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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Anordnung zur Drehung einer Maschinengondel. Die vorliegende
Erfindung betrifft insbesondere eine Anordnung zur Drehung einer
Maschinengondel für
eine Windkraftanlage.
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Windkraftanlagen gewinnen elektrische
Energie aus der Strömungsenergie
des Windes. Als häufigste
Bauart von Windkraftanlagen sind Anlagen anzutreffen, die eine im
Wesentlichen waagrecht angeordnete Rotorwelle aufweisen. Die Rotorwelle
ist mit einem Rotor verbunden, der in der Regel zwei oder drei Rotorblätter aufweist.
Die Rotorwelle ist mit weiteren Einrichtungen, wie einem Generator
zur Erzeugung elektrischer Energie sowie ggf. einem Getriebe, in
einer Maschinengondel (bzw. Maschinenhaus) angeordnet, die von einem
Turm getragen wird. Damit der Rotor optimal auf die jeweils herrschende
Windrichtung ausgerichtet werden kann, ist die Maschinengondel drehbar
auf dem Turm gelagert und eine entsprechende Vorrichtung zur Windrichtungsnachführung vorgesehen.
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Bei der Windrichtungsnachführung der
Maschinengondel liefert ein Wind-Meßsystem einen Mittelwert für die Windrichtung über einen
vorgegebenen Zeitraum. Dieser Mittelwert wird dann mit der momentanen
Winkelposition, der sogenannten Azimutposition, der Maschinengondel
verglichen. Entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs wird die Maschinengondel
so nachgeführt,
dass die Windrichtungsabweichung des Rotors, der sogenannte Gierwinkel,
möglichst
gering ist, um Leistungsverluste zu vermeiden. Dabei ist jedoch
auch darauf zu achten, dass die Windrichtungsnachführung nicht
zu sensitiv reagiert, was permanent kleine Nachführungsbewegungen zur Folge
hätte,
welche die Lebensdauer der mechanischen Komponenten deutlich reduzieren würden.
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Eine Vorrichtung zur Windrichtungsnachführung umfasst
in der Regel eine Vielzahl von unterschiedlichen Komponenten wie
beispielsweise eine Anordnung zur Drehung einer Maschinengondel, mehrere
meist hydraulische Bremsen, ggf. eine Verriegelungseinrichtung sowie
ein elektronisches Regelungssystem. Diese unterschiedlichen Komponenten
sind je nach Ausführungsform
entweder an bzw. in der Maschinengondel oder an bzw. in dem Turm angeordnet.
Die Gondellagerung umfasst üblicherweise
ein Wälzlager
("Kugellager"), das zwischen einem
verzahnten turmfesten Lagerring und einem Lagerring an der Grundplatte
des Maschinenhauses angeordnet ist. Weiterhin sind auf dem Maschinenhaus
in der Regel mehrere Antriebsmotoren mit Untersetzungsgetriebe feststehend
montiert, die jeweils über
ein Antriebswellenritzel mit der Verzahnung des turmfesten Lagerrings
im Eingriff stehen.
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Während
des Betriebs einer Windkraftanlage können insbesondere bei turbulenten
Winden in Abhängigkeit
vom Gierwinkel des Rotors sehr hohe Kräfte und damit sehr hohe Drehmomente,
sogenannte Giermomente, auftreten. Diese hohen Drehmomente können sowohl
während
einer Nachführbewegung
der Maschinengondel als auch während
des Stillstands der Maschinengondel auftreten. Um zu verhindern,
dass ein entsprechendes Giermoment um die Drehachse nach erfolgter
Nachführung
von den Antriebsmotoren gehalten werden muss, ist eine Drehhemmung
oder eine Gierbremse erforderlich. Anderenfalls wäre eine
ausreichende Lebensdauer der Motoren oder der vorgeschalteten Getriebe
kaum zu gewährleisten.
Kleine Anlagen begnügen
sich meistens mit einer Drehhemmung in der Gondellagerung, für größere Anlagen
sind in der Regel mehrere lösbare
hydraulische Bremsen vorgesehen. Diese greifen üblicherweise auf einen Bremsring
an der Innenseite des Turms oder umgekehrt an einem Ring an der
Maschinengondel an.
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Während
der Nachführbewegung
sind üblicherweise
eine oder zwei der Bremsen im Eingriff, um die erforderliche Dämpfung der
Verstelldynamik zu gewährleisten.
Die Antriebe müssen
daher so ausgelegt werden, dass sie diese Reibungsdämpfung überwinden
können.
Trotz der Dämpfung
durch die Bremsen kommt es regelmäßig im Betrieb der Windkraftanlage,
bedingt durch die hohen Giermomente, zu Lastspitzen an den Motoren,
den entsprechenden Getrieben bzw. der Verzahnung der Gondellagerung. Diese
Lastspitzen können
im schlimmsten Fall zur Zerstörung
der betroffenen Komponente führen.
Dies führt
in der Regel zu einem Stillstand der Windkraftanlage, was wiederum
die Gesamtkosten der Stromerzeugung durch die Windkraftanlage deutlich
erhöht.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Drehung einer Maschinengondel,
insbesondere für
eine Windkraftanlage, bereitzustellen, das die genannten Nachteile
vermindert bzw. ganz vermeidet.
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Diese Aufgabe wird von der Anordnung
zur Drehung einer Maschinengondel gemäß des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen,
Ausgestaltungen und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich
aus den abhängigen
Patentansprüchen,
der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Erfindungsgemäß wird eine Anordnung zur Drehung
einer Maschinengondel, insbesondere für eine Windkraftanlage, bereitgestellt,
die eine Gondellagerung zur drehbaren Lagerung der Maschinengondel
auf einem Turm und zumindest einen Antrieb zur Drehung der Maschinengondel
gegenüber
dem Turm aufweist, wobei der Antrieb mit einer Befestigung an der
Maschinengondel oder an dem Turm angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Anordnung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung des Antriebs zumindest
eine Reibfläche
zum Festklemmen des Antriebs aufweist, so dass ab einer vorgegebenen
mechanischen Belastung der Antrieb in der Befestigung bewegbar ist.
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Die erfindungsgemäße Anordnung zur Drehung einer
Maschinengondel besitzt den Vorteil, dass die Befestigung des Antriebs
(oder der Antriebe) in Art einer Sicherheitskupplung oder Rutschkupplung
bei dem Auftreten einer bestimmten, vorgegebenen Extremlast nachgibt
und damit die mechanische Beanspruchung der Antriebskomponenten,
wie beispielsweise Motor, Getriebe und Antriebsritzel, sowie die
mechanische Beanspruchung einer Verzahnung deutlich reduziert wird.
Dies wirkt sich wiederum positiv auf die Lebensdauer der entsprechenden Komponenten
aus, was letztendlich zu einer deutlich Kostenreduktion in der Energieerzeugung
führt.
Im Rahmen von allgemeinen Wartungsarbeiten läßt sich leicht überprüfen, ob
eine Bewegung des Antriebs in der Befestigung stattgefunden hat.
Dementsprechend kann die betroffene Komponente überprüft und ggf. ausgetauscht werden,
was sich wiederum positiv auf die Zuverlässigkeit der gesamten Anlage auswirkt.
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Die Erfindung schließt den Gedanken
ein, dass der Antrieb nicht wie bisher fest in seiner Befestigung
fixiert, beispielsweise verschraubt, ist sondern in seiner Befestigung
festgeklemmt ist, so dass ab einer vorgegebenen Last ein Rutschen
des Antriebs die Last zu einem wesentlich Teil abbauen kann. Ein entsprechendes
Rutschmoment kann mit guter Genauigkeit eingestellt und dynamische Überhöhungen der
Last, beispielsweise aufgrund von Getriebeübersetzungen, können vermieden
werden. Die Erfindung ist dabei nicht auf Anwendungen in der Windenergieerzeugung
beschränkt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst
die Befestigung des Antriebs eine Klauenbefestigung, welche eine
Reibfläche
aufweist. Ebenso ist es möglich,
wenn die Befestigung des Antriebs zumindest einen Spannsatz umfasst,
welcher eine Reibfläche
aufweist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform
ist an der Befestigung des Antriebs zumindest eine Reibfläche vorgesehen,
so dass ab einem vorgegebenen Drehmoment der Antrieb in der Befestigung
bewegbar ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform
ist die Reibfläche
von der Oberfläche
zumindest eines Reibbelags gebildet oder es ist an der Oberfläche des
Antriebs ein Reibbelag vorgesehen. Dabei ist es bevorzugt, wenn
der Reibbelag Bronze, insbesondere Sinterbronze, oder Kunststoff
aufweist. Dementsprechend können
Reibpaarungen wie beispielsweise Stahl/Bronze, Gußeisen/Bronze
oder Gußeisen/Bronze
eingesetzt werden.
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Weiterhin ist es bevorzugt, wenn
zumindest ein Sensorsystem vorgesehen ist, das eine Bewegung des
Antriebs in der Befestigung registriert. Dies hat den Vorteil, dass
eine Bewegung des Antriebs in der Befestigung nicht erst bei einer
routinemäßigen Wartung
der Anlage sondern sofort registriert und ggf. entsprechende Wartungsmaßnahmen
ergriffen werden können.
Dabei ist es insbesondere bevorzugt, wenn der Sensor mit einer Anlagensteuerung und/oder Überwachungszentrale
verbunden ist. Als Sensorsystem können beispielsweise optische
Sensorsysteme in Art einer Lichtschranke oder mechanische Sensorsysteme
eingesetzt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform
ist der Antrieb an der Maschinengondel befestigt. Weiterhin ist
es bevorzugt, wenn der Antrieb ein Getriebe und ein Antriebsritzel
aufweist, das mit einer Verzahnung in Eingriff steht. Darüber hinaus ist
es bevorzugt, wenn die Gondellagerung zur drehbaren Lagerung der
Maschinengondel als Wälzlager, insbesondere
als ein- oder zweireihiges
Kugel- oder Rollenlager, oder Gleitlager ausgeführt ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform
ist die Energiezuführung
zu dem Antrieb über
schleifende Kontakte ausgeführt.
Darüber
hinaus ist es bevorzugt, wenn die Energiezuführung zu dem Antrieb mit zumindest
einem Kabel über
eine Kabelführung
ausgeführt
ist, die eine Bewegung des Antriebs erlaubt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
von Figuren der Zeichnungen näher
dargestellt. Es zeigen:
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1 eine
schematische perspektivische Darstellung einer auf dem Turm einer
Windkraftanlage montierten Maschinengondel;
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2 eine
Draufsicht auf die Grundplatte einer anderen Maschinengondel gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
Detailsicht auf einen Antrieb in seiner Befestigung gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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4 eine
Detailsicht auf einen Antrieb in seiner Befestigung gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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5 eine
Detailsicht auf eine Kabelführung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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In 1 ist
skizzenartig eine auf einem Turm 1 einer Windkraftanlage
montierte Maschinengondel 3 gezeigt, von deren Maschinenkomponenten
hier nur die Rotorwelle 5 und der Wellenflansch 5a für die Rotornabe
einzeln bezeichnet sind. Die Tragstruktur der Maschinengondel 3 ist
durch einen Maschinenrahmen 7 mit einer annähernd rechteckigen
Grundplatte 7a und einer aufgeschweißten Maschinenhalterung 7b gebildet.
Den oberen Abschluß des
Turmes 1 bildet ein Turmkopf-Lagerring 9 mit Außenverzahnung 9a,
der koaxial als Außenlagerring
einen (hier nicht zu erkennenden) gondelseitigen Innenlagerririg
eines Großwälzlagers
unter dem Maschinenrahmen 7 umschließt. Im Maschinenrahmen 7 sitzen vier
Antriebe 11 (von denen aus der Figurenperspektive nur zwei
zu sehen sind) mit jeweils einem als Antriebs- und Bremsmotor dienenden
Elektromotor 11a und einem Ritzel 11b, das mit
der Außenverzahnung 9a des
Turmkopf-Lagerringes 9 im
Eingriff steht.
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2 zeigt
in der Draufsicht eine weitere Ausführung eines Maschinenrahmens 7.
Bei dieser Draufsicht sind im Gegensatz zu 1 die Maschinenkomponenten aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht
gezeigt. Bei dieser Ausführungsform
sind die Antriebe zur Drehung der Maschinengondel innerhalb des
Maschinenrahmens 7 angebracht. Die Grundplatte 7a ruht
auf einem Lagerring des Großwälzlagers
und ist aus dessen Gestalt entwickelt. Die Grundplatte 7a weist
dabei vier Befestigungen zur Aufnahme der Antriebe 1i auf.
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Die Befestigungen zur Aufnahme der
Antriebe 11 sowie die Antriebe gemäß 2 sind in 3 genauer
dargestellt. Wie aus 3 ersichtlich,
weist jeder Antrieb 11 zwischen dem Elektromotor 11a und dem
Antriebsritzel 11b ein Getriebe 11c auf, das eine relativ
schnelle Drehung des Elektromotors 11a in eine relativ
langsame Drehung des Antriebsritzels übersetzt. Die Befestigungen
zur Aufnahme der Antriebe 11 umfasst in der dargestellten
Ausführungsform
eine Klauenbefestigung 20. Dabei ist an der Oberfläche der
Grundplatte 7a sowie an der Innenseite der Klauenbefestigung 20 jeweils
ein Reibbelag 18 bzw. 19 angeordnet. Die Reibbeläge interagieren mit
dem jeweiligen Antrieb derart, dass sich Reibflächen bilden, so dass ab einer
vorgegebenen mechanischen Belastung der Antrieb 11 zwischen
Klauenbefestigung und Grundplatte bewegbar ist. Insbesondere sind
die Reibflächen
so ausgebildet, dass ab einem vorgegebenen Drehmoment der Antrieb
in der Befestigung bewegbar, insbesondere drehbar ist.
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4 zeigt
eine Detailsicht auf einen Antrieb in seiner Befestigung gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Befestigungen zur Aufnahme der Antriebe 11 umfasst
in der dargestellten Ausführungsform
einen Spannsatz 21. Weiterhin sind auch Ausführungsformen
möglich,
bei denen sowohl eine Klauenbefestigung als auch ein Spannsatz verwendet
wird.
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5 zeigt
eine Detailsicht auf eine Kabelführung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Dabei wird Stromkabel 23 zur
Energieversorgung des Elektromotors 11a so über eine Kabelführung von
oben an den Elektromotors 11a herangeführt, dass eine Drehung des
Antriebs möglich ist
ohne dass die Energieversorgung des Elektromotors 11a unterbrochen
wird.
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Die erfindungsgemäße Anordnung zur Drehung einer
Maschinengondel besitzt den Vorteil, dass die Befestigung des Antriebs
(oder der Antriebe) in Art einer Sicherheitskupplung oder Rutschkupplung
bei dem Auftreten einer bestimmten, vorgegebenen Extremlast nachgibt
und damit die mechanische Beanspruchung der Antriebskomponenten,
wie beispielsweise Motor, Getriebe und Antriebsritzel, sowie die
mechanische Beanspruchung der Verzahnung der Gondellagerung deutlich
reduziert wird. Dies wirkt sich wiederum positiv auf die Lebensdauer der
entsprechenden Komponenten aus, was letztendlich zu einer deutlich
Kostenreduktion in der Energieerzeugung führt. Im Rahmen von allgemeinen Wartungsarbeiten
läßt sich
leicht überprüfen, ob
eine Bewegung des Antriebs in der Befestigung stattgefunden hat.
Dementsprechend kann die betroffene Komponente überprüft und ggf. ausgetauscht werden,
was sich wiederum positiv auf die Zuverlässigkeit der gesamten Anlage
auswirkt.
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Die Erfindung beschränkt sich
in ihrer Ausführung
nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele.
Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten möglich, welche von der dargestellten
Lösung
auch in anders gearteter Ausführung
Gebrauch machen.
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So unterliegt die genaue Positionierung
der Antriebe auf dem Maschinenträger
in der Praxis bestimmten konstruktiven Limitierungen und kann von der
Prinzipdarstellung nach 1 oder 2 abweichen. Auch die Anzahl
und Art der Antriebe und der sie tragenden Befestigungen sind natürlich in
Abhängigkeit
vom konkreten Anwendungsfall variierbar. Insbesondere ist auch die
Anordnung der Verzahnung vertauschbar, so dass sich eine innenverzahnte Drehverbindung
ergibt. Weiterhin ist die Erfindung auch bei einer Anlage mit turmfester
Anordnung der Antriebe und gondelfester Verzahnung anwendbar.