DE19962978C1 - Windenergieanlage mit einem turmgestützten Maschinenkopf - Google Patents

Windenergieanlage mit einem turmgestützten Maschinenkopf

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit einem turmgestützten Maschinenkopf, der auf dem Turmkopf um die vertikale Turmachse drehbar gelagert ist, wobei am Turm und am Maschinenkopf komplementäre Flansche für ein Drehlager sowie zwischen dem Turmkopf und dem Maschinenkopf ein Nachführantrieb zur windrichtungsabhängigen Drehung des Maschinenkopfes um die Turmachse vorgesehen sind. DOLLAR A Die Erfindung hat zum Ziel, diesen Nachteilen zu begegnen. Sie besteht darin, daß das Drehlager als Gleitlager zur Führung des Maschinenkopfes in radialer sowie axialer (Turmachse) Richtung ausgebildet ist. Ein Gleitlager ist naturgemäß wesentlich besser geeignet, hohe Kräfte bei geringen Bewegungen aufzunehmen. Im vorliegenden Fall aber kommt hinzu, daß die Gleitreibung im Lager eine Art natürliche Dämpfung allzu hektischer Nachführbewegungen bewirkt. Mehr noch: Weil die Haftreibung, welche dem Beginn einer Nachführbewegung entgegengesetzt wird, im wesentlichen unabhängig von der Materialpaarung stets größer ist als die nach ihrer Überwindung einsetzende Gleitreibung, wird die Nachführung bei kurzzeitigen und/oder geringfügigen Windrichtungswechseln gänzlich unterdrückt. DOLLAR A Windenergieanlage mit einem turmgestützten Maschinenkopf, der auf dem Turmkopf um die vertikale Turmachse drehbar gelagert ist, wobei am Turm- und am Maschinenkopf komplementäre Flansche für ein Drehlager sowie zwischen dem Turmkopf und dem Maschinenkopf ein Nachführantrieb zur windrichtungsabhängigen Drehung des ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit einem turmgestützten Maschinen­ kopf, der auf dem Turmkopf um die vertikale Turmachse drehbar gelagert ist, wobei am Turm und am Maschinenkopf komplementäre Flansche für ein Drehlager sowie zwischen dem Turmkopf und dem Maschinenkopf ein Nachführantrieb zur windrichtungsabhängigen Drehung des Maschinenkopfes um die Turmachse vorgesehen sind.
Das im allgemeinen als Azimutlager bezeichnete Drehlager erlaubt - mit Hilfe des Nachführantriebs - die Einstellung des die Windenergie aufnehmenden Rotors derart, daß je nach Windrichtung der höchste Wirkungsgrad erzielt wird und außerdem bei Stillstand der Anlage die Belastung sämtlicher Anlagenkomponenten so niedrig wie möglich gehalten wird. Üblicherweise besteht das Drehlager, wel­ ches bei Windenergieanlagen hoher Leistung einen großen Durchmesser haben muß, aus einer Kugeldrehverbindung (DE 41 04 137 C2, DE 196 29 168 C1). Weil beim Nachführen des Maschinenkopfes um die Turmachse regelmäßig nur geringe Bewegungen auszuführen sind, aber namentlich bei höheren Windgeschwindigkei­ ten erhebliche Lasten abgetragen werden müssen, resultieren beträchtliche stati­ sche oder quasi-statische Flächenpressungen innerhalb der Kugeldrehverbindung.
Hinzu kommt, daß eine Kugeldrehverbindung naturgemäß - und üblicherweise vorteilhaft - der Drehung nur geringen Widerstand entgegensetzt, was aber im Falle des Azimutlagers dazu führt, daß bei rasch wechselnder Windrichtung - etwa bei böigem Wind - eine 'nervöse' Hin- und Herdrehung des Maschinenkopfes erfolgt; dem versucht man durch eine gedämpfte Steuerung des Nachführens oder auch durch mechanische Bremsen abzuhelfen (DE 41 04 137 C2, 196 29 168 C1, 198 14 629 A1).
Die Erfindung hat zum Ziel, diesen Nachteilen zu begegnen. Sie besteht darin, daß das Drehlager als Gleitlager zur Führung des Maschinenkopfes in radialer sowie axialer (Turmachse) Richtung ausgebildet ist. Ein Gleitlager ist naturgemäß wesent­ lich besser geeignet, hohe Kräfte bei geringen Bewegungen aufzunehmen. Im vorliegenden Fall aber kommt hinzu, daß die Gleitreibung im Lager eine Art natür­ liche Dämpfung allzu hektischer Nachführbewegungen bewirkt. Mehr noch: Weil die Haftreibung, welche dem Beginn einer Nachführbewegung entgegengesetzt wird, im wesentlichen unabhängig von der Materialpaarung stets größer ist als die nach ihrer Überwindung einsetzende Gleitreibung, wird die Nachführung bei kurz­ zeitigen und/oder geringfügigen Windrichtungswechseln gänzlich unterdrückt.
Im Stand der Technik sind Gleitlager selbstverständlich ebenso bekannt wie Wälz­ lager. Sie sind auch bereits als Azimutlager von Windenergieanlagen verwendet worden, jedoch nur bei kleineren Anlagen (Hau, "Windkraftanlagen", S. 270). Weder ist dort ihre vorstehend geschilderte Steuerungsfunktion erkannt worden, noch konnte sie erkennbar in Erscheinung treten.
Vorzugsweise nimmt das Gleitlager in axialer Richtung auftretende Vertikalkräfte sowohl im Auflast- als auch im Abhebesinne auf. Zu diesem Zweck ist vorteilhaft vorgesehen, daß eine am Turmkopf-Flansch angeordnete Ringrippe von rechtecki­ gem Querschnitt in eine am Maschinenkopf-Flansch vorgesehene Ringnut eingreift. Die Ringrippe ist auf ihren freien Flächen mit Gleitbelägen versehen, die vorzugs­ weise segmentartig unterteilt und mit der Rippe sowohl verstiftet als auch verklebt sind. Dies erlaubt die Inspektion der Gleitbeläge und damit des Drehlagers und nötigenfalls das Auswechseln der Gleitbeläge im Betrieb der Windenergieanlage (also ohne Abheben des Maschinenkopfes). Es können auch einzelne Segmente ausgewechselt werden. Zu diesem Zweck ist bevorzugt mindestens eine ver­ schließbare (beispielsweise durch einen Stopfen verschließbare) Wartungsöffnung im Maschinenkopf-Flansch vorgesehen; durch Drehen des Maschinenkopfes kann das gesamte Drehlager abgefahren und gewartet werden.
Die Gleitbeläge bestehen bevorzugt aus einem Metallkunststoffverbund mit einem Stahlrücken und genoppter Acetal-Copolymer-Lauffläche.
Die Schmierung des Gleitlagers erfolgt mittels Dauerschmierpatronen von unten nach oben; Altfett wird auf der Oberseite des Lagers nach außen abgegeben und aufgefangen. Zu diesem Zweck ist unterhalb der Ringnut, in welche die Ringrippe mit den Gleitbelägen eingreift, eine umlaufende Dichtung in den Maschinenkopf- Flansch eingelassen, die den Spalt gegenüber dem Turmkopf-Flansch abdichtet. Oberseitig ist ein Dichtungsstreifen oberhalb der Ringnut derart am Maschinenkopf- Flansch befestigt, daß er mit seinem freien Bereich auf der Oberseite des Turm­ kopf-Flansches aufliegt.
Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel. Darin zeigt:
Fig. 1 einen Querschnitt durch das (leere) Maschinenkopf-Gehäuse mit dem Maschinenkopf-Flansch und das obere Ende des Turms mit dem Turmkopf-Flansch in separiertem Zustand;
Fig. 2 in etwas vergrößertem Maßstab eine der Fig. 1 im wesentlichen entsprechende Darstellung im zusammengesetzten Zustand;
Fig. 3 eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung des Lagerquerschnitts (Kreisausschnitt "X" in Fig. 2); und
Fig. 4 eine schematische Draufsicht auf einen Teil des Maschinenkopfs mit dem Nachführantrieb.
Am oberen Ende des tragenden Turmes 1 ist ein Turmkopf-Flansch 2 befestigt, der aus einem Flanschring 3 und einem Lageraußenring 4 besteht; die Teile 3 und 4 sind durch Schrauben 5 miteinander verbunden. Die Außenseite des Lageraußen­ rings 4 ist mit einer Außenverzahnung 30 versehen, in welche die Ritzel von Getrie­ bemotoren 31 (Fig. 4) eingreifen und auf diese Weise den Nachführantrieb bilden.
Das Maschinenkopfgehäuse 10 hat in üblicher Weise eine Aufnahme 11 für den - nicht dargestellten - Rotor und umschließt in seinem Innern die - ebenfalls nicht dargestellten - mechanischen und elektrischen Aggregate der Windenergieanlage. Unterseitig ist am Maschinenkopfgehäuse 10 ein Maschinenkopf-Flansch 20 befestigt, der aus einem Ring 21 und einem Lagerinnenring 22 besteht. Die Teile 21 und 22 sind untereinander als auch mit dem Maschinenkopfgehäuse 10 mittels Schrauben 23 verbunden.
Im Lagerinnenring 22 ist außenseitig eine Ringnut 24 vorgesehen, die teilweise vom Ring 21 berandet wird. In diese greift im zusammengebauten Zustand (Fig. 2) eine innenseitig am Lageraußenring 4 des Turmkopf-Flansches 2 vorgesehene Ringrippe 6 ein, welche mit teilzylindrischen Gleitbelagsegmenten 7 für die Radial­ führung und oberseitig wie unterseitig mit Kreisring-Gleitbelagsegmenten 8 für die Vertikalführung versehen ist. Die Gleitbelagsegmente 7, 8 sind mit den entspre­ chenden Flächen der Ringrippe 6 verklebt und außerdem mit Stiften 9 befestigt (Fig. 3). In zur Turmachse 12 achsparalleler Richtung ist die Dicke der Ringrippe 6 (einschließlich der Gleitbelagsegmente 8) geringfügig kleiner als die lichte Weite der Ringnut 24, so daß je nach Richtung der Vertikalkraft entweder die oberen oder die unteren Gleitbelagsegmente an den zugehörigen Wandungen der Ringnut 24 anliegen.
Im Maschinenkopf-Flansch 20 ist eine Wartungsöffnung 25 vorgesehen, welche auch im zusammengebauten Zustand und beim Betrieb der Windenergieanlage eine Inspektion und gegebenenfalls Wartung oder Auswechslung der Gleitbelagsegmen­ te 7, 8 ermöglicht. Ferner ist in den Lagerinnenring 22 unterhalb der Ringnut 24 eine Dichtung 26 eingelassen, welche mit der entsprechenden Fläche des Lager­ außenrings 4 zusammenwirkt (Fig. 3). Eine in den Ring 21 eingelassene Lippen­ dichtung 27 liegt auf der Oberseite des Lageraußenrings 4 als Teil des Turmkopf- Flansches 2 auf.
Der Nachführantrieb wird - wie oben schon angedeutet - von vier Elektromotoren 31 gebildet, welche in die Verzahnung 30 des Lageraußenringes 4 mit ihren Ritzeln eingreifen (Fig. 4).

Claims (9)

1. Windenergieanlage mit einem turmgestützten Maschinenkopf, der auf dem Turmkopf um die vertikale Turmachse drehbar gelagert ist, wobei am Turm und am Maschinenkopf komplementäre Flansche für ein Drehlager sowie zwischen dem Turmkopf und dem Maschinenkopf ein Nachführantrieb zur windrichtungsabhängi­ gen Drehung des Maschinenkopfes um die Turmachse vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehlager als Gleitlager zur Führung des Maschi­ nenkopfes (10) in radialer sowie axialer (Turmachse 12) Richtung ausgebildet ist.
2. Windenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitlager in axialer Richtung auftretende Ver­ tikalkräfte im Auflast- und im Abhebesinne aufnimmt.
3. Windenergieanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine am Turmkopf-Flansch (2) angeordnete Ringrippe (6) von rechteckigem Querschnitt in eine am Maschinenkopf-Flansch (20) vor­ gesehene Ringnut (24) eingreift.
4. Windenergieanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringrippe (6) auf ihren freien Flächen mit Gleitbe­ lägen versehen ist.
5. Windenergieanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitbeläge segmentartig unterteilt (Gleitbelag­ segmente 7, 8) und mit der Rippe (6) verbunden, vorzugsweise verstiftet (Stifte 9) und/oder verklebt sind.
6. Windenergieanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitbelagsegmente (7, 8) aus einem Metallkunst­ stoffverbund mit einem Stahlrücken und (genoppter) Acetal-Copolymer-Lauffläche bestehen.
7. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Maschinenkopf-Flansch (20) mindestens eine verschließbare Wartungsöffnung (25) zum Inspizieren und ggf. Auswechseln der Gleitbelagsegmente (7, 8) vorgesehen ist.
8. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in achsparalleler Richtung die Gesamtdicke der Ringrippe (6) (einschließlich der Gleitbelagsegmente 8) geringfügig kleiner als die lichte Weite der Ringnut (24) ist.
9. Windenergieanlage nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Ringnut (24) eine umlaufende Dichtung (26) in den Maschinenkopf-Flansch (20) eingelassen ist, die den Spalt gegenüber dem Turmkopf-Flansch (2) abdichtet.
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