DE202009009517U1 - Windenergieanlage mit drehbarem Turm - Google Patents

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Abstract

Eine Windenergieanlage mit horizontaler Achse (HWEA) mit einem drehbaren Turm, der in eine Basis eingesetzt ist, die einen Hohlzylinder bildet, einem Drehmotor und einem Getriebe außerhalb des Turms, wobei der Drehmotor auf dem Grund befestigt ist und dazu dient, den Turm so zu drehen, daß die Rotorblätter in den Wind gedreht werden können.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • (a) Bereich der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit horizontaler Achse (HWEA), bei der der Turm um seine Hochachse gedreht werden kann.
  • (b) Beschreibung des derzeitigen Standes der Technik
  • Bei einer HWEA, wie in 1 dargestellt, rotieren die Windflügel um eine horizontale Achse. Eine herkömmliche HWEA enthält einen Turm (12), eine Gondel (13) und eine Drehvorrichtung (11), mit der die Gondel (13) um die Hochachse gedreht werden kann. Die Gondel (13) enthält Getriebe, Bremsen und den Generator. Rotorblätter (14) sind verdrehbar an der aus der Gondel (13) herausragenden horizontalen Welle befestigt und versetzen die Welle unter dem Einfluß des Windes (10) in Rotation.
  • Der Turm (12) ist fest im Grund (01) verankert, während sich die Gondel (13) und die Rotorblätter (14) unter dem Einfluß des Windes bewegen. Die Drehvorrichtung (11), die die Verbindung zwischen Turm (12) und Gondel (13) herstellt muß daher sowohl das Gewicht der Gondel (13) und der Rotorblätter (14) als auch verschiedene durch den Winddruck und einen Drehmotor hervorgerufene Kräfte aufnehmen. Die mechanischen Anforderungen an die Drehvorrichtung (11) sind deshalb hoch und ihre Herstellung ist aufwendig.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 Schematische Darstellung einer herkömmlichen HWEA
  • 2 Schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen HWEA
  • 3 Schematische Darstellung einer modifizierten Ausführung einer erfindungsgemäßen HWEA
  • 4 Eine weitere bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung
  • 5 Noch eine weitere bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung
  • 6 Die vorliegende Erfindung zur Installation auf einer schwimmenden Platform
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführung
  • 2 zeigt eine erfindungsgemäße HWEA, bei der Gondel (13) und Turm (12) starr miteinander verbunden sind, so daß die bei herkömmlichen HWEA, wie in 1 dargestellt, erforderliche Drehvorrichtung (11) nicht mehr benötigt wird und eine einfache mechanische Struktur entsteht, die kostengünstig zu fertigen ist. Ein stählerner Hohlzylinder wird im Grund (01) eingegraben oder – wie später gezeigt werden wird – auf einer schwimmenden Platform befestigt und stellt die Basis (15) dar.
  • Der Turm (12) wird in die Basis (15) eingesetzt, wo er auf einer oder mehreren Stahlkugeln (16) ruht. Die Stahlkugel(n) (16) werden von einer Basisplatte (23) unterstützt und von einem Haltering (24) in ihrer Position gehalten. Lagervorrichtungen bzw drehbare flache Stahlringe mit abgerundeten Kanten oder Stahlugeln (17A, 17B) werden zwischen dem Turm (12) und der Innenwand der Basis (15) angebracht, um die Drehung des Turms zu ermöglichen. Die Stahlkugeln (17A, 17B) werden von Unterstützungsringen (22A, 22B), die am Turm (12) befestigt sind in ihrer Lage gehalten.
  • Die Basis (15) kann auf der Außenseite mit Beton umgeben werden. Auch der untere Abschnitt des hohlen Turms (12) kann zur Erhöhung der Festigkeit mit Beton oder einem anderen harten Material gefüllt werden.
  • Ein von einem Drehmotor (19) angetriebenes Getriebe (18) ist am Turm (12) befestigt und ermöglicht es, diesen so zu drehen, daß die Rotorblätter (14) in den Wind gedreht werden.
  • Die Kräfte und Momente, die bei herkömmlichen HWEA von der Drehvorrichtung (11) aufgenommen werden müssen, werden bei der erfindungsgemäßen Konstruktion wie folgt aufgeteilt:
    • 1. das Gewicht von Gondel (13), Turm (12) und Rotorblättern (14) wird von den Stahlkugeln (16) und der Basisplatte (23) aufgenommen.
    • 2. das Gewicht der Drehvorrichtung und des Drehmotors (19) wird vom Grund bzw. von Unterstützungsrahmen aufgenommen.
    • 3. die durch den anströmenden Wind hervorgerufene Kraft wird von den Lagern (17A, 17B) und der Basis (15) aufgenommen.
    • 4. das zur Drehung des Turms benötigte Drehmoment wird vom Getriebe (18) aufgenommen.
  • In der Folge ist die Beanspruchung für jede Komponente relativ niedrig und der Wegfall der Drehvorrichtung (11) aus 1 macht die Struktur einfach und kostengünstig.
  • 3 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung bei der das Getriebe (18) und der Drehmotor (19) durch eine Winde (30) ersetzt werden, die den Turm (12) mit einem Stahlseil (31) dreht. Zur Unterstützung kann noch eine Steuerflosse (20) zusätzlich angebracht werden. Falls sich der Turm mehrere Male um seine eigene Achse gedreht hat und Gefahr besteht, daß die Kabelverbindung abreißt, kann die Winde (30) den Turm (12) um eine entsprechende Anzahl Umdrehungen zurückdrehen. Die Steuerflosse (20) wird mit den Hilfsrahmen (21A, 21B) am Turm (12) befestigt. Sie ist aus Metallplatten, Kunststoffplatten oder Segeltuch, das zum Schutz gegen Windbruch bei Windgeschwindigkeiten von mehr als 30 m/s automatisch aufgerollt werden kann hergestellt.
  • 4 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung, bei der die Gondel (13) nicht auf voller Höhe angebracht wird, sondern z. B. auf einem tiefer liegenden Hilfsrahmen (21A). Die Hauptwelle (25) wird dabei von einem oder mehreren Lager (26) auf dem Turm (12) gehalten. An ihr ist eine Kraftübertragungsvorrichtung (27) wie z. B. ein Getriebe oder ein Riemenantrieb angebracht, die auf eine Vorrichtung (28) einwirkt, die mit der Gondel (13) verbunden ist, um elektrische Energie zu erzeugen. Auf diese Weise kann das von der Gondel (13) auf den Turm (12) ausgeübte Moment beträchtlich reduziert und die Rotationsgeschwindigkeit ohne das sonst übliche Getriebe in der Gondel (13) erhöht werden.
  • 5 zeigt eine Anordnung bei der eine Hauptwelle (25) von Hilfstürmen (12A, 12B) über Lager (26A, 26B) und Rollen (29A, 29B) auf dem Grund (01) unterstützt wird, die eine freie Drehung des Turms (12) erlauben.
  • 6 zeigt eine Ausführung bei der die Basis (15) mittels eines Haltegestells (35) auf einem Schwimmkörper (32) montiert ist, der auf der Wasseroberfläche (02) schwimmt und mit einem Seil an einem Haltepunkt (34) gegen Abdrift verankert ist.

Claims (9)

  1. Eine Windenergieanlage mit horizontaler Achse (HWEA) mit einem drehbaren Turm, der in eine Basis eingesetzt ist, die einen Hohlzylinder bildet, einem Drehmotor und einem Getriebe außerhalb des Turms, wobei der Drehmotor auf dem Grund befestigt ist und dazu dient, den Turm so zu drehen, daß die Rotorblätter in den Wind gedreht werden können.
  2. Die Windenergieanlage mit horizontaler Achse (HWEA) aus Anspruch 1, bei der sowohl der Turm als auch die Basis ein Chassis haben und bei der Stahlkugeln zwischen diesen Chassis sind, um eine Rotation des Turms zu ermöglichen oder bei der flache Stahlringe mit abgerundeten Kanten zwischen der Basis und dem Turm angebracht sind, um eine Drehung des Turms zu ermöglichen.
  3. Die Windenergieanlage mit horizontaler Achse (HWEA) aus Anspruch 1, bei der die Gondel und der Turm fest zu einer Einheit verbunden sind, so daß wenn sich der Turm dreht, Gondel und Rotorblätter dieser Drehung folgen.
  4. Die Windenergieanlage mit horizontaler Achse (HWEA) aus Anspruch 1, bei der der Turm entweder als hohle Stahlröhre ausgeführt ist oder im unteren Teil mit Beton oder einem anderen harten Material verfüllt ist, um seine Festigkeit zu vergrößern.
  5. Die Windenergieanlage mit horizontaler Achse (HWEA) aus Anspruch 1, bei der die Drehung des Turms entweder von einer Kombination von einem Drehmotor mit einem Getriebe oder einer Winde veranlaßt wird, die ihre Steuersignale von einem Anemometer erhält, wobei zusätzlich eine Schwanzflosse montiert sein kann.
  6. Die Windenergieanlage mit horizontaler Achse (HWEA) aus Anspruch 1, bei der die Basis entweder im Grund eingegraben oder auf einer schwimmenden Platform, die mit einem Seil an einer Unterwasserplatform verankert ist angebracht ist.
  7. Die Windenergieanlage mit horizontaler Achse (HWEA) aus Anspruch 1, bei der die Gondel unterhalb der vollen Höhe angebracht ist und von einem am Turm befestigten Hilfsrahmen unterstützt wird, und die eine Kraftübertragungsvorrichtung zwischen Gondel und Hauptwelle zum Generator benutzt.
  8. Die Windenergieanlage mit horizontaler Achse (HWEA) aus Anspruch 7, bei der der Kraftübertragungsmechanismus eine mehrstufige Konfiguration hat und das herkömmlicherweise in der Gondel untergebrachte Getriebe ersetzt.
  9. Die Windenergieanlage mit horizontaler Achse (HWEA) aus Anspruch 7, bei der die Hauptwelle von ein oder zwei Hilfstürmen unterstützt wird, die auf Rollen gelagert sind, um sich leicht um den Turm herum drehen zu können.
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