Drehmoment
  • 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 102007060477 A1 [0002]

Claims (11)

  1. Verfahren zum Betrieb einer durch ein zirkulierendes Arbeitsmedium innerhalb eines Arbeitsraumes (11) angetriebenen, hydrodynamischen Maschine (2) welche mit einer ein Antriebsdrehmoment abgebenden Antriebsquelle (12) gekoppelt ist, wobei das Arbeitsmedium derart gewählt ist, dass seine Viskosität temperaturabhängig ist und das Arbeitsmedium jeweils mit konstanter Eintrittstemperatur in die hydrodynamische Maschine (2) geleitet wird und mit veränderter Austrittstemperatur aus dieser geleitet wird, und wobei die hydrodynamische Maschine (2) durch einen oder mehrere der folgenden Schritte an die Antriebsquelle (12) angepasst wird: - Festlegung einer Leistungskennlinie der hydrodynamischen Maschine (2) durch Festlegung einer Betriebsmitteltemperatur und/oder Eintrittstemperatur des Arbeitsmediums und/ oder Verwendung strömungshindernder Elemente (14) im Arbeitsraum (11) der hydrodynamischen Maschine (2) - Verwendung eines geeigneten Getriebes (13) zwischen Antriebsquelle (12) und hydrodynamischer Maschine (2).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die hydrodynamische Maschine (2) ein Retarder (15) oder eine hydrodynamische Kupplung ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Antriebsquelle (12) eine Windkraftanlage (1) ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei Rotorblätter (8) der Windkraftanlage (1) über Stall- oder Pitchregelung reguliert werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Arbeitsmedium nach dem Verlassen der hydrodynamischen Maschine (2) über ein Kühlsystem, insbesondere einen Kühlkreislauf (KK), die hinzugewonnene Wärme entzogen wird, wobei ein Arbeitsmediumkreislauf (AK) und Kühlmittelkreislauf (KK) insbesondere getrennt sind.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei im Kühlmittelkreislauf (KK) ein Wärmespeicher verwendet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in den Arbeitsraum (11) der hydrodynamischen Maschine (2) strömungshindernde Elemente (14) insbesondere entlang einer Längsachse (3) der hydrodynamischen Maschine (2) ein- und ausgeführt werden können.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die strömungshindernden Elemente (14) in einem radial äußeren Bereich des Arbeitsraumes (11) angeordnet sind.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die strömungshindernden Elemente (14) als Pins oder Bolzen (28), insbesondere mit kreisförmigen Querschnitt ausgebildet sind.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Pins oder Bolzen (28) an einem arbeitsraumseiteigen Ende Prallplatten (29) aufweisen.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die hydrodynamische Maschine (2) über Druckluft reguliert ist.
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