DE202009018902U1

DE202009018902U1 - Windkraftanlage

Info

Publication number: DE202009018902U1
Application number: DE202009018902.3U
Authority: DE
Original assignee: SSB Wind Systems GmbH and Co KG
Current assignee: SSB Wind Systems GmbH and Co KG
Priority date: 2009-09-17
Filing date: 2009-09-17
Publication date: 2014-06-06
Anticipated expiration: 2019-09-18
Also published as: US20120177492A1; EP2478217A2; CN201874753U; CN102022256A; CN102022256B; KR20120081159A; WO2011032897A3; DE102009044036A1; WO2011032897A2

Abstract

Windkraftanlage mit einem Maschinenträger (20), einem um eine Rotorachse (12) drehbar an dem Maschinenträger (20) gelagerten und eine Rotornabe (2) und mehrere Rotorblätter (3, 4, 5) umfassenden Rotor (1), die sich jeweils in Richtung einer quer oder im Wesentlichen quer zur Rotorachse (12) verlaufenden Blattachse (13, 14, 15) erstrecken, um welche das jeweilige Rotorblatt (3, 4, 5) drehbar an der Rotornabe (2) gelagert ist, je Rotorblatt (3, 4, 5) mindestens einem Schaltschrank (9, 10, 11), in dem eine elektrische Schaltung (23, 24, 25) zum Betätigen wenigstens eines Blattwinkelverstellantriebs (26, 27, 28) angeordnet ist, mittels welchem das jeweilige Rotorblatt (3, 4, 5) um seine Blattachse (13, 14, 15) drehbar ist, wobei die Schaltschränke (9, 10, 11) jeweils eine separate bauliche Einheit bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltschränke (9, 10, 11) sich berühren und zu einer kompakten und radial mittig in der Rotornabe (2) sitzenden Schaltschrank-Anordnung (22) zusammengefasst sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit einem Maschinenträger, einem um eine Rotorachse drehbar an dem Maschinenträger gelagerten und eine Rotornabe und mehrere Rotorblätter umfassenden Rotor, die sich jeweils in Richtung einer quer oder im Wesentlichen quer zur Rotorachse verlaufenden Blattachse erstrecken, um welche das jeweilige Rotorblatt drehbar an der Rotornabe gelagert ist, und je Rotorblatt mindestens einem Schaltschrank, in dem eine elektrische Schaltung zum Betätigen wenigstens eines Blattwinkelverstellantriebs angeordnet ist, mittels welchem das jeweilige Rotorblatt um seine Blattachse drehbar ist, wobei die Schaltschränke jeweils eine separate bauliche Einheit bilden.
DE 200 20 232 U A1 offenbart eine Windkraftanlage mit Mitteln zur Verstellung der Rotorblätter um eine Längsachse, die an einer Nabe einer Rotorwelle angeordnet ist, wobei die Mittel mindestens einen Stellantrieb mit mindestens einem Stellmotor zur Verstellung zumindest eines Rotorblatts, mindestens einen Hilfsgenerator zur Auskopplung von elektrischer Energie aus der kinetischen Energie zumindest der Rotorwelle, eine Störfallerkennungseinrichtung, welche bei Erfassung eines Fehlerfalles der Windkraftanlage aktiv wird, und eine Umschalteinrichtung aufweisen, welche bei Aktivierung der Störfallerkennungseinrichtung die elektrische Energie des Hilfsgenerators zumindest an einen Stellmotor zur Verstellung zumindest eines Rotorblattes in eine Fahnenstellung leitet.
WO 2008 138 600 A2 zeigt eine Windenergieanlage umfassend eine Rotor mit verstellbaren Rotorblättern zum Antrieb eines Generators und einer Verstelleinrichtung für die Rotorblätter mit einem Stellmotor, der mindestens eine Erregerwicklung aufweist, wobei die Verstelleinrichtung eine Drehmomentenschwächungseinrichtung umfasst, die selbstständig ein Schleppmoment des Stellmotors verringert. Die Drehmomentenschwächungseinrichtung weist einen Stromteiler auf, der einen Strom durch die Erregerwicklung in der Weise schaltet, dass die Erregerwicklung im Motorbetrieb voll und im Schiebebetrieb nur teilweise von dem Strom durchflossen wird.
US 2008 0003105 A1 zeigt eine Kühlvorrichtung für eine Windkraftanlage, mit wenigsten einer flüssigkeitsdichten röhre, die teilweise mit einem flüssigen Kühlmittel gefüllt ist, wobei ein Ende der Röhre in einem ersten Bereich angeordnet ist und eine anderes Ende der Röhre in einem zweiten Bereich angeordnet ist, und wobei in den beiden Bereichen im Betrieb der Windkraftanlage unterschiedliche Temperaturen vorherrschen. Eines der Enden der wenigstens einen Röhre ist in der Nähe des Zentrums der Rotornabe der Windkraftanlage angeordnet. Ferner sind Schaltschränke vorgesehen, die in wärmeleitendem Kontakt mit der Kühlvorrichtung stehen und von dieser gekühlt werden. Die Schaltschränke sind im Abstand zueinander in der Rotornabe angeordnet.
DE 10 2007 016 023 zeigt eine Windkraftanlage mit einem Rotor an dessen Rotornabe mehrere Rotorblätter um ihre Achse drehbar gehalten sind. In der Rotornabe ist ein Schaltschrank mit einem Akkumulator angeordnet, der über einen Schalter mit einem Elektromotor zur Verstellung des Anstellwinkels eines der Rotorblätter verbunden werden kann.
Derartige Schaltschränke (Pitch-Schaltschränke) werden heute im Bereich der Blattlager der Windkraftanlage befestigt, was aus 4 ersichtlich ist, die einen Rotor 1 mit einer Rotornabe 2 und mehreren an der Rotornabe 2 befestigten Rotorblättern 3, 4 und 5 zeigt, denen jeweils ein Blattlager 6, 7 bzw. 8 zugeordnet ist, mittels welchem das jeweilige Rotorblatt drehbar an der Nabe 2 gelagert ist. Ferner ist jedem Rotorblatt 3, 4 und 5 ein Schaltschrank 9, 10 bzw. 11 zugeordnet, der im Bereich des jeweiligen Blattlagers angeordnet ist. Die Rotorachse 12, um welche der Rotor 1 sich dreht, erstreckt sich gemäß 4 in die Blattebene hinein. Die Blattachse 13, 14 und 15, um welche die jeweiligen Rotorblätter relativ zu der Nabe 2 drehbar sind, verlaufen quer zu der Rotorachse 12.
Nachteilig hieran ist, dass das Design der Schaltschränke an die Rotornabe angepasst werden muss. Da die Naben von Windkraftanlagen in der Praxis aber sehr unterschiedlich sind, führt diese Anpassung zu einem nicht unerheblichen Aufwand.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer Windkraftanlage der eingangs genannten Art das Design der Schaltschränke weitgehend unabhängig von der Form der Rotornabe verwirklichen zu können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Windkraftanlage nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gegeben.
Die erfindungsgemäße Windkraftanlage weist einen Maschinenträger, einen um eine Rotorachse drehbar an dem Maschinenträger gelagerten und eine Rotornabe und mehrere Rotorblätter umfassenden Rotor, die sich jeweils in Richtung einer quer oder im Wesentlichen quer zur Rotorachse verlaufenden Blattachse erstrecken, um welche das jeweilige Rotorblatt drehbar an der Rotornabe gelagert ist, und je Rotorblatt mindestens einen Schaltschrank auf, in dem eine elektrische Schaltung zum Betätigen wenigstens eines Blattwinkelverstellantriebs angeordnet ist, mittels welchem das jeweilige Rotorblatt um seine Blattachse drehbar ist, wobei die Schaltschränke jeweils eine separate bauliche Einheit bilden, sich berühren und zu einer kompakten und radial mittig in der Rotornabe sitzenden Schaltschrank-Anordnung zusammengefasst sind.
Bei der erfindungsgemäßen Windkraftanlage sitzen die Schaltschränke radial mittig oder annähernd radial mittig in der Rotornabe, so dass die Schaltschränke im Abstand zu den Blattlagern angeordnet sind. Solange die Schaltschränke in die Rotornabe hineinpassen, können Form und Größe der Rotornabe variieren, ohne dass eine Anpassung des Schaltschrank-Designs erforderlich ist. Somit ist ein einheitliches Schaltschrank-Design für unterschiedliche Rotornaben verwirklichbar, was mit einer spürbaren Kostenreduzierung einhergeht. Da die Nabenmitte bei herkömmlichen Windkraftanlagen in der Regel frei ist, bereitet die Umsetzung der erfindungsgemäßen Anordnung der Schaltschränke in der Praxis auch keine Probleme. Unter dem Begriff „radial” wird eine senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Rotorachse verlaufende Richtung verstanden.
Die Schaltschränke sind insbesondere in und/oder an der Rotornabe befestigt. Vorzugsweise sind die Schaltschränke zentral in der Rotornabe befestigt.
Bevorzugt berühren sich die Schaltschränke, so dass eine besonders kompakte Schaltschrankanordnung geschaffen werden kann. Insbesondere sind die Schaltschränke im Berührungsbereich elektrisch leitend miteinander verbunden. Beispielsweise bestehen die Schaltschränke aus einem elektrisch leitenden Material. Vorzugsweise bestehen die Schaltschränke aus Metall, insbesondere aus rostfreiem Edelstahl, aus pulverisiertem Stahl oder aus einem anderen Material, welches für den Einsatz in Windkraftanlagen geeignet ist.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind die elektrischen Schaltungen mittels wenigstens einer sich vorzugsweise durch den Berührungsbereich hindurch erstreckenden, elektrischen Verbindung elektrisch miteinander verbunden. Die elektrische Verbindung kann eine oder mehrere elektrische Leitungen und/oder eine oder mehrere elektrische Steckverbindungen umfassen. Ferner können im Berührungsbereich Löcher in den Wandungen der Schaltschränke vorgesehen sein, durch welche sich die elektrischen Verbindungen, insbesondere in Form von elektrischen Leitungen, hindurch erstrecken.
Die elektrischen Schaltungen umfassen bevorzugt jeweils eine elektrische Steuerung zum Steuern des jeweilig zugehörigen Blattwinkelverstellantriebs. Jeder der Blattwinkelverstellantriebe ist vorzugsweise elektrisch ausgebildet und umfasst insbesondere einen oder mehrere Elektromotoren.
Bevorzugt bilden die Schaltschränke eine die Rotorachse geschlossen umringende Anordnung. Somit ist es möglich, die Schaltschränke sehr platzsparend anzuordnen. Insbesondere sind die Schaltschränke miteinander verbunden und/oder aneinander befestigt.
Die Schaltschränke können jeweils eine separate bauliche Einheit bilden, die insbesondere separat gefertigt wird. Alternativ ist die Schaltschrank-Anordnung durch einen die Schaltschränke umfassenden Behälter gebildet, dessen Innenraum insbesondere durch Trennwände in mehrere Bereiche unterteilt ist, welche die Schaltschränke bilden. Die im Behälterinnenraum vorgesehenen Trennwände dienen somit als Wandungen der Schaltschränke und trennen diese gleichzeitig voneinander. Der Behälter bildet in diesem Sinne einen übergeordneten Schaltschrank. Gemäß einer Weiterbildung bilden die Trennwände, insbesondere zusammen mit der Wandung des Behälters, eine Wabenstruktur, deren Waben insbesondere die Schaltschränke bilden.
Die Erfindung ermöglicht ein einheitliches Design für die Schaltschränke, und zwar weitgehend unabhängig von der Anzahl der Rotorblätter und vom Nabendesign, sodass die Fertigungskosten reduzierbar sind. Bevorzugt weisen alle Schaltschränke dieselbe Form auf, beispielsweise die Form eines Vielecks. Insbesondere weisen die Schaltschränke in einer Ebene quer zur Rotorachse jeweils eine Trapezform auf. Diese Form eignet sich besonders gut zur Realisierung der die Rotorachse geschlossen umringenden Anordnung.
Es können mehrere Schaltschränke je Rotorblatt vorgesehen sein. Bevorzugt ist je Rotorblatt aber genau ein Schaltschrank vorgesehen. Die Anzahl der Schaltschränke beträgt vorzugsweise drei. Alternativ kann die Anzahl der Schaltschränke aber auch zwei oder größer als drei sein.
Da die aus den Schaltschränken gebildete Anordnung radial mittig in der Rotornabe befestigt ist, kann das Design der Schränke unabhängig von der Ausgestaltung der Nabe erfolgen. Ferner sind die Schaltschränke durch die zentrale Lage einer geringeren Fliehkraft ausgesetzt. Durch die kompakte Anordnung der Schaltschränke können ferner geringere Materialstärken eingesetzt werden. Hierdurch ist eine Einsparung an Material, an Gewicht und an Kosten möglich. Die zentrale Anordnung der Schaltschränke verbessert auch die Zugänglichkeit der Blattlager, der Antriebe und der Schaltschränke für Service-Personen. Da sich die Schaltschränke vorzugsweise direkt berühren, kann auf externe Kabelverbindungen weitgehend verzichtet werden. Insbesondere ist die Anzahl der Kabelführungen in der Nabe verringerbar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Windkraftanlage gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
2 eine Draufsicht auf den Rotor nach 1 in Richtung des Pfeils A,
3 eine Draufsicht auf einen Rotor gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und
4 eine Draufsicht auf einen herkömmlichen Rotor.
Aus 1 ist eine schematische Ansicht einer Windkraftanlage 16 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ersichtlich, wobei die Windkraftanlage 16 einen auf einem Fundament 17 aufstehenden Turm 18 umfasst, an dessen dem Fundament 17 abgewandten Ende ein Maschinenhaus 19 angeordnet ist. Das Maschinenhaus 19 weist einen Maschinenträger 20 auf, an dem ein Rotor 1 um eine Rotorachse 12 drehbar gelagert ist, der eine Rotornabe 2 und mehrere mit dieser verbundene Rotorblätter 3, 4 und 5 umfasst. Der Rotor 1 ist mechanisch mit einem elektrischen Generator 21 gekoppelt, der in dem Maschinenhaus 19 angeordnet und an dem Maschinenträger 20 befestigt ist.
In dem Rotor 1 ist eine Schaltschrank-Anordnung 22 befestigt, die aus mehreren Schaltschränken 9, 10 und 11 zusammengesetzt ist. Die Schaltschränke 9, 10 und 11 umfassen jeweils eine elektrische Steuereinrichtung 23, 24 bzw. 25, wobei die Steuereinrichtungen 23, 24 und 25 jeweils mit einem Blattwinkelverstellantrieb 26, 27 bzw. 28 elektrisch verbunden sind. Mittels der Blattwinkelversteilantriebe 26, 27 und 28 sind die Rotorblätter 3, 4 und 5 um ihre jeweilige Blattachse 13, 14 bzw. 15 relativ zur Rotornabe 2 drehbar, wobei jedem Rotorblatt einer der Blattwinkelverstellantriebe zugeordnet ist. Die Rotorblätter 3, 4 und 5 sind mittels Blattlager 6, 7 und 8 um ihre jeweilige Blattachse 13, 14 bzw. 15 drehbar an der Rotornabe 2 gelagert. Der Rotor 1 wird durch Windkraft 29 um die Rotorachse 12 gedreht.
Aus 2 ist eine Draufsicht auf den Rotor 1 ersichtlich, wobei deutlich wird, dass die Schaltschränke 9, 10 und 11 gleichartig ausgestaltet sind und in einer quer zur Rotorachse 12 verlaufenden Ebene jeweils eine Trapezform aufweisen. Die Schaltschränke 9, 10 und 11 bestehen aus Metall und stehen in elektrisch leitendem Kontakt miteinander, da sich die Schaltschränke berühren. Ferner sind die elektrischen Steuereinrichtungen 23, 24 und 25 über elektrische Leitungen 30, 31 und 32 miteinander verbunden, die bevorzugt durch die Bereiche hindurchgeführt sind, in denen sich die Schaltschränke berühren. Da die Schaltschränke 9, 10 und 11 separate Bauteile bilden, die zu der Schaltschrank-Anordnung 22 zusammengesetzt sind, umfassen die elektrischen Leitungen 30, 31 und 32 vorzugsweise Steckverbinder, die z. B. an den Wänden der Schaltschränke vorgesehen sind. Ergänzend oder alternativ können sich die elektrischen Leitungen aber auch durch Löcher hindurch erstrecken, die in Wänden der Schaltschränke 9, 10 und 11 vorgesehen sind. Die Steckverbinder und/oder Löcher sind lediglich angedeutet und mit den Bezugszeichen 33, 34 und 35 gekennzeichnet.
Aus 2 ist erkennbar, dass die Schaltschrank-Anordnung 22 radial mittig in der Rotornabe 2 sitzt und von einem ringförmigen Freiraum umgeben ist, sodass die Schaltschränke einen Abstand zu den Blattlagern 6, 7 und 8 aufweisen. Ferner ist erkennbar, dass die Schaltschrank-Anordnung 22 eine die Rotorachse 12 geschlossen umringende Anordnung bildet.
Aus 3 ist eine Draufsicht auf einen Rotor 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ersichtlich, wobei zu der ersten Ausführungsform ähnliche oder identische Merkmale mit denselben Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsform bezeichnet sind. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform weist die Schaltschrank-Anordnung 22 eine Wabenstruktur auf, deren Waben die Schaltschränke 9, 10 und 11 bilden. Die Wände 36, 37 und 38 der Schaltschränke 9, 10 und 11 bilden Innenwände, die in einem von einer umlaufenden Außenwandung 39 begrenzten Innenraum 40 eines Behälters angeordnet sind, der die Schaltschrank-Anordnung 22 bildet und radial mittig in der Rotornabe 2 angeordnet ist. Alternativ können die Schaltschränke 9, 10 und 11 aber auch separate Einheiten bilden, die aneinander befestigt sind. Zur weiteren Beschreibung der zweiten Ausführungsform wird auf die Beschreibung der ersten Ausführungsform verwiesen. Der Rotor gemäß der zweiten Ausführungsform kann den Rotor gemäß der ersten Ausführungsform in der Windkraftanlage gemäß 1 ersetzen.
Bezugszeichenliste

1: Rotor
2: Rotornabe
3: Rotorblatt
4: Rotorblatt
5: Rotorblatt
6: Blattlager
7: Blattlager
8: Blattlager
9: Schaltschrank
10: Schaltschrank
11: Schaltschrank
12: Rotorachse
13: Blattachse
14: Blattachse
15: Blattachse
16: Windkraftanlage
17: Fundament
18: Turm
19: Maschinenhaus
20: Maschinenträger
21: elektrischer Generator
22: Schaltschrank-Anordnung
23: Steuereinrichtung
24: Steuereinrichtung
25: Steuereinrichtung
26: Blattwinkelverstellantrieb
27: Blattwinkelverstellantrieb
28: Blattwinkelverstellantrieb
29: Wind
30: elektrische Leitung
31: elektrische Leitung
32: elektrische Leitung
33: Steckverbinder/Loch
34: Steckverbinder/Loch
35: Steckverbinder/Loch
36: Innenwand
37: Innenwand 38 Innenwand
39: Außenwandung
40: Innenraum

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 20020232 UA1 [0002]
WO 2008138600 A2 [0003]
US 20080003105 A1 [0004]
DE 102007016023 [0005]

Claims

Windkraftanlage mit einem Maschinenträger (20), einem um eine Rotorachse (12) drehbar an dem Maschinenträger (20) gelagerten und eine Rotornabe (2) und mehrere Rotorblätter (3, 4, 5) umfassenden Rotor (1), die sich jeweils in Richtung einer quer oder im Wesentlichen quer zur Rotorachse (12) verlaufenden Blattachse (13, 14, 15) erstrecken, um welche das jeweilige Rotorblatt (3, 4, 5) drehbar an der Rotornabe (2) gelagert ist, je Rotorblatt (3, 4, 5) mindestens einem Schaltschrank (9, 10, 11), in dem eine elektrische Schaltung (23, 24, 25) zum Betätigen wenigstens eines Blattwinkelverstellantriebs (26, 27, 28) angeordnet ist, mittels welchem das jeweilige Rotorblatt (3, 4, 5) um seine Blattachse (13, 14, 15) drehbar ist, wobei die Schaltschränke (9, 10, 11) jeweils eine separate bauliche Einheit bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltschränke (9, 10, 11) sich berühren und zu einer kompakten und radial mittig in der Rotornabe (2) sitzenden Schaltschrank-Anordnung (22) zusammengefasst sind.
Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Schaltungen (23, 24, 25) mittels wenigstens einer sich durch den Berührungsbereich hindurch erstreckenden, elektrischen Verbindung (30, 31, 32) elektrisch miteinander verbunden sind.
Windkraftanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltschränke (9, 10, 11) elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
Windkraftanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltschränke (9, 10, 11) aus Metall bestehen.
Windkraftanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltschränke (9, 10, 11) aus rostfreiem Edelstahl, aus pulverisiertem Stahl oder aus einem anderen geeigneten Material bestehen.
Windkraftanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltschränke zu einer die Rotorachse (12) geschlossen umringenden Anordnung zusammengefasst sind.
Windkraftanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass alle Schaltschränke (9, 10, 11) dieselbe Form aufweisen.
Windkraftanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltschränke (9, 10, 11) in einer Ebene quer zur Rotorachse (12) eine Vieleckform aufweisen.
Windkraftanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltschränke (9, 10, 11) in einer Ebene quer zur Rotorachse (12) eine Trapezform aufweisen.
Windkraftanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Schaltschränke (9, 10, 11) drei ist.