DE10334448B4

DE10334448B4 - Windkraftanlage

Info

Publication number: DE10334448B4
Application number: DE10334448A
Authority: DE
Inventors: Marcus Köhnlein; Burkhart Dr.-Ing. Pinnekamp; Toni Dr.-Ing. Weiss
Original assignee: Renk GmbH
Current assignee: Renk GmbH
Priority date: 2003-07-29
Filing date: 2003-07-29
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2023-07-30
Also published as: DE10334448A1

Abstract

Windkraftanlage mit einem Rotor (1) zum Antrieb eines Generators (4), wobei ein weiterer Antrieb als Drehvorrichtung (20) vorgesehen ist, durch welchen die Antriebselemente in vorgebbare Drehwinkellagen drehbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehvorrichtung (20) unter Last an die Antriebselemente der Windkraftanlage an- und abkoppelbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage gemäß dem Patentanspruch 1.

Windkraftanlagen sind allgemein bekannt und dienen zur Erzeugung von elektrischem Strom aus Windenergie. Dazu werden Rotoren durch Windblätter in Drehung versetzt und die kinetische Energie wird in einem Generator in elektrischen Strom umgewandelt. Der Antrieb des Generators kann dabei direkt über eine Rotorwelle oder über ein zwischengeschaltetes Getriebe erfolgen.

Rotordrehvorrichtungen für Turbinen sind ebenfalls allgemein bekannt und werden eingesetzt, um Triebstränge mit langsamer Drehzahl zu drehen. Abgeleitet vom englischen Wort "turn" werden sie oft auch als "Turnantriebe" bezeichnet.

Bei Turbinenanlagen kann eine Rotordrehvorrichtung auch als Starthilfe oder nach dem Auslaufen zum Auskühlen der Turbinenwelle bei langsamer Drehung eingesetzt werden. Auch andere Anlagen wie beispielsweise Verdichteranlagen können während ihres Abkühlens langsam gedreht werden, um bleibende Verformungen an den Rotoren zu vermeiden. Das langsame Drehen eines Triebstranges kann auch als Montage- bzw. Wartungshilfe dienen.

Drehvorrichtungen, welche an ein freies Wellenende angeflanscht sind, werden als axiale Drehvorrichtungen bezeichnet. Wenn für den Anbau einer axialen Ausführung kein freies Wellenende des Triebstranges verfügbar ist, so kann eine radiale Rotordrehvorrichtung vorgesehen werden. Diese treiben über ein Zahnrad der Drehvorrichtung in ein Zahnrad des Antriebsstranges ein.

Aus der DE 100 31 473 C1 ist eine Vorrichtung zum Drehen einer mit einem Rotor verbundenen oder gekoppelten Welle einer Windkraftanlage bekannt, wobei zur Erzeugung der Drehbewegung ein handbetriebenes Werkzeug oder ein motorisch angetriebenes Werkzeug, wie z.B. eine Bohrmaschine vorgesehen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Vorrichtung zu schaffen, mit welcher der Triebstrang einer Windkraftanlage gedreht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Drehvorrichtung kann in vorteilhafter Weise koaxial zu einem Windkraftgetriebe angeordnet und besonders günstig innerhalb des Getriebegehäuses integriert werden, so dass keine Abdichtungsprobleme an austretenden Wellen auftreten.

Durch den besonders vorteilhaften Einsatz einer elektromagnetisch schaltbaren Kupplung kann die Drehvorrichtung einfach durch Knopfdruck bedient werden und lässt sich in nutzbringender Weise auch unter Last schalten.

Durch eine Drehzahlüberwachung kann die Drehvorrichtung vorteilhaft automatisch abgeschaltet werden.

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung mit der Beschreibung.

Nachfolgend werden die Merkmale der vorliegenden Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform näher erläutert. In den zugehörigen schematischen Zeichnungen zeigt die
1 eine erfindungsgemäße Windkraftanlage,
2 gibt einen räumlichen Eindruck des Ausschnitts X aus 1 wieder und
3 stellt den Ausschnitt X als Schnitt dar.
Die 1 zeigt einen Turm mit einer Gondel und einem Rotor 1 einer Windkraftanlage. Am Rotor 1 sind die zugehörigen Rotorblätter nur andeutungsweise eingezeichnet. Die beispielhaft dargestellte Ausführung treibt über eine Antriebs- oder Rotorwelle 9, ein Getriebe 2 sowie eine Abtriebs-/Ausgangswelle 3 einen Generator 4 an, der die kinetische in elektrische Energie umwandelt.
Das hier beispielhaft vorgesehene Getriebe 2 ist in einem Getriebegehäuse 7 untergebracht und nur sehr schematisch dargestellt. Die Rotorwelle 9 treibt ein Hohlrad 8 an, welches die Antriebsleistung über vorzugsweise drei Planetenräder 10, auf deren Wellen jeweils ein weiteres Planetenrad 11 angeordnet ist, auf ein Sonnenrad 5 überträgt. Auf der Welle des Sonnenrades 5 ist ein Stirnrad 6 angeordnet, welches mit einem Ritzel 12 kämmt, das auf der Abtriebswelle 3 angeordnet ist.
Mit dem – nach außen geführten – Ende der Abtriebswelle 3 ist der Generator 4 verbunden. Das innerhalb des Getriebegehäuses 7 in einer Gehäusewand 13 gelagerte andere Ende der Abtriebswelle 3 ist mit einer Drehvorrichtung 20 verbunden.
Neben der Anordnung der Drehvorrichtung 20 an einer Getriebewelle ist es bei einem direkt angetrieben Generator auch denkbar, die erfindungsgemäße Drehvor richtung am freien Ende der Generatorwelle anzuordnen. Weiterhin ist es auch möglich, ein Getriebe mit nur einer Planetengetriebestufe vorzusehen.
Mit der Drehvorrichtung 20 können die Antriebselemente, wie die Rotorwelle 9 bei direktem Antrieb oder die Getrieberäder und -wellen bei indirektem Antrieb, gezielt in vorgegebene Drehwinkelpositionen gedreht werden. Das Drehen der Antriebselemente sowie des Rotors 1 kann für die Montage, Einstellung, Wartung oder Reparatur der Anlage erforderlich sein.
Die vorteilhafte erfindungsgemäße Anordnung der Drehvorrichtung 20 geht aus der 2 hervor, welche den Ausschnitt X räumlich darstellt. Diese räumliche Ansicht ergibt sich, wenn man bei der 1 aus der Bildebene heraus schaut bzw. den Ausschnitt X aus 1 von hinten betrachtet. Zur besseren Übersicht sind in dieser Darstellung alle den Blick verdeckenden Teile weggelassen, so dass lediglich zwei der Planetenräder 11 sowie das Stirnrad 6 und das Ritzel 12 in ihrer räumlichen Anordnung zueinander ersichtlich sind. Die Abtriebswelle 3 ist in Lagern 14 gelagert und an ihrem – von den Zahnrädern bzw. vom Getriebe weggerichteten – Ende mit dem Generator 4 verbunden. An ihrem anderen – innerhalb des Getriebes befindlichen – Ende ist vorzugsweise die Drehvorrichtung 20 angeordnet, die sich in besonders vorteilhafter Weise in der Ebene der Planetengetriebestufe im Zwischenraum zwischen den Planetenrädern 11 befindet. Vorzugsweise wird als Antrieb für die Drehvorrichtung ein Kegelradgetriebemotor eingesetzt, wobei in dieser Ansicht der zugehörige Elektromotor nicht dargestellt ist. Selbstverständlich sind auch andere Antriebe möglich.
Durch die Ausnutzung des ohnehin vorhandenen Freiraums zwischen den Planetenrädern 11 muss für die Drehvorrichtung 20 kein zusätzlicher Bauraum vorgesehen werden, so dass sich die Baugröße des Getriebes sowie der gesamten Anlage durch die Drehvorrichtung 20 nicht vergrößert. Durch die vorteilhafte Anordnung der Drehvorrichtung innerhalb des Getriebegehäuses muss neben der Abtriebswelle 3 keine weitere Welle aus dem Gehäuse geführt werden. Dadurch entfallen die Probleme einer Wellendurchführung, wie zusätzliche Lagerungen sowie entsprechende Abdichtungen an einer sich drehenden Welle.
Die Befestigung sowie die Funktion der Drehvorrichtung 20 gehen aus 3 hervor, die einen Schnitt des Ausschnitts X von 1 – von vorn betrachtet – darstellt. Diese Schnittdarstellung ist auf das – innerhalb des Getriebes 2 in einem Lager 14 gelagerte – Ende der Abtriebswelle 3 sowie die Drehvorrichtung 20 beschränkt. Der Antrieb der Drehvorrichtung 20 – vorzugsweise ein Kegelradgetriebemotor 21 ist mit einem – ein- oder mehrteiligen – Flansch 22 an einer Gehäuse-Innenwand 13 im Inneren des Getriebes 2 befestigt. Der Antrieb ist so angeordnet, dass sich seine Welle 24 koaxial zum Ende der Abtriebswelle 3 des Getriebes 2 hin erstreckt. Auf der Welle 24 ist eine erste Kupplungshälfte 29 drehfest angeordnet. Auf der Wellenachse zum Ende der Abtriebswelle 3 des Getriebes hin versetzt ist eine weitere Kupplungshälfte 27 angeordnet. Diese zweite Kupplungs hälfte 27 ist drehfest in einer Zahnkupplung 26 axial verschiebbar auf der Welle 24 angeordnet. Die Zahnkupplung 26 ist an einem Kupplungsstück 25 vorgesehen, welches drehbar auf der Welle 24 der Drehvorrichtung 20 angeordnet ist und über eine weitere Zahnkupplung 30 eine drehfeste Verbindung mit der Abtriebswelle 3 des Getriebes herstellt. Die Zahnkupplungen 26, 30 sind vorzugsweise mit balligen Zähnen ausgeführt, so dass etwaiger Winkel- und/oder Axialversatz zwischen der Welle 24 und der Abtriebswelle 3 ausgeglichen werden kann. Derartig verzahnte Kupplungen sind unter dem markenrechtlich geschützten Begriff "Bogenzahnkupplungen" im Handel erhältlich.
Mit einem – an der ersten Kupplungshälfte 29 vorgesehenen – Elektromagneten 23 kann die zweite Kupplungshälfte 27 angezogen werden, so dass eine, an beiden Kupplungshälften 27, 29 angeordnete, Kupplungsverzahnung 28 in Eingriff kommt und eine drehfeste Verbindung zwischen den Kupplungshälften 27, 29 herstellt. Die Kupplungsverzahnung 28 kann beispielsweise als sogenannte "Plan-Kerbverzahnung" ausgeführt sein. Durch die geschlossene Kupplung wird die Drehbewegung der Welle 24 über die Kupplungshälften 29, 27 und das Kupplungsstück 25 auf die Abtriebswelle 3 des Getriebes übertragen. Durch diese drehfeste Verbindung können die Antriebselemente sowie der Rotor der Windkraftanlage auch bei Windstille und abgekoppeltem Generator in beliebige Positionen gedreht werden.
Zum Ausrücken der Kupplung kann der Elektromagnet 23 über einen elektrischen Schalter abgeschaltet werden und ggf. eine Feder vorgesehen werden, welche die zweite Kupplungshälfte 27 aus der ersten Kupplungshälfte 29 ausrückt.
Durch entsprechende Auslegung der Kupplungsverzahnung 28 kann die Drehvorrichtung unter Last an- oder abgekoppelt werden.
Durch entsprechende elektrische Verschaltung bzw. Verkabelung mit Schaltern kann die Drehvorrichtung einfach über Knopfdruck bedient werden.
Es können auch eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung sowie Mittel zur Drehzahlüberwachung vorgesehen werden, durch welche die Drehzahl der Windkraftanlage sowie der Drehvorrichtung 20 überwacht bzw. gesteuert werden können. So kann beispielsweise eine bestimmte Drehzahl vorgegeben werden, bei welcher die Drehvorrichtung automatisch abgeschaltet wird.
Besonders vorteilhaft für das An- und Abkoppeln der Drehvorrichtung 20, ist der Einsatz einer Elektromagnetkupplung der Baurreihe EZA der Firma Stromag AG, DE-59425 Unna. Vergleichbare Produkte anderer Hersteller sind selbstverständlich auch möglich.

Claims

Windkraftanlage mit einem Rotor (1) zum Antrieb eines Generators (4), wobei ein weiterer Antrieb als Drehvorrichtung (20) vorgesehen ist, durch welchen die Antriebselemente in vorgebbare Drehwinkellagen drehbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehvorrichtung (20) unter Last an die Antriebselemente der Windkraftanlage an- und abkoppelbar ist.
Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rotor (1) und dem Generator (4) ein Getriebe (2) vorgesehen ist und die Drehvorrichtung (20) in axialer Richtung an einem Ende einer Ausgangswelle (3) des Getriebes (2) angeordnet ist.
Windkraftanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (2) mindestens eine Planetengetriebestufe innerhalb eines Getriebegehäuses (7) enthält und die Drehvorrichtung (20) innerhalb dieses Getriebegehäuses (7) integriert ist, wobei die Drehvorrichtung (20) im Zwischenraum zwischen Planetenrädern (11) dieser Planetengetriebestufe angeordnet ist.
Windkraftanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehvorrichtung (20) aus einem Motor (21) besteht, der an einer Gehäusewand (13) des Getriebes (2) befestigt ist und dessen Welle (24) über eine elektromagnetisch betätigbare Kupplung mit der Ausgangswelle (3) des Getriebes (2) kuppelbar ist.
Windkraftanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Kupplung auf der Welle (24) des Motors (21) angeordnet ist, wobei eine erste Kupplungshälfte (29) drehfest mit der Welle verbunden ist und eine weitere Kupplungshälfte (27) in axialer Richtung verschiebbar auf einer Zahnkupplung (26) eines drehbar auf der Welle (24) gelagerten Kupplungsstückes (25) angeordnet ist, das über eine weitere Zahnkupplung (30) drehfest mit der Ausgangswelle (3) verbunden ist und durch Schalten der Kupplung die axial verschiebbare Kupplungshälfte (27) an die erste Kupplungshälfte (29) angezogen wird und durch eine Kupplungsverzahnung (28) eine drehfeste Verbindung zwischen den beiden Kupplungshälften (27, 29) herstellbar ist.
Windkraftanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Kupplung durch Federkraft ausrückbar ist.
Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungs-/Regelungseinrichtung sowie Mittel zur Drehzahlüberwachung vorgesehen sind und die Drehvorrichtung (20) bei vorgebbarer Drehzahl abschaltbar ist.