DE202013105408U1

DE202013105408U1 - Masteinrichtung für eine Windenergieanlage

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Publication number: DE202013105408U1
Application number: DE202013105408U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-11-27
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2023-11-28

Abstract

Masteinrichtung zum Tragen eines Rotors (41) einer Windenergieanlage (1), mit einem Mast (20), der sich entlang einer Längsachse (L) erstreckt, die eine Rotationsachse (R) bildet, wobei der Mast (20) dazu ausgebildet ist, um jene Rotationsachse (R) rotierbar auf einem Mastfundament (F) gelagert zu werden, wobei der Mast (20) eine Oberfläche mit einer entlang der Rotationsachse (R) verlaufenden Vorderkante (201) sowie einer entlang der Rotationsachse (R) verlaufenden Hinterkante (202) aufweist, wobei die Rotationsachse (R) zwischen der Vorderkante (201) und der Hinterkante (202) verläuft, und wobei zumindest ein entlang der Rotationsachse (R) erstreckter Abschnitt (3) des Mastes (20) auf seiner gesamten Länge entlang der Rotationsachse (R) in einer senkrecht zur Längsachse (L) verlaufenden Querschnittsebene eine längs erstreckte Querschnittskontur (200) aufweist, die sich von der Vorderkante (201) des Mastes (20) entlang einer Hauptachse (203) der Querschnittskontur (200) zu der Hinterkante (202) des Mastes (20) erstreckt, wobei die Querschnittskontur (200) entlang der Hauptachse (203) länger ist als entlang einer senkrecht zur Hauptachse (203) erstreckten Nebenachse (204) jener Querschnittskontur (200), und wobei die Rotationsachse (R) in jenem Abschnitt (3) des Mastes (20) entlang der Hauptachse (203) näher an der Vorderkante (201) gelegen ist, als an der Hinterkante (203), so dass der Mast (20), wenn er von einem Wind aus einer Windrichtung (W) angeströmt wird, durch den Wind eine Kraft erfährt, die versucht, den Mast (20) so am Wind auszurichten, dass die Hauptachse (203) entlang der Windrichtung (W) verläuft.

Description

Die Erfindung betrifft eine Masteinrichtung zum Tragen eines Rotors einer Windenergieanlage sowie eine Windenergieanlage mit eine solchen Masteinrichtung.
Üblicherweise weist eine Windenergieanlage zur Umwandlung von Windenergie in elektrische Energie eine Masteinrichtung mit einem entlang einer Längsachse (Vertikalen) erstreckten Mast zum Tragen zumindest eines Rotors der Windenergieanlage auf.
Im Mix der Energieerzeugung nehmen Windturbinen mit unterschiedlichen Leistungen bereits einen festen Platz ein. Durch die Weiterentwicklung der letzten Jahre sind diese Windenergieanlagen immer größer und effizienter geworden. Strom erzeugende Windturbinen mit horizontaler Drehachse werden in geeigneter Höhe, z.B. zwischen 50 und 140 m, positioniert und fest nach dem Wind ausgerichtet.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, einen verbesserte Masteinrichtung bzw. eine verbesserte Windenergieanlage der eingangs genannten Art bereitzustellen.
Dieses Problem wird durch einen Mast mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Windenergieanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
Gemäß Anspruch 1 weist eine erfindungsgemäße Masteinrichtung zum Tragen eines Rotors einer Windenergieanlage einen Mast auf, der sich entlang einer Längsachse erstreckt, die eine Rotationsachse bildet, wobei der Mast dazu ausgebildet ist, um jene Rotationsachse rotierbar auf einem Mastfundament gelagert zu werden, wobei der Mast eine Oberfläche mit einer entlang der Rotationsachse verlaufenden Vorderkante sowie einer entlang der Rotationsachse verlaufenden Hinterkante aufweist, wobei die Rotationsachse zwischen der Vorderkante und der Hinterkante verläuft, und wobei zumindest ein entlang der Rotationsachse erstreckter Abschnitt des Mastes auf seiner gesamten Länge entlang der Rotationsachse in einer senkrecht zur Längsachse verlaufenden Querschnittsebene eine längs erstreckte Querschnittskontur aufweist, die sich von der Vorderkante des Mastes entlang einer Hauptachse der Querschnittskontur zu der Hinterkante des Mastes erstreckt, wobei jene Querschnittskontur bzw. Querschnittsfläche des Mastes entlang der Hauptachse eine größere Ausdehnung aufweist als entlang einer senktecht zur Hauptachse (und insbesondere senkrecht zur Längsachse) erstreckten Nebenachse jener Querschnittskontur bzw. Querschnittsfläche, und wobei die Rotationsachse in jenem Abschnitt des Mastes entlang der Hauptachse näher an der Vorderkante gelegen ist, als an der Hinterkante, so dass der Mast, wenn er von einem Wind aus einer Windrichtung angeströmt wird, durch den Wind eine Kraft erfährt, die versucht, den Mast so am Wind auszurichten, dass die Hauptachse entlang der Windrichtung verläuft. Die Rotationsachse verläuft vorzugsweise parallel zur Vertikalen.
Hierbei genügt es, dass die Windanströmung die Ausrichtung des Mastes unterstützt, was auch als "passiven Nachführung" bezeichnet wird. Gemäß einer Variante der Erfindung kann ein zusätzlicher Aktuator vorgesehen sein, der dazu ausgebildet ist, den Mast um die Rotationsachse zu drehen bzw. am Wind auszurichten. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Mast dazu ausgebildet ist, lediglich durch die besagte Windanströmung ausgerichtet zu werden.
Vorzugsweise weist die Masteinrichtung ein Drehlager auf, insbesondere in Form eines Azimut-Drehlagers, wobei der Mast, insbesondere eine Basis des Mastes, dazu ausgebildet ist, über das Drehlager mit einem Mastfundament verbunden zu werden, so dass der Mast um die Rotationsachse bezüglich des Mastfundamentes rotierbar ist.
Bevorzugt ist weiterhin vorgesehen, dass die Masteinrichtung ein Mastfundament zur Verankerung des Mastes in einem Untergrund aufweist, wobei der Mast dazu ausgebildet ist, über das Drehlager um die Rotationsachse drehbar mit dem Mastfundament verbunden zu werden.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass sich jener Abschnitt des Mastes ausgehend von der besagten Basis des Mastes, über die der Mast rotierbar auf dem Mastfundament gelagert ist, wenigstens bis zu einer Höhe erstreckt, die der Hälfte, zwei Drittel oder drei Viertel der Länge des Mastes entlang der Längsachse entspricht.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass sich jener Abschnitt des Mastes (ausgehend von der besagten Basis des Mastes) über die gesamte Länge des Mastes entlang der Längsachse erstreckt, d.h. bis zu einem gegenüberliegenden oberen Ende des Mastes.
Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bevorzugt vorgesehen, dass die Länge der Querschnittskontur bzw. Querschnittsfläche des Mastes entlang der Hauptachse der besagten Querschnittskontur bzw. Querschnittsfläche des Mastes ausgehend von der Basis des Mastes zu einem oberen Ende des Mastes hin abnimmt, und zwar bevorzugt kontinuierlich. Bevorzugt weist die Hinterkante des Mastes eine konkave Krümmung auf.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Querschnittskontur des Mastes spiegelsymmetrisch zur Hauptachse der Querschnittskontur ausgebildet ist.
Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Vorderkante des Mastes von einer konvex gekrümmten Vorderseite der Oberfläche des Mastes gebildet wird, wobei von der Vorderseite aus einander entlang der Nebenachse gegenüberliegende Seiten der Oberfläche des Mastes zur Hinterkante des Mastes hin zusammen laufen. Die Hinterkante kann aktzentuiert oder aber abgerundet ausgebildet sein.
Weiterhin betrifft die Erfindung gemäß Anspruch 10 eine Windenergieanlage, mit einer erfindungsgemäßen Masteinrichtung.
Vorzugsweise weist die Windenergieanlage einen Rotorträger zum Tragen eines Rotors auf, wobei der Rotorträger insbesondere drehfest mit dem Mast verbunden ist. Alternativ hierzu kann der Rotorträger (insbesondere über ein weiteres Drehlager) drehbar mit dem Mast verbunden sein, so dass auch der Rotorträger (ggf. unabhängig vom Mast) nach dem Wind ausgerichtet werden kann.
In dem Rotorträger ist bevorzugt eine Turbine angeordnet, die eine windbegingte Rotation des Rotors in elektrische Energie umsetzt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sollen bei der nachfolgenden Figurenbeschreibung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung anhand der Figuren erläutert werden.
Es zeigen:
1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Masteinrichtung bzw. Windenergieanlage;
2 eine Vorderansicht der in der 1 gezeigten Einrichtung; und
3 eine perspektivische Ansicht der in den 1 und 2 gezeigten Einrichtung.
Die 1 zeigt im Zusammenhang mit den 2 und 3 eine Masteinrichtung 1 zum Tragen eines Rotors 41 einer Windenergieanlage 1. Die Windenergieanlage 1 weist zum Tragen des Rotors 41 des Weiteren einen Rotorträger 42 auf, der entweder drehfest mit einem Mast 20 der Masteinrichtung 1 bzw. Windenergieanlage 2 verbunden ist oder über ein Drehlager 31, so dass der Rotorträger 42 gegenüber dem Mast 20 um eine vertikale Achse drehbar ist und nach dem Wind ausgerichtet werden kann (unabhängig vom Mast 20).
Der Mast 20 erstreckt sich entlang einer Längsachse L, die eine Rotationsachse R bildet, um die der Mast 20 rotierbar auf einem Mastfundament F gelagert ist, und zwar über ein Drehlager 30, das eine Basis 21 des Mastes 20 mit dem Mastfundament F verbindet, über das der Mast 20 in einem Untergrund U verankert ist. In einem betriebsbereiten Zustand des Mastes 20 erstreckt sich dieser bzw. dessen Längsachse L entlang der Vertikalen.
Der Mast 20 weist eine nach außen gewandte, äußerste Oberfläche auf, mit einer entlang der Rotationsachse R verlaufenden Vorderkante 201, die durch eine konvex gekrümmte, entlang der Rotationsachse R erstreckte Vorderseite 201a der Oberfläche des Mastes 20 gebildet wird, wobei eine derartige Vorderseite 201a auch als Profilnase bezeichnet wird. Weiterhin weist die Oberfläche des Mastes 20 eine entlang der Rotationsachse R verlaufende Hinterkante 202 (auch als Profilhinterkante bezeichnet) auf, wobei die Rotationsachse R zwischen der Vorderkante 201 und der Hinterkante 202 verläuft. Vorzugsweise weist die Hinterkante 202 des Mastes 20 eine konkave Krümmung auf. Die Hinterkante 202 kann akzentuiert oder auch abgerundet ausgebildet sein.
Wie im Detail A der 1 gezeigt, weist der Mast 20 entlang seiner gesamten Länge entlang der Rotations- oder Längsachse R, L bzw. zumindest entlang eines Abschnittes 3 des Mastes 20 in einer senkrecht zur Längsachse L verlaufenden Querschnittsebene eine längs erstreckte Querschnittskontur 200 auf, die sich von der Vorderkante 201 des Mastes 20 entlang einer Hauptachse 203 der Querschnittskontur 200 zu der Hinterkante 202 des Mastes 20 erstreckt, wobei jene Hauptachse 203 senkrecht zur Längsachse L verläuft und wobei die Querschnittskontur 200 entlang der Hauptachse 203 länger ist (die Länge entspricht dem Abstand zwischen Vorder- und Hinterkante 201, 202) als entlang einer senkrecht zur Hauptachse 203 und zur Längsachse L erstreckten Nebenachse 204 jener Querschnittskontur 200.
Zumindest in diesem Abschnitt 3 des Mastes 20 liegt nun die Rotationsachse R des Mastes 20 entlang der Hauptachse 203 näher an der Vorderkante 201 der Oberfläche des Mastes 20 als an der Hinterkante 203 des Mastes 20. Die Fläche der Oberfläche des Mastes 20 ist hinter der Rotationsachse R somit größer als die Fläche vor der Rotationsachse R, so dass der Mast 20, wenn er von einem Wind aus einer Windrichtung W angeströmt wird, durch den Wind eine Kraft erfährt, die versucht, den Mast 20 so am Wind auszurichten, dass die Hauptachse 203 entlang der Windrichtung W verläuft.

Claims

Masteinrichtung zum Tragen eines Rotors (41) einer Windenergieanlage (1), mit einem Mast (20), der sich entlang einer Längsachse (L) erstreckt, die eine Rotationsachse (R) bildet, wobei der Mast (20) dazu ausgebildet ist, um jene Rotationsachse (R) rotierbar auf einem Mastfundament (F) gelagert zu werden, wobei der Mast (20) eine Oberfläche mit einer entlang der Rotationsachse (R) verlaufenden Vorderkante (201) sowie einer entlang der Rotationsachse (R) verlaufenden Hinterkante (202) aufweist, wobei die Rotationsachse (R) zwischen der Vorderkante (201) und der Hinterkante (202) verläuft, und wobei zumindest ein entlang der Rotationsachse (R) erstreckter Abschnitt (3) des Mastes (20) auf seiner gesamten Länge entlang der Rotationsachse (R) in einer senkrecht zur Längsachse (L) verlaufenden Querschnittsebene eine längs erstreckte Querschnittskontur (200) aufweist, die sich von der Vorderkante (201) des Mastes (20) entlang einer Hauptachse (203) der Querschnittskontur (200) zu der Hinterkante (202) des Mastes (20) erstreckt, wobei die Querschnittskontur (200) entlang der Hauptachse (203) länger ist als entlang einer senkrecht zur Hauptachse (203) erstreckten Nebenachse (204) jener Querschnittskontur (200), und wobei die Rotationsachse (R) in jenem Abschnitt (3) des Mastes (20) entlang der Hauptachse (203) näher an der Vorderkante (201) gelegen ist, als an der Hinterkante (203), so dass der Mast (20), wenn er von einem Wind aus einer Windrichtung (W) angeströmt wird, durch den Wind eine Kraft erfährt, die versucht, den Mast (20) so am Wind auszurichten, dass die Hauptachse (203) entlang der Windrichtung (W) verläuft.
Masteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Masteinrichtung (2) ein Drehlager (30), insbesondere in Form eines Azimut-Drehlagers, aufweist, wobei der Mast (20) dazu ausgebildet ist, über das Drehlager (30) mit dem Mastfundament (F) verbunden zu werden, so dass der Mast (20) um die Rotationsachse (R) bezüglich des Mastfundamentes (F) rotierbar ist.
Masteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Masteinrichtung (2) ein Mastfundament (F) zur Verankerung des Mastes (20) in einem Untergrund (U) aufweist, wobei der Mast (20) über das Drehlager (30) um die Rotationsachse (R) drehbar mit dem Mastfundament (F) verbunden ist.
Masteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich jener Abschnitt (3) des Mastes (20) ausgehend von einer Basis (21) des Mastes (20), über die der Mast (20) rotierbar auf dem Mastfundament (F) lagerbar ist, wenigstens bis zu einer Höhe erstreckt, die der Hälfte, zwei Drittel oder drei Viertel der Länge des Mastes (20) entlang der Längsachse (L) entspricht.
Masteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich jener Abschnitt (3) des Mastes (20) ausgehend von einer Basis (21) des Mastes (20), über die der Mast (20) rotierbar auf dem Mastfundament (F) lagerbar ist, über die gesamte Länge des Mastes (20) entlang der Längsachse (L) erstreckt.
Masteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Querschnittskontur (200) entlang der Hauptachse (203) ausgehend von einer Basis (21) des Mastes (20), über die der Mast (20) um die Rotationsachse (R) rotierbar auf dem Mastfundament (F) lagerbar ist, zu einem oberen Ende (22) des Mastes (20) hin abnimmt, insbesondere kontinuierlich, insbesondere derart, dass die Hinterkante (202) eine konkave Krümmung aufweist.
Masteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittskontur (200) spiegelsymmetrisch zur Hauptachse (203) der Querschnittskontur (200) ausgebildet ist.
Masteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderkante (201) des Mastes (20) von einer konvex gekrümmten Vorderseite (201a) der Oberfläche des Mastes (20) gebildet wird, wobei von der Vorderseite (201a) aus voneinander abgewandte Seiten (205, 206) der Oberfläche des Mastes (20) zur Hinterkante (202) hin zusammenlaufen. Masteinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterkante (202) abgerundet ist.
Windenergieanlage, mit einer Masteinrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei insbesondere die Windenergieanlage (1) einen Rotorträger (42) zum Tragen eines Rotors (41) aufweist, wobei der Rotorträger (42) insbesondere drehfest mit dem Mast (20) verbunden ist, oder wobei der Rotorträger (42) insbesondere über ein weiteres Drehlager (31) mit dem Mast (20) verbunden ist.