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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Windenergieanlage nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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In den rotierenden Teilen einer Windenergieanlage, insbesondere in der Nabe und in den daran befestigten Rotorblättern können elektrische Verbraucher vorgesehen sein. Um den elektrischen Kontakt zur Energieübertragung von feststehenden Bauteilen wie der Gondel zu dem mitrotierenden Verbraucher im Rotor sicherzustellen, ist es bekannt, in der Rotornabe, in der Rotorwelle oder hinter dem Getriebe oder Generator Schleifringkörper einzusetzen. Insbesondere in der Rotornabe sind den Abmessungen des Schleifringkörpers enge Grenzen gesetzt, so dass größere Ströme nicht mehr übertragen werden können. Üblicherweise erfolgt die Energieübertragung über in der Rotorwelle verlegte Leistungsstromkabel. Mit steigendem Energieverbrauch in der Rotornabe oder in den Rotorblättern, z. B. durch die Verwendung von Heizeinrichtungen zur Rotorblattenteisung, nimmt der Durchmesser der Kabel zu. Der Bauraum innerhalb der Rotorwelle ist ebenfalls begrenzt und lasst eine Verlegung dieser Kabel nicht mehr zu.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Windenergieanlage bereitzustellen, bei der auch größere Ströme von einem Maschinenhaus in den Rotor übertragen werden können.
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Die Aufgabe wird durch eine Windenergieanlage mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden den Gegenstand der Unteransprüche.
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Die erfindungsgemäße Windenergieanlage weist ein Hauptlager, eine in dem Hauptlager drehbar gelagerte Rotorwelle und eine an einem Ende der Rotorwelle angebrachte Rotornabe auf. Um die Rotorwelle herum ist zwischen dem Hauptlager und der Rotornabe eine Schleifringeinheit zur Übertragung von Versorgungsenergie angeordnet, wobei die Schleifringeinheit über Verbraucherleitungen mit mindestens einem Verbraucher in der Rotornabe und/oder in einem an der Rotornabe angeordneten Rotorblatt und ferner über Zuleitungen mit einer Stromquelle verbunden ist.
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Durch die zwischen dem Hauptlager und der Rotornabe an der Rotorwelle außen liegende Schleifringeinheit ist eine sehr robuste und zu Wartungszwecken sehr gut zugängliche Bauweise gegeben, die die Bereitstellung von großen elektrischen Leistungen ermöglicht. Außerdem können die Leistungsstromkabel außerhalb der Rotorwelle angeordnet werden. Die Leistungskabel können innerhalb der Gondel verlegt und von außen an den Schleifring herangeführt werden. Dies ist insbesondere für Windenergieanlagen vorteilhaft, in denen zur Rotorblattenteisung Heizeinrichtungen vorgesehen sind, welche eine große elektrische Leistung benötigen. Aber auch andere Verbraucher wie Pitchsysteme und Beleuchtungen in der Rotornabe bzw. in den Rotorblättern können versorgt werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Schleifringeinheit fest am Umfang der Rotorwelle angeordnet und die Zuleitungen sind über Stromabnehmer mit der Schleifringeinheit verbunden. Die Schleifringbahnen der Schleifringeinheit sind mit der Rotorwelle mitdrehend fest an ihrem Umfang aufgebracht und sind über elektrische Verbraucherleitungen mit einem oder mehreren Verbrauchern in der Rotornabe und/oder in den Rotorblättern verbunden. Die mitdrehende Schleifringeinheit erlaubt eine vereinfachte elektrische Verbindung mit den mitdrehenden Verbrauchern.
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In einer alternativen Ausgestaltung ist die Schleifringeinheit drehfest an dem Hauptlager oder am Maschinenträger der Windenergieanlage angebracht und die Verbraucherleitungen sind über Stromabnehmer mit den Schleifringbahnen der Schleifringeinheit verbunden.
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Bevorzugt weist die Schleifringeinheit elektrisch leitende Schleifringbahnen entsprechend der Anzahl der Verbraucherleitungen und der Zuleitungen auf. Bevorzugt sind drei Schleifringbahnen entsprechend drei Verbraucherleitungen und drei Zuleitungen vorgesehen.
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In einer möglichen Ausgestaltung sind als Stromabnehmer Kohlebürsten vorgesehen. Diese sind mit einem Ende der Zuleitungen verbunden und liegen am Außenumfang der Schleifringeinheit jeweils an einer Schleifringbahn an. In der alternativen Ausgestaltung, in der die Schleifringeinheit drehfest angeordnet ist, sind die Verbraucherleitungen an einem Ende mit Kohlebürsten verbunden, die an den Schleifringbahnen anliegen, welche am Innenumfang der Schleifringeinheit angeordnet sind.
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Bevorzugt sind die Verbraucherleitungen durch das Innere der Rotorwelle in die Rotornabe geführt. Sie sind somit optimal vor Witterungseinflüssen geschützt. Alternativ können die Verbraucherleitungen auch durch eine Serviceöffnung in der Rotornabe in diese hineingeführt sein. Auf diese Weise sind eventuell erforderliche Wartungsarbeiten an den Verbraucherleitungen einfacher durchzuführen. Auch eine Nachrüstung bereits bestehender Windenergieanlagen ist vereinfacht. Die Verbraucherleitungen werden lediglich durch eine ohnehin vorhandene Serviceöffnung geführt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine demontierbare Abdeckung vorgesehen, die die Schleifringeinheit abdeckt. Die Abdeckung schützt die Schleifringeinheit vor Staub und Nasse. Außerdem wird so ein Schutz des Wartungspersonals vor hohen Spannungen erzielt, die an der Schleifringeinheit anliegen können.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist zwischen Hauptlager und Rotorwelle eine mit einer Erdungsleitung verbundene Erdungsbürste zur Ableitung elektrischer Ladungen vorgesehen. Bevorzugt ist die Schleifringeinheit gegenüber der Rotorwelle elektrisch isoliert angeordnet. Überspannungen in Folge von Blitzeinschlägen werden so nicht von der Rotorwelle über die Schleifringeinheit in die Verbraucher oder die Stromquelle geleitet.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Windenergieanlage werden anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
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1 zeigt schematisch eine Ausgestaltung der Erfindung mit in der Rotorwelle geführten Verbraucherleitungen.
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2 zeigt schematisch eine Ausgestaltung der Erfindung mit außerhalb der Rotorwelle geführten Verbraucherleitungen.
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3 zeigt schematisch eine weitere Ausgestaltung der Erfindung mit einer am Hauptlager befestigten Schleifringeinheit.
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In den Figuren sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 zeigt ein Hauptlager 10, das feststehend in einer Gondel 30 einer Windkraftanlage angeordnet ist. Eine Rotorwelle 20 ist um ihre Längsachse drehbar in dem Hauptlager 10 gelagert. An ihrem vorderen (in der Zeichnung linken) Ende ist die Rotorwelle 20 mit einer Rotornabe 22 verbunden. An der Rotornabe 22 sind in bekannter Weise nicht dargestellte Rotorblätter angeordnet.
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Zwischen der außerhalb der Gondel 30 befindlichen Rotornabe 22 und dem Hauptlager 10 ist am Außenumfang der Rotorwelle noch innerhalb der Gondel eine Schleifringeinheit 24 angeordnet. Die Schleifringeinheit 24 ist fest, d. h. mitdrehend, mit der Rotorwelle 20 verbunden. Die Schleifringeinheit 24 weist drei parallele, ringförmige Schleifringbahnen 26 auf, die jeweils mit einer von drei Verbraucherleitungen 27 verbunden sind. Die Verbraucherleitungen 27 sind an der Innenseite der Schleifringeinheit 24 mit den Schleifringbahnen 26 verbunden und durch das Innere der Rotorwelle 20 hindurch in die Rotornabe 22 geführt. Von dort aus führen die Verbraucherleitungen 27 zu mindestens einem Verbraucher 28 in der Rotornabe 22 oder in den Rotorblättern.
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In dem Maschinenhaus der Windenergieanlage ist ferner eine Stromquelle 18 vorgesehen. Diese sei hier stellvertretend für alle möglichen Energiequellen genannt, über die die Verbraucher 28 letztlich versorgt werden. Von der Stromquelle 18 führen drei Zuleitungen 16 zu der Schleifringeinheit 24. An den der Schleifringeinheit 24 zugeordneten Enden der Zuleitungen 16 sind Stromabnehmer in Form von Kohlebürsten 12 angebracht. Diese sind mittels einer Haltevorrichtung 15 fest an dem Hauptlager 10 gehalten. Jede der drei Kohlebürsten 12 ist elektrisch leitend mit jeweils einer der Schleifringbahnen 26 der Schleifringeinheit 24 verbunden, so dass die Energieversorgung auch bei sich drehender Rotorwelle gewährleistet ist.
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Als Schutz gegen Staub und Nässe ist die Schleifringeinheit 24 mit einer drehfest in der Gondel 30 der Windenergieanlage angeordneten Abdeckung 19 versehen. Die Abdeckung 19 dient ferner der Sicherheit des Wartungspersonals, das somit nicht versehentlich mit den offenen, stromführenden Kohlebürsten oder Schleifringbahnen in Kontakt kommt. Die Schleifringbahnen 26 und die Verbraucherleitungen 27 sind elektrisch isoliert gegenüber der Rotorwelle 20 und der Nabe 22 angeordnet. Ladungen, die sich an der Oberfläche von Rotorwelle 20 und Nabe 22 befinden, oder Ströme, die dort fließen, stören somit nicht die Energieversorgung der Verbraucher 28. Derartige Ladungen oder Ströme, die beispielsweise durch statische Aufladung oder Blitzeinschlag auftreten können, werden über eine Erdungsbürste 14 abgeleitet. Die Erdungsbürste 14 ist fest aber isoliert mit dem Hauptlager verbunden. Eine nicht gezeigte Erdungsleitung leitet die Ladungen von der Oberfläche der Nabe 22 bzw. Rotorwelle 20 ab, ohne dass diese den Betrieb der Windenergieanlage oder die Energieversorgung der Verbraucher 18 stören.
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In 2 ist eine alternative Ausgestaltung der Erfindung dargestellt, bei der die Verbraucherleitungen 27 an der Innenseite der Schleifringeinheit 24 mit den Schleifringbahnen 26 verbunden sind, jedoch nicht, wie in 1 dargestellt, durch das Innere der Rotorwelle 20 hindurch in die Nabe 22 geführt sind, sondern außen an der Rotorwelle 20 aus der Gondel der Windkraftanlage heraus geführt sind. Von dort aus führen die Verbraucherleitungen 27 an der Außenwand der Nabe 22 bis zu einer Serviceöffnung 29. Durch diese Serviceöffnung 29 hindurch werden die Verbraucherleitungen 27 zu dem mindestens einem Verbraucher 28 in der Nabe 22 oder in den Rotorblättern geführt.
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3 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Schleifringeinheit 24 drehfest am Hauptlager 10 angeordnet ist. Die von der Stromquelle 18 kommenden drei Zuleitungen 16 sind fest mit den Schleifringbahnen der Schleifringeinheit 24 verbunden. Die Verbraucherleitungen 27 stehen über Stromabnehmer 12 mit dem Innenumfang der Schleifringbahnen in Kontakt.
