DE202010008885U1

DE202010008885U1 - Windturbine mit vertikaler Achse

Info

Publication number: DE202010008885U1
Application number: DE202010008885U
Authority: DE
Original assignee: Hopewell Wind Power Ltd
Current assignee: Hopewell Wind Power Ltd
Priority date: 2010-10-25
Filing date: 2010-10-25
Publication date: 2011-02-17
Anticipated expiration: 2020-10-26

Abstract

Windturbine (10), mit:
einer Stützstruktur (16);
einem zumindest ein Blatt tragenden Rotor (15), der zur Rotation um eine aufrechte Rotorachse (29) an der Stützstruktur (16) montiert ist;
einem an dem Rotor fixierten Stiftrad (36), das eine Vielzahl in Umfangsrichtung beabstandeter Stifte (37) aufweist, von denen jeder Stift (37) eine jeweilige Stiftachse (38) hat;
einem gezahnten Rad (41), das mit den Stiften (37) in kämmendem Antriebseingriff unter Rotation um eine Achse (42) des gezahnten Rades (41) an der Stützstruktur (16) montiert ist;
einem elektrischen Generator (43), und
einem Getriebe (46) zum Übertragen eines Drehmomentes von dem gezahnten Rad (41) an den elektrischen Generator (43).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Windturbinen mit vertikaler Achse.
Mit kontinuierlich zunehmendem Energiebedarf, speziell bei der Entwicklung von Ländern, und unter Berücksichtigung der Erkenntnis, dass traditionelle fossile Brennstoffquellen nur limitiert verfügbar sind, besteht zunehmendes Interesse nach neuen und verbesserten Wegen, erneuerbare Energiequellen zu nutzen, wie das Sonnenlicht, den Wind, den Regen (das Wasser), die Gezeiten und geothermische Wärme, da diese Energiequellen natürlich wieder aufgefüllt werden. Viele Jahrzehnte war die Nutzung des Wassers zum Erzeugen von Elektrizität ein Hauptweg mit erneuerbarer Energie. Da jedoch auf dem Umwelteinfluss beim Stauen von Wasserwegen und der Erkenntnis zunehmende Bedeutung zukommt, weil reines frisches Trinkwasser ein wichtiger Gesichtspunkt ist, werden Hydro-Generationsschemata zunehmend weniger wünschenswert. Die Aufmerksamkeit ist nun besonders auf den Wind gerichtet, der eine Quelle darstellt, mit der zukünftig Elektrizität in großem Ausmaß erzeugt werden kann.
Windturbinen können als Turbinen entweder mit horizontaler Achse oder mit vertikaler Achse charakterisiert werden. Turbinen mit horizontaler Achse umfassen typischerweise einen Turm mit einem Blätter aufweisenden Rotor, der um eine horizontale Achse rotiert, sehr ähnlich wie eine Windmühle. Bisher haben die größten Windturbinen mit horizontaler Achse eine Höhe eines Bauwerks mit 40 Etagen und einen Rotordurchmesser von annähernd 126 Metern. Um zur Versorgung eines öffentlichen Elektrizitätsnetzwerks genügend Elektrizität zu produzieren, werden Turbinen mit horizontaler Achse in großen Windfarmen angeordnet, in welchem hunderte Windturbinen über eine große Fläche verteilt sind. Obwohl solche Windfarmen eine in großem Ausmaß zur Verfügung stehende erneuerbare Energiequelle nutzen, beanspruchen sie große Flächen und sind sie optisch nicht attraktiv.
Eine Windturbine mit vertikaler Achse akzeptiert um ihre vertikale Achse Wind aus jeglicher Richtung, und braucht nicht gedreht oder schräg gestellt zu werden, um in die jeweils gegebene Windrichtung zu weisen. Windturbinen mit vertikaler Achse und großer Abmessung sind bereits vorgeschlagen worden, die einen stationären hohlen Kern mit großem Durchmesser aufweisen, der eine aufrecht stehende Stützstruktur schafft, und einen Rotor, der um den Kern abgestützt ist, wobei an dem Rotor liftähnliche Windfolien vorgesehen sind, um einen Generator über ein Zahnradgetriebe anzutreiben. Das Zahnradgetriebe kann ein an dem Rotor fixiertes Ringzahnrad aufweisen, dessen Größe durch den Durchmesser des Kerns bestimmt ist. Obwohl Lager und Ringzahnräder mit einem Durchmesser bis zu 5 Metern ohne weiteres herstellbar sind, ist doch die Herstellung von Ringzahnrädern in Durchmesser-Größenordnungen von 20 bis 50 Metern, insbesondere die Bearbeitung solcher Komponenten, problematisch. Die Maschinenausstattung, die für diese speziellen Zwecke benötigt wird, um derartig groß dimensionierte Komponenten herzustellen, ist ferner, wobei unvermeidbare Herstellungstoleranzen einen signifikanten Einfluss auf die Effizienz des Getriebes und z. B. dem ordnungsgemäßen Eingriff zwischen den Komponenten in dem Zahnradgetriebe haben. Ein Ringzahnrad oder ein Rotor mit großem Durchmesser wird deshalb eine zugeordnete radiale Unrundheit haben, d. h. eine Abweichung in einer radialen Richtung von einer rotationssymmetrischen Oberfläche, und zwar verursacht durch Exzentrizität oder Unrundheit. Das Ringzahnrad oder der Rotor wird auch eine korrespondierende axiale Unwucht haben, d. h. eine Abweichung in einer axialen Richtung von einer Referenzoberfläche, welche Abweichung sich während Umdrehungen des Rotors auswirkt. Falls diese Unrundheit oder Unwucht stark ist, kann sie die Getriebekomponenten wie Zahnräder, Kupplungen, Wellen und Lager exzessiven Belastungen aussetzen und zu frühzeitigem Verschleiß führen.
Es ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine großdimensionierte Windturbine mit vertikaler Achse anzugeben, die kosteneffizienter herstellbar ist. Ein anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, eine Windturbine mit vertikaler Achse zu schaffen, welche die Nachteile bekannter Windturbinen vermeidet oder zumindest vermindert, oder der Öffentlichkeit zumindest eine zweckmäßige Alternative an die Hand gibt.
Gemäß eines Aspekts wird eine Windturbine vorgeschlagen, die umfasst:
eine Stützstruktur;
einen zumindest ein Blatt tragenden Rotor, der um eine aufrechte Rotorachse zur Drehung an der Stützstruktur montiert ist;
ein an dem Rotor fixiertes Stiftrad, das eine Vielzahl in Umfangsrichtung beabstandeter Stifte aufweist, von denen jeder Stift eine jeweilige Stiftachse hat;
ein gezahntes Rad, das mit den Stiften in treibenden Eingriff ist, und um eine Achse des gezahnten Rades zur Drehung an der Stützstruktur montiert ist;
einen elektrischen Generator, und
ein Getriebe, um von dem gezahnten Rad zu dem elektrischen Generator ein Drehmoment zu übertragen.
Das gezahnte Rad ist zweckmäßig so montiert, dass es relativ zu der Stützstruktur versetzt werden kann, während es die den kämmenden Eingriff mit dem Stiftrad aufrecht hält, so dass es eine Unwucht in dem Rotor zulässt.
Ferner umfasst die Windturbine zweckmäßig eine Vielzahl, den Rotor abstützender Rollen, um das Gewicht des Rotors aufzunehmen, wobei die Rollen an der Stützstruktur montiert und in Umfangsrichtung des Rotors beabstandet sind.
In einer primären Variante der Erfindung schneiden die Stiftachsen substantiell die Rotorachse, und kooperiert eine Eingriffsfläche jedes Stiftes so mit dem gezahnten Rad, dass zwischen dem Stiftrad und dem gezahnten Rad ein Ausmaß einer radialen Unrundheit zugelassen wird.
Die Stiftachsen sind, vorzugsweise, radial ausgerichtet.
Optional umfasst die Windturbine ferner einen Drehzapfen zum operativen Verbinden des gezahnten Rads mit der Stützstruktur, derart, dass das gezahnte Rad relativ zu der Stützstruktur verlagert werden kann.
Zweckmäßig ist der Drehzapfen so angeordnet, dass er sich um eine tangentiale Drehzapfenachse dreht. Die tangentiale Drehzapfenachse liegt vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene mit den Stiftachsen.
Ferner umfasst die Windturbine optional einen strukturellen Rahmen, wobei der Drehzapfen auf substantiell starre Weise den Rahmen mit der Stützstruktur verbindet und der Generator an dem Rahmen montiert ist, zusammen mit dem gezahnten Rad um den Drehzapfen zu rotieren. Auch das Getriebe ist, vorzugsweise, an dem Rahmen montiert.
Optional wird das Gewicht des strukturellen Rahmens zumindest teilweise durch den Rahmen abstützende Rollen aufgenommen, die auf einer ringförmigen Fläche des Rotors aufliegen.
Das gezahnte Rad kann substantiell oberhalb oder unterhalb des Stiftrades angeordnet sein.
Vorzugsweise sind die den Rotor abstützenden Rollen zur Lastverteilung in flexiblen Halterungen auf der Stützstruktur montiert. Jede flexible Halterung umfasst, vorzugsweise, einen axial ausgerichteten Hydraulikzylinder. Die Hydraulikzylinder sind mit einer gemeinsamen Druckquelle in Fluidkommunikation.
Optional ist das gezahnte Rad so montiert, dass es sich mit zumindest einer der den Rotor abstützenden Rollen so bewegt, dass das gezahnte Rad relativ zu der Stützstruktur verlagert werden kann.
Vorzugsweise umfasst das Getriebe ein flexibles Kupplungsmittel, das es ermöglicht, einen Drehmoment von dem gezahnten Rad auf den elektrischen Generator innerhalb des Bereiches der Versetzung der flexiblen Halterung zu übertragen. Das flexible Kupplungsmittel umfasst, optional, eine teleskopische und verzahnte Kupplung und zumindest ein Universalgelenk.
In einer sekundären Variante sind die Stiftachsen substantiell parallel zu der Rotorachse und kooperiert eine Eingriffsfläche jedes Stiftes so mit dem gezahnten Rad, dass zwischen dem Stiftrad und dem gezahnten Rad ein bestimmtes Ausmaß einer axialen Ungleichförmigkeit zugelassen wird.
In einer Ausführungsform der sekundären Variante ist das gezahnte Rad substantiell parallel mit der Rotorachse und so montiert, dass das gezahnte Rad radial relativ zu der Stützstruktur verlagert werden kann, um in dem Stiftrad eine axiale Ungleichförmigkeit zu tolerieren, während der kämmende Eingriff mit dem Stiftrad aufrecht gehalten bleibt.
Vorzugsweise umfasst die Turbine ferner einen Führungsring, der an dem Rotor fixiert ist. Jeder bogenförmige Bereich des Führungsrings ist konzentrisch mit einem benachbarten bogenförmigen Bereich des Stiftrades. Ein an dem Führungsring angreifender Träger kooperiert mit dem gezahnten Rad, um eine axiale Ungleichförmigkeit in dem Stiftrad zu tolerieren, während der kämmende Eingriff mit dem Stiftrad aufrecht gehalten wird. Ferner umfasst die Turbine, vorzugsweise, einen strukturellen Rahmen, an welchem der Träger auf substantiell starre Weise fixiert ist. Dabei ist der Generator an dem strukturellen Rahmen so montiert, dass er sich radial zusammen mit dem gezahnten Rad bewegt.
Gemäß eines anderen Aspekts wird eine Windturbine vorgeschlagen, die aufweist:
eine Stützstruktur;
einen zumindest ein Blatt tragenden Rotor, der zur Rotation um eine aufrechte Rotorachse an der Stützstruktur montiert ist;
einen elektrischen Generator, und
ein Getriebe zum Übertragen eines Drehmoments von dem Rotor auf den elektrischen Generator, wobei das Getriebe eine Stiftverzahnung umfasst, um den Rotor mit dem elektrischen Generator zu verbinden.
Die Stiftverzahnung kann eine Kegelstiftverzahnung oder eine Parallelstiftverzahnung sein.
Weitere Aspekte der Erfindung erschließen sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die nur beispielhafter Natur ist, und mit der nicht beabsichtigt ist, den Verwendungsumfang oder die Funktionalität zu beschränken.
Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung wird nun nur als Beispiel erläutert, und zwar unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen. Es zeigen;
1 eine axiale Schnittdarstellung einer ersten exemplarischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Windturbine,
2 eine vergrößerte Ansicht eines Details A von 1;
3 einen Radialteilschnitt des Turbinenteils von 2;
4 eine vergrößerte Ansicht korrespondierend mit dem Detail A von 1, jedoch für eine zweite Ausführungsform einer Windturbine,
5 einen Radialteilschnitt des Turbinenteils von 4;
6 eine vergrößerte Ansicht korrespondierend mit dem Detail A von 1, jedoch für eine dritte Ausführungsform einer Windturbine,
7 einen Radialteilschnitt des Turbinenteils von 6;
8 eine Endansicht zur Darstellung eines kämmenden Eingriffs zwischen einem gezahnten Rad und einem Stiftrad der Turbine von 6;
9 eine Querschnittsansicht eines Stifts des Stiftrads der Turbine der 2, 4, 6 und 10;
10 eine vergrößerte Ansicht korrespondierend mit dem Detail A von 1, jedoch für eine vierte Ausführungsform einer Windturbine, und
11 einen Radialteilschnitt des Turbinenteils von 10.
Bezugnehmend auf 1 umfasst eine Windturbine 10 übereinander drei Windturbinen 11, 12 und 14 mit unabhängigen vertikalen Achsen, jede mit einem jeweiligen Rotor 15 und einem elektrischen Generator (in 1 nicht gezeigt). Die Rotoren 15 sind um eine gemeinsame zylindrische Stützstruktur 16 vertikal übereinander gestapelt. Die Stützstruktur 16 definiert eine aufrechte Rotorachse 26. Da sich die vertikale Windturbine bis zu einer Höhe von einigen hundert Metern erstrecken kann, kann sie über ihre Höhe unterschiedlichen Windrichtungen und Windgeschwindigkeiten in unterschiedlichen Niveaus ausgesetzt sein. Jeder Rotor 15 kann frei um die Rotorachse 29 unter Ansprechen auf den Wind unabhängig von den anderen rotieren, dem sie ausgesetzt ist.
Wie hier verwendet, bezeiht sich der Ausdruck ”axial” auf eine Richtung, die substantiell parallel ist zu der Rotorachse 29. Der Ausdruck ”radial” bezieht sich auf eine Richtung, die substantiell orthogonal ist zu der Rotorachse 29. Der Ausdruck ”in Umfangsrichtung” bezieht sich auf die Richtung eines Kreisbogens mit einem Radius substantiell orthogonal zu der Rotorachse 29.
Die vertikale Stützstruktur 16 umfasst einen sich vertikal erstreckenden Kern der Windturbine 10 und hat typischerweise einen Durchmesser von zwischen 15% und 40% des maximalen Rotordurchmessers. Jede der Windturbinen 11–14 weisen einen Rotor 15 auf, der an der Kernstützstruktur 16 abgestützt und um diese drehbar ist, wie detaillierter unter Bezug auf die 2 und 3 nachstehend erläutert wird. Die Rotoren 15 umfassen eine Karusselleinrichtung, einschließlich einer Ringverstärkung 22 oben an dem Rotor 15, welche sich um die Stützstruktur 16 erstreckt. Jeder Rotor 15 umfasst parallele obere und untere verstärkte Arme 19, die radial von der Oberseite und vom Boden aufrechter Verstärkungen 18 radial abstehen. Die radialen Verstärkungsarme 19 sind durch diagonale Zugglieder 21 ausgesteift, deren jeder sich von der Oberseite der aufrechten Verstärkungen 18 zum distalen Ende des radialen Verstärkungsarms 19 erstrecken. Jeder radiale Verstärkungsarm 19 trägt an seinem distalen Ende ein Blatt 23 einer Windfolie, die als Lifttyp geformt ist.
Bezugnehmend auf die 2 und 3 kann die Stützstruktur 16 aus verstärktem Beton hergestellt sein, mit konzentrischen inneren und äußeren Wänden 24, 25, die in der Nähe der Ringverstärkung 22 durch einen horizontalen Teil 26 verbunden sind. Ein ringförmiger Lagerträger 28 hat ebene ringförmige Flansche 31, die durch Schenkel 32 verbunden sind, so dass ein hohler Querschnitt gebildet wird. Der Lagerträger 28 ist konzentrisch zur Rotorachse 29 und der Ringverstärkung 22, und wird durch Stützarme 27 an der Ringverstärkung 22 fixiert, so dass der Lagerträger 28 und die Ringverstärkung 22 damit einen Teil des Rotors 15 bilden. Eine Vielzahl flexibler Halterungen stützen das Gewicht des Rotors 15 ab und sind entlang der Querverstrebung 26 unterhalb des Lagerträgers 28 in Umfangsrichtung beabstandet.
Jede flexible Halterung weist eine den Rotor abstützende Rolle 33 auf, die von einer Welle 34 getragen und in Eingriff mit einem ringförmigen Flansch 31 gehalten wird, so dass es dem Rotor 15 möglich ist, sich zu drehen. Die den Rotor abstützenden Rollen 33 sind zum Beispiel konisch, um einen linienförmigen Abwälzkontakt ohne Schlupf mit dem Lagerträger 28 sicherzustellen. Die Welle 34 erstreckt sich zentral durch jede Rolle 33. Jede flexible Halterung 30 umfasst auch einen axial ausgerichteten hydraulischen Zylinder 68, der parallel ist zur Rotorachse 29. Alle hydraulischen Zylinder 68 sind mit einer gemeinsamen Druckquelle (nicht gezeigt) in Fluidkommunikation, um zwischen allen flexiblen Halterungen 30 die Belastung zu verteilen. An der inneren Seite der äußeren Wand 25 und benachbart zu den den Rotor abstützenden Rollen 33 ist eine vertikale Führung 80 angeordnet, um der Querbewegung der Rollen 33 entgegenzuwirken, wenn sich die Rollen axial auf- und abbewegen.
An der Oberseite der Stützarme 27 ist ein Stiftrad 36 montiert, das an dem Rotor 15 fixiert und konzentrisch zur Rotorachse 29 ist. Das Stiftrad 36 weist eine Vielzahl in Umfangsrichtung beabstandeter Stifte 37 auf, wobei jeder Stift 37 eine jeweilige Stiftachse 38 hat. Mit den Stiften 36 steht ein gezahntes Rad 41 in kämmendem Antriebseingriff, das zur Rotation um eine sich radial erstreckende Welle 61 des gezahnten Rads 41 montiert ist. Ein Drehmoment wird über ein Getriebe 45 mit einem Getriebegehäuse 46 von dem gezahnten Rad 41 auf eine Hauptwelle 44 eines elektrischen Generators 43 übertragen, dessen Hauptwelle 44 koaxial mit dem gezahnten Rad 41 ist.
In den 2 und 3 wird eine erste Ausführungsform der Windturbine gezeigt, in welcher sich die radial erstreckenden Stiftachsen 38 (deren gedachte Verlängerungen) substantiell mit der Rotorachse 29 an einem gemeinsamen Punkt (nicht gezeigt) der Rotorachse 29 überschneiden, wie auch die Achse 42 des gezahnten Rades 41, und zwar unter rechten Winkeln und nach Art einer Kegelstiftverzahnung. Ein substantiell starrer Rahmen 47 trägt das gezahnte Rad 41, wobei der Rahmen 47 gegenseitig fixierte langgestreckte Glieder umfasst, einschließlich oberer und unterer, langgestreckter horizontaler Glieder 48, 49, 50, 51, oberer und unterer quer liegender, horizontaler Glieder 52–56, und aufrechter Glieder 57–60. Der Rahmen 47 stützt das Getriebe 45 und den Generator 43, wie auch das gezahnte Rad 41, an welchem er mittels einer Welle 61 des Getriebes 45 montiert ist. Ein Drehzapfen 62 verbindet das radial innere Ende des Rahmens 47 mit der Stützstruktur 16, spezifischer mit der inneren Wand 24, während das radial äußere Ende des Rahmens 47 durch den Rahmen abstützende Rollen 46 getragen wird, die sich auf einer horizontalen ringförmigen Platte 64 befinden, die an den Stützarmen 27 fixiert ist. Ein Teil des Gewichtes des strukturellen Rahmens 47 wird auch von Rollen 65 aufgenommen, die auf einer horizontalen Fläche 66 eines Sockels 67 aufliegen, der seinerseits auf dem Querteil 26 montiert ist. Der Drehzapfen 62 ist so angeordnet, dass er um eine tangentionale Drehzapfenachse 68 schwenkbar ist, welche senkrecht ist zu der radialen Achse 42 des gezahnten Rades 41, wobei die Drehzapfenachse 68 in der selben Radialebene liegt wie die Stiftachsen 38, so dass das gesamte Rad 41 relativ zu der Stützstruktur 16 schwenkend verlagerbar ist. Der Abstand zwischen dem Drehzapfen 62 und dem mit dem Stiftrad 36 in Eingriff stehenden gezahnten Rad 41 ist so gewählt, dass diesen kämmenden Komponenten eine vernachlässigbare relative Rotation möglich ist. Durch Zulassen einer frei schwenkenden Bewegung des gezahnten Rades 41 wird auf diese Weise eine axiale Ungleichförmigkeit des Rotors 15 toleriert, so dass diese die relativen axialen Positionen des mit dem Stiftrad 36 kämmenden gezahnten Rades 41 nicht beeinflusst, welche deshalb während ihrer Rotation in zufriedenstellendem kämmenden Eingriff gehalten werden können.
Die Stifte 37 sind langgestreckt und im Querschnitt kreisförmig, wobei sie an ihren voneinander abgewandten Enden durch innere und äußere ringförmige Flansche 39, 40 abgestützt sind. In der illustrierten Ausführungsform kann das gezahnte Rad 41 eine Parallelzahnradform haben und oberhalb des Stiftrades 36 angeordnet sein. Auf diese Weise kooperiert die zylindrische äußere Eingriffsfläche jedes Stifts 37 mit dem gezahnten Rad 41, so dass zwischen dem Stiftrad und dem gezahnten Rad ein bestimmter Grad einer radialen Ungleichförmigkeit toleriert werden kann.
In einer zweiten Ausführungsform der in den 4 und 5 gezeigten Windturbine schneiden, wie bei der ersten Ausführungsform, die sich radial erstreckenden Stiftachsen 38 die Rotorachse 29 substantiell in einem gemeinsamen Punkt (nicht gezeigt). Diese zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform primär bezüglich der relativen Positionen des gezahnten Rades 41 und des Stiftrades 36. In dieser Ausführungsform ist nämlich das gezahnte Rad 41 unterhalb des Stiftrades 36 angeordnet. Das gezahnte Rad 41 ist hier an einer nach unten weisenden Fläche des Rotors 15 montiert, die durch dreieckige Verstärkungsglieder 70 gebildet wird, welche an den inneren Enden der Stützarme 27 fixiert sind. Im Vergleich mit der ersten Ausführungsform verhindert die Positionierung des gezahnten Rades 41 unterhalb des Stiftrades 36, dass der Rahmen 47 unabhängig vom Rotor 15 nach oben schwenkt. In dieser zweiten Ausführungsform ist der jeweilige hydraulische Zylinder 71 axial ausgerichtet, und zwar parallel zu der Rotorachse 29, und zwischen dem Rahmen 47 und der den Rahmen stützenden Rolle 63 verbunden. Ähnlich ist ein Hydraulikzylinder 71 axial ausgerichtet und zwischen dem Rahmen 47 und den den stützenden Rollen 65 angeschlossen, welche direkt auf der Querverbindung 26 abrollen.
In einer dritten Ausführungsform der Windturbine gemäß den 6 bis 9 schneiden sich, wie bei der ersten Ausführungsform, die radial erstreckenden Stiftachsen 38 substantiell mit der Rotorachse 29 in einem gemeinsamen Punkt (nicht gezeigt). In dieser dritten Ausführungsform ist das gezahnte Rad 41 ebenfalls in der Lage, relativ zu der Stützstruktur 16 axial verlagert zu werden, um mit dem Stiftrad 36 einen ordnungsgemäßen kämmenden Eingriff aufrecht zu erhalten und auf diese Weise axiale Ungleichförmigkeiten zu tolerieren. Hier wird dies erreicht, indem das gezahnte Rad 41 so fixiert ist, dass es sich mit einer der den Rotor abstützenden Rollen 33 bewegt. In dieser Ausführungsform sind der elektrische Generator 43 und das Getriebegehäuse 46 direkt an der Stützstruktur 16 montiert, ohne einen dazwischen eingreifenden, sich bewegenden Rahmen zum Abstützen des gezahnten Rades 41. Das Getriebe umfasst ein flexibles Kupplungsmittel. Das flexible Kupplungsmittel umfasst, zwischen dem gezahnten Rad und dem Getriebegehäuse, eine teleskopische verkeilte Kupplung 63, die zwischen einem Paar Universalgelenken 74 angeschlossen ist. Die die Last verteilende flexible Halterung 30 hält die den Rotor abstützenden Rollen 33 mit dem Schienenträger 28 in Kontakt. Das daran befestigte gezahnte Rad 41 wird dadurch in ordungsgemäßem Eingriff mit dem Stiftrad 36 gehalten, unabhängig von einer axialen Ungleichförmigkeit im Rotor 15. Stifte 37 können mit drehbaren Rollen 85 ausgestattet sein, um Verschleiß aufgrund von Schlupf zu minimieren.
In den 10 und 11 wird eine vierte Ausführungsform gezeigt, die sich auf eine sekundäre Variante bezieht, die von den ersten bis dritten Ausführungsformen dadurch differiert, dass die Stiftachsen 38 substantiell parallel zur Rotorachse 29 sind, und zwar nach Art einer Parallelstiftverzahnung, wobei die Achse 42 des gezahnten Rades 41 auch parallel zur Rotorachse 29 ist. In dieser Ausführungsform wird eine axiale Ungleichförmigkeit toleriert durch die relative axiale gleitende Bewegung, welche zwischen der zylindrischen Eingriffsfläche jedes Stiftes und des gezahnten Rades 41, mit welchem dieses kämmt, möglich ist. Ein Führungsring 76 folgt der Krümmung des Stiftrades 36 exakt, wobei jeder bogenförmige Abschnitt des Führungsringes 67 konzentrisch ist mit einem benachbarten bogenförmigen Abschnitt des Stiftrades 36. Ein Träger 82 trägt Rollen 83, die in Querrichtung von einer der abgewandten Seiten des Führungsringes 76 angreifen. Der Träger 82 kooperiert mit dem gezahnten Rad 41, um in dem Stiftrad 36 eine radiale Ungleichförmigkeit zu tolerieren, während das gezahnte Rad 41 den kämmenden Eingriff mit dem Stiftrad aufrecht hält. Der Rahmen 47, von welchem das gezahnte Rad 41 getragen wird, ist mit dem Träger 82 starr verbunden und dabei frei, sich radial zu bewegen, um eine radiale Ungleichförmigkeit zu tolerieren. Wie in den ersten und zweiten Ausführungsformen stützt der Rahmen 47 das Getriebe 45 und den Generator 43, wie auch das gezahnte Rad 41, an welchem er montiert ist. Der Rahmen 47 ist so abgestützt, dass er sich radial auf dem Querteil 26 mittels Rädern 84 bewegen kann. An jeder Seite des Rahmens 47 ist ein Paar Stempel 85 montiert, deren jeder eine Führungsrolle 86 trägt, die an den parallelen Gliedern 50, 51 angreift, um die Bewegung des Rahmens linear zu führen. Niederhalterrollen 87 greifen an der ebenen Oberseite der Glieder 50, 51 an, um ein Überdrehen des Rahmens 47 zu vermeiden.
Wo in der obigen Beschreibung Bezug genommen wurde zu Elementen oder ganzen Zahlen oder Elementen, die bekannte Äquivalente haben, sind auch solche Äquivalente mit umfasst, so als ob sie auch erwähnt worden wären. Es sind zwar Ausführungsformen der Erfindung erläutert worden, jedoch ist darauf hinzuweisen, dass Variationen, Verbesserungen oder Modifikationen daran ausführbar sind, ohne den Sinngehalt der Erfindung oder den Schutzumfang der nachfolgenden Ansprüche zu verlassen.

Claims

Windturbine (10), mit: einer Stützstruktur (16); einem zumindest ein Blatt tragenden Rotor (15), der zur Rotation um eine aufrechte Rotorachse (29) an der Stützstruktur (16) montiert ist; einem an dem Rotor fixierten Stiftrad (36), das eine Vielzahl in Umfangsrichtung beabstandeter Stifte (37) aufweist, von denen jeder Stift (37) eine jeweilige Stiftachse (38) hat; einem gezahnten Rad (41), das mit den Stiften (37) in kämmendem Antriebseingriff unter Rotation um eine Achse (42) des gezahnten Rades (41) an der Stützstruktur (16) montiert ist; einem elektrischen Generator (43), und einem Getriebe (46) zum Übertragen eines Drehmomentes von dem gezahnten Rad (41) an den elektrischen Generator (43).
Windturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gezahnte Rad (41) so montiert ist, dass es relativ zu der Stützstruktur (16) versetzbar ist, während es seinen kämmenden Eingriff mit dem Stiftrad (46) aufrecht hält, um eine Ungleichförmigkeit in dem Rotor (15) zu tolerieren.
Windturbine nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, weiterhin gekennzeichnet durch eine Vielzahl den Rotor (15) abstützender Rollen (33), die das Gewicht des Rotors (15) aufnehmen und an der Stützstruktur (16) montiert und um den Rotor (15) in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind.
Windturbine nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stiftachsen (38) sich substantiell mit der Rotorachse (29) schneiden, und dass eine Eingriffsfläche jedes Stiftes (37) so mit dem gezahnten Rad (41) kooperiert, dass zwischen dem Stiftrad und dem gezahnten Rad ein bestimmter Grad einer radialen Unleichförmigkeit toleriert werden kann.
Windturbine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stiftachsen (38) radial ausgerichtet sind.
Windturbine nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Windturbine (10) ferner einen Schwenkzapfen (62) aufweist zum operativen Verbinden des gezahnten Rads mit der Stützstruktur (16) derart, dass das gezahnte Rad relativ zu der Stützstruktur (16) verlagert werden kann.
Windturbine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkzapfen (62) so angeordnet ist, dass er um eine tangentiale Schwenkzapfenachse (68) schwenkt.
Windturbine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die tangentiale Schwenkzapfenachse (68) in einer gemeinsamen Ebene mit den Stiftachsen (38) liegt.
Windturbine nach Anspruch 7 oder nach Anspruch 8, weiterhin gekennzeichnet durch einen strukturellen Rahmen, wobei der Schwenkzapfen (62) den strukturellen Rahmen mit der Stützstruktur (16) auf substantiell starre Weise verbindet, und der Generator (43) an dem Rahmen montiert ist, um zusammen mit dem gezahnten Rad um den Schwenkzapfen zu schwenken.
Windturbine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewicht des strukturellen Rahmens zumindest zum Teil abgestützt wird durch den Rahmen abstützende Rollen, die auf einer ringförmigen Fläche des Rotors (15) aufliegen.
Windturbine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (46, 6, 73, 74) auch auf dem Rahmen montiert ist.
Windturbine nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gezahnte Rad (41) substantiell oberhalb oder unterhalb des Stiftrades (36) angeordnet sein.
Windturbine nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Rotor abstützenden Rollen (33) an der Stützstruktur (16) zur Lastverteilung an flexiblen Halterungen (30) montiert sind.
Windturbine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass jede flexible Halterung (30) einen hydraulischen Zylinder (68) umfasst, der axial ausgerichtet ist, wobei die hydraulischen Zylinder (68) mit einer gemeinsamen Druckquelle in Fluidkommunikation stehen.
Windturbine nach irgendeinem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das gezahnte Rad (41) so montiert ist, dass es mit zumindest einer der den Rotor stützenden Rollen (33) so beweglich ist, dass das gezahnte Rad relativ zu der Stützstruktur (16) verlagerbar ist.
Windturbine nach irgendeinem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein flexibles Kupplungsmittel (73, 74) aufweist, zur Übertragung eines Drehmoments von dem gezahnten Rad an den elektrischen Generator innerhalb des Bereiches der zugelassenen Versetzung der flexiblen Halterung (30).
Windturbine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Kupplungsmittel (73, 74) eine teleskopische verkeilte Kupplung und zumindest ein Universalgelenk aufweist.
Windturbine nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stiftachsen (38) substantiell parallel sind zu der Rotorachse (29), und dass eine Eingriffsfläche jedes Stiftes (37) so mit dem gezahnten Rad (41) kooperiert, dass zwischen dem Stiftrad und dem gezahnten Rad ein vorbestimmter Grad einer axialen Ungleichförmigkeit aufgenommen werden kann.
Windturbine nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (42) des gezahnten Rades (41) substantiell parallel ist zur Rotorachse (29), und so montiert ist, dass das gezahnte Rad (41) radial relativ zu der Stützstruktur (16) verlagerbar ist zur Aufnahme einer axiale Ungleichförmigkeit in dem Stiftrad (36), während es seinen kämmenden Eingriff mit dem Stiftrad aufrecht hält.
Windturbine nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Windturbine (10) ferner einen an dem Rotor (15) fixierten Führungsring aufweist, wobei jeder bogenförmige Abschnitt des Führungsrings konzentrisch mit einem benachbarten bogenförmigen Abschnitt des Stiftrades (36) ist, und dass ein Träger (82) vorgesehen ist, der an dem Führungsring angreift und mit dem gezahnten Rad (41) kooperiert, um in dem Stiftrad (36) eine axiale Ungleichförmigkeit zuzulassen, während es seinen kämmenden Eingriff mit dem Stiftrad aufrecht hält.
Windturbine nach Anspruch 20, weiterhin gekennzeichnet durch einen strukturellen Rahmen, an welchem der Träger (82) auf substantiell starre Weise fixiert ist, wobei der Generator (43) an dem strukturellen Rahmen montiert ist, um sich zusammen mit dem gezahnten Rad (41) radial zu bewegen.
Windturbine (10) mit: einer Stützstruktur (16); einem zumindest ein Blatt tragenden Rotor (15), der zur Rotation um eine aufrechte Rotorachse (29) an der Stützstruktur (16) montiert ist; einem elektrischen Generator (43), und einem Getriebe zum Übertragen eines Drehmoments von dem Rotor (15) an den elektrischen Generator (43), wobei das Getriebe zum Verbinden des Rotors mit dem elektrischen Generator eine Stiftverzahnung umfasst.
Windturbine nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Stiftverzahnung eine Kegelstiftverzahnung oder eine Parallelstiftverzahnung sein kann.