DE202017004995U1

DE202017004995U1 - Azimutverstelleinrichtung sowie Turmkopfadapter und Windenergieanlage mit einer solchen Azimutverstelleinrichtung

Info

Publication number: DE202017004995U1
Application number: DE202017004995.3U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-09-26
Filing date: 2017-09-26
Publication date: 2017-10-25
Anticipated expiration: 2027-09-27

Abstract

Azimutverstelleinrichtung zum Schwenken und/oder Drehen eines auf einem Turm einer Windenergieanlage gelagerten Maschinenhauses um eine vertikale Dreh- und/oder Schwenkachse A, umfassend einen am Turm gehalterten stationären Azimutlagerring (22), einen das Maschinenhaus tragenden drehbar gelagerten Azimutlagerring (12), ein Antriebssystem und eine Bremseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssystem als lagegeregeltes Linearantriebssystem ausgebildet ist und wenigstens drei separat steuerbare Primärteile (16) und ein kreisringförmiges Sekundärteil (26) umfasst, wobei die Primärteile (16) innerhalb des Turmes auf einem Kreisbogen angeordnet und an einer Turmwandung (5) und/oder an dem stationären Azimutlagerring (22) gehaltert sind und wobei das kreisringförmige Sekundärteil (26) am drehbar gelagerten Azimutlagerring (12) gehaltert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Azimutverstelleinrichtung zum Durchführen einer Schwenk- oder Drehbewegung einer Gondel einer Windenergieanlage mittels eines Linearantriebs, welcher eine Mehrzahl von Primärteilen und ein gemeinsames Sekundärteil umfasst. Die Erfindung betrifft auch einen Turmkopfadapter mit einem derartigen Linearantrieb.
Ein Azimutantrieb einer Windenergrieanlage weist typischerweise einen oder mehrere Getriebemotoren auf. Die Getriebemotoren wirken über Zahnräder auf einen Zahnkranz, so dass durch Drehen der Getriebemotoren eine Azimutverstellung des Maschinenhauses nebst Rotor für eine Windrichtungsnachführung der Windenergieanlage ermöglicht wird.
Die internationale Offenlegungsschrift WO 01/86141 A1 zeigt einen Azimutantrieb für eine Windenergieanlage, dort sind vier Getriebemotoren offenbart, die gemeinsam auf einen Zahnkranz wirken und mittels eines Umrichters mit variabler Frequenz angesteuert werden.
Eine weitere Vorrichtung zum Drehen einer Komponente, insbesondere einer Gondel einer Windenergieanlage zeigt die DE 10 2008 013 864 A1 , dort sind drei Elektromotoren offenbart, die jeweils über ein Ritzel auf ein Zahnkranz wirken, wobei wenigstens ein Antrieb eine Differenzdrehzahl zu den anderen Antrieben aufweist. Um Spiel in der Anlage zu vermeiden, können die Stellmotoren des Azimutantriebs dort gegeneinander verspannt werden.
Die bekannten Azimutantriebe weisen eine herkömmliche Zahnkranz-Ritzel-Kombination auf, welche ein unerwünschtes Spiel bei der Verzahnung erzeugt. Zudem ist eine derartige Verzahnung verschleißbehaftet, insbesondere wirkt sich negativ aus, dass regelmäßig ein bestimmter Winkelbereich, nämlich um die Hauptwindrichtung herum, des Zahnkranzes besonders belastet wird.
Die bekannten Azimutantriebe mit Zahnkranz-Ritzel-Kombination erfordern im Zuge der Erstmontage eine hohe Präzision, damit sämtliche Antriebsritzel während des Absenkens der Gondel stellungsbestimmt in den Zahnkranz „einfädeln”; erschwert wird der Montagevorgang in großer Höhe zudem, wenn der Zahnkranz außerhalb des Turmes angeordnet ist.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen elektrischen Antrieb für eine Azimutverstellung bereitzustellen, der besonders verschleiß- und spielarm ausgebildet sowie einfach und sicher montierbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Azimutverstelleinrichtung zum Schwenken und/oder Drehen eines auf einem Turm einer Windenergieanlage gelagerten Maschinenhauses um eine vertikale Dreh- und/oder Schwenkachse A, umfassend einen am Turm gehalterten stationären Azimutlagerring, einen das Maschinenhaus tragenden drehbar gelagerten Azimutlagerring, ein Antriebssystem und eine Bremseinrichtung, wobei das Antriebssystem als lagegeregeltes Linearantriebssystem ausgebildet ist und wenigstens drei separat steuerbare Primärteile und ein kreisringförmiges Sekundärteil umfasst, wobei die Primärteile innerhalb des Turmes auf einem Kreisbogen angeordnet und an einer Turmwandung und/oder an dem stationären Azimutlagerring gehaltert sind und das kreisringförmige Sekundärteil am drehbar gelagerten Azimutlagerring gehaltert ist.
Erfindungsgemäß ist das Linearantriebssystem als Asynchronantriebssystem ausgebildet, wobei die Primärteile jeweils eine Mehrzahl von Spulen aufweisen und in Einfachkammanordnung oder in Doppelkammanordnung aufgebaut sind, die auch als Statoren bezeichnet werden. Mit anderen Worten bilden die Primärteile mit dem Sekundärteil jeweils einen Asynchronlinearmotor mit der Besonderheit, dass die Linearmotoren ein gemeinsames Sekundärteil aufweisen. Das kreisringförmige Sekundärteil besteht im Wesentlichen aus Aluminium und ist vorzugsweise permanentmagnetfrei ausgebildet. Dies hat zum einen den Vorteil, dass das Sekundärteil durch den Verzicht auf teure Seltene-Erden-Magnete günstig herzustellen ist und hat zum anderen den Vorteil, dass hinsichtlich Sicherheit und Wartung keine Probleme zu erwarten sind, die auf ferromagnetischen Fremdkörpern beruhen. Im Wesentlichen aus Aluminium heißt im Sinne der Erfindung, dass das Sekundärteil aus mehr als 90 Prozent Aluminium besteht, wobei Aluminiumlegierungen umfasst sind.
Eine vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Linearantriebssystem ein berührungsloses Wegmesssystem und/oder Winkelmesssystem zur Geschwindigkeits- und Positionserfassung für die Geschwindigkeits- und Lageregelung umfasst, welches wenigstens einen stationären Messkopf mit einem optischen, magnetischen, kapazitiven oder induktiven Sensor und einen bogenförmigen Linearmaßstab, der eine inkrementale oder absolute Kodierung aufweist, wobei der bogenförmige Linearmaßstab am drehbar gelagerten Azimutlagerring und/oder am kreisringförmige Sekundärteil angeordnet ist. Hiermit ist auf einfache Weise eine direkte und spielfreie Positionserfassung sichergestellt.
Das Linearantriebssystem umfasst ein zentrales Azimut-Steuerungssystem, welches besonders bevorzugt eine Auswerteeinheit aufweist, die zum Empfang und Verarbeiten von Daten eines globalen Satellitennavigationssystems zwecks Nachbildung eines hochauflösenden Kompasses und Bereitstellung von Koordinatendaten ausgebildet und eingerichtet ist. Die zentrale Azimut-Steuerungseinheit umfasst zudem ein Steuerungsmodul, welches ausgebildet und eingerichtet ist, aus den Koordinatendaten der Auswerteeinheit und aus den von dem Wegmesssystem und/oder Winkelmesssystem bereitgestellten Positions- und Geschwindigkeitsdaten einen Positions- und einen Geschwindigkeitsistwert für die Geschwindigkeits- und Lageregelung bereitzustellen. Hierbei stellt das globale Satellitennavigationssystem beispielsweise 0,5 Grad genau Richtungsdaten bereit, wobei das inkrementale Wegmesssystem die 0,5 Grad Bogenabschnitte jeweils in eine Anzahl Inkremente auflöst. Vorteilhafterweise können alternativ oder zusätzlich ein Referenzsensor und eine Referenzmarke vorgesehen sein, um die Position der Rotornabenmitte zu kennzeichnen und für das Azimut-Steuerungssystem für die Windrichtungsnachführung bereitzustellen. Eine Sollwertvorgabe erfolgt auf bekannte Weise durch ein Windrichtungsmesssystem und/oder durch eine Sollwertvorgabe von einer zentralen Windparkleitstelle.
Das Linearantriebssystem umfasst wenigstens drei, vorzugsweise wenigstens sechs separat steuerbare Primärteile und zugeordnete Umrichter oder Wechselrichter zum Steuern und/oder Regeln der Primärteile im Vierquadrantenbetrieb. Die Primärteile sind, bevorzugt paarweise angeordnet und koordiniert ansteuerbar, um einen ruckfreien kontinuierlichen Wechsel des Antriebsquadranten, bspw. ein Richtungswechsel oder eine stärkere Schubkraft in Tandemschaltung aufzubringen, wobei die auf dem Kreisbogen tangential ausgerichteten und angeordnet Primärteile Einzelschubkräfte aufbringen, die vektoriell zu einer Gesamtschubkraft addierbar bzw. subtrahierbar sind.
In einer ersten bevorzugten Ausbildung sind die Primärteile als Doppelkammprimärteile ausgebildet, zwischen den aktive Flächen jedes Doppelkammprimärteils ein, vorzugsweise einstellbarer zylindermantelförmiger Luftspalt ausgebildet ist, der parallel und konzentrisch zur Dreh- und/oder Schwenkachse A verläuft. Einhergehend mit dem Aufbau Doppelkammprimärteil weist das Sekundärteil eine Höhe auf, die ein Vielfaches der Breite des Sekundärteils beträgt und wobei das kreisringförmige Sekundärteil im zylindermantelförmiger Luftspalt zwischen den aktive Flächen der Doppelkammprimärteile um die Dreh- und/oder Schwenkachse A bewegbar angeordnet ist. Der Abstand der Primärteile ist jeweils mittels einer radial wirkenden Einstelleinrichtung variierbar. Hierdurch wird zum einen die Montage des Maschinenhauses bzw. der Gondel bzw. des Maschinenhausträgers vereinfacht, da dieses lediglich von einem Kran auf den stationären Azimutlagerring abgesetzt zu werden braucht, wobei das kreisringförmige Sekundärteil in den dann breiteren Luftspalt eintaucht. Zum anderen können die Primärteile nachfolgend aufeinander zu bewegt werden, um einen schmalen Betriebsluftspalt herzustellen.
Das kreisringförmige Sekundärteil kann dabei aus zylindermantelförmigen Segmenten gebildet sein. Zudem können die, den Primärteilen zugewandten Seiten des Sekundärteils eine profilierte oder strukturierte Oberfläche aufweisen, wobei das Profil bzw. die Struktur mit der Spulenanordnung der Primärteile korrespondiert.
In einer zweiten bevorzugten Ausbildung ist das kreisringförmige Sekundärteil scheibenförmig ausgebildet und horizontal ausgerichtet, deren Unterseite und Oberseite eine Breite aufweisen die ein Vielfaches der Höhe beträgt. Das kreisringförmige Sekundärteil kann bevorzugt aus wenigsten zwei verbindbaren Kreisringsegmenten gebildet sein. Hierdurch wird insbesondere die Montage beim Einsatz von Doppelkammprimärteilen vereinfacht.
Vorzugsweise verläuft der Luftspalt zwischen den Primärteilen und dem Sekundärteil des Linearantriebs senkrecht zur Dreh- oder Schwenkachse. Primärteil und Sekundärteil bilden dabei zwei parallele Ebenen, wobei der Abstand einstellbar ist, wobei das Primärteil vertikal bewegbar ist. Hieraus ergeben sich große Vorteile bei Montage- und Wartungstätigkeiten. Die Einzelkammprimärteile weisen jeweils eine rechteckförmig oder kreisringsegmentförmig, ebene aktive Fläche auf, die parallel beabstandet zum Sekundärteil ausgerichtet ist. Die aktive Fläche jedes Einzelkammprimärteils ist dabei der Unterseite des Sekundärteils zugewandt. Hierdurch wird insbesondere die Montage des Maschinenhauses bzw. der Gondel sehr vereinfacht, da dieses lediglich von einem Kran auf den stationären Azimutlagerring abgesetzt zu werden braucht.
In einer Weiterbildung der vorgenannten Anordnung weist jedes Primärteil eine zweite rechteckförmig oder kreisringsegmentförmig, dem Sekundärteil zugewandten Seite, ebene aktive Fläche auf, die parallel beabstandet zum Sekundärteil ausgerichtet ist und wobei die zweite aktive Fläche der Oberseite des Sekundärteils zugewandt ist. Dieser Aufbau entspricht einem Doppelkammaufbau oder einem Doppelkammprimärteil. Unter Einbeziehung des Sekundärteils ist auch der Begriff Doppelkammlinearmotor gebräuchlich. Dieser Aufbau ist besonders vorteilhaft für eine Steigerung der Antriebsleistung und/oder zur Neutralisierung der nach außen wirkenden Anziehungskräfte zwischen den Primärteilen und dem Sekundärteil.
Die Einzel- oder Doppelkammprimärteile weisen jeweils eine rechteckförmige oder kreisringsegmentförmige, ebene aktive Fläche auf, wobei die rechteckförmigen Primärteile zunächst Vorteile hinsichtlich geringerer Herstellkosten haben, weil sie einfacher herstellbar sind und unabhängig von verschiedenen Durchmesser der Azimutlagerungen einsetzbar sind. Die rechteckförmigen Primärteile brauchen lediglich auf dem vorbestimmten Kreisbogen in ihrer Längsrichtung in einem vordefinierten Winkel ausgerichtet werden, sodass deren Mittellinie quasi eine Tangente an dem vorbestimmten Kreisbogen bildet. Die Einzelschubkräfte der auf dem Kreisbogen angeordneten Primärteile, werden dabei vektoriell zu einer Gesamtschubkraft addiert. Die kreisringsegmentförmigen Primärteile haben wiederum Vorteile hinsichtlich des Kraftflusses und des Wirkungsgrads.
Weiter bevorzugt sind die Primärteile an einen gemeinsamen Kühlmittelkreislauf und eine Kühlwasserkühleinrichtung anschließbar, wobei die Primärteile vorzugsweise hintereinander geschaltet in den Kühlmittelkreislauf eingebunden sind. Hiermit können höhere Leistung und ein bessere Wirkungsgrad erzielt werden.
Besonders bevorzugt umfasst die Bremseinrichtung in einer ersten Ausgestaltung innerhalb des Turmes eine, an einer Turmwandung, insbesondere eines Turmkopfadapters gehalterte, horizontal ausgerichtete kreisringförmige Bremsscheibe und wenigstens drei Bremssättel und/oder Bremszangen, die am drehbar gelagerten Azimutlagerring gehaltert sind. In einer zweiten Ausgestaltung ist die kreisringförmige Bremsscheibe am drehbar gelagerten Azimutlagerring gehaltert, wobei die kreisringförmige Bremsscheibe konzentrisch zum scheiben- und kreisringförmigen Sekundärteil, insbesondere in derselben horizontalen Ebene angeordnet ist und dass die wenigstens drei Bremssättel und/oder Bremszangen innerhalb des Turmes, an einer Turmwandung, insbesondere eines Turmkopfadapters gehaltert sind. Die Bremszangen sind insbesondere als elektromechanische Haltebremsen ausgelegt, da das betriebsmäßige Bremsen durch die Linearmotoren in Form der Primärteile und dem Sekundärteil erfolgt.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung auch gelöst durch einen Turmkopfadapter für einen Turm einer Windenergieanlage umfassend eine zylindrisch oder konisch ausgebildete Turmwandung, einen unteren Ringflansch, zum Verbinden des Turmkopfadapter mit einer darunter angeordneten Turmsektion und ein mit der Turmwandung verbundenen stationären Azimutlagerring, wobei unterhalb des Azimutlagerrings wenigsten drei, vorzugsweise wenigstens sechs Primärteile eines Linearantriebssystems an der Turmwandung und/oder dem stationären Azimutlagerring in kreisförmiger Anordnung gehaltert sind. Besonders bevorzugt sind im Turmkopfadapter sämtliche aktiven Komponenten des Linearantriebssystems angeordnet, nämlich die Primärteile selbst, die zum Steuern und/oder Regeln der Primärteile wenigstens zugeordneten Umrichter oder Wechselrichter und die zentrale Steuerungseinheit sowie gegebenenfalls die zum Kühlen der Primärteile eine Kühlwasserkühleinrichtung. Nach Versorgung der Umrichter oder Wechselrichter und die zentrale Steuerungseinheit sowie gegebenenfalls die Kühlwasserkühleinrichtung mit Netzspannung, können diese sofort betriebsbereit sein, nämlich bereits für einen Systemtest am Boden und/oder während der Errichtung der Windenergieanlage unmittelbar nach Montage des Turmkopfadapters.
Der Turmkopfadapter weist zudem eine begehbare kreisringförmige Plattform auf, die am Ringflansch gehaltert ist, um eine gute Zugänglichkeit zu den Elektrokomponenten des Linearantriebssystems herzustellen.
Die Erfindung wird nachfolgend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
1 eine Seitenansicht eines oberen Turmabschnitts im Schnitt mit einem Azimut-Antriebssystem gemäß der Erfindung in einer ersten Ausbildung,
2 eine Seitenansicht eines oberen Turmabschnitts im Schnitt mit einem Azimut-Antriebssystem gemäß der Erfindung in einer zweiten Ausbildung,
3 eine Seitenansicht eines oberen Turmabschnitts im Schnitt mit einem Azimut-Antriebssystem gemäß der Erfindung in einer dritten Ausbildung,
4 eine Draufsicht im Schnitt aus 1,
5 eine Draufsicht im Schnitt aus 2,
6 eine Draufsicht im Schnitt aus 3 und
7 ein schematisches Schaltbild des Linearantriebssystems.
Die 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines oberen Turmabschnitts im Schnitt mit einer Azimutverstelleinrichtung nebst Azimut-Antriebssystem gemäß der Erfindung in einer ersten Ausbildung, insbsondere einen Turmkopfadapter 2. Der Turmkopfadapter 2 weist im Ausführungsbeispiel eine zylindrisch ausgebildete Turmwandung 5, einen unteren Ringflansch 14, zum Verbinden des Turmkopfadapter 2 mit dem Sektionsringflansch 4 der darunter angeordneten Turmsektion 3 und einen mit der Turmwandung 5 verbundenen stationären Azimutlagerring 22 auf. Unterhalb des Azimutlagerrings 2 ist in der Seitenansicht ein Primärteil 16 in Doppelkammanordnung erkennbar, tatsächlich umfasst das Linearantriebssystems im Ausführungsbeispiel jedoch sechs Doppelkammprimärteile wie die 4 in einer entsprechender schematischen Draufsicht zeigt. Das Doppelkammprimärteil weist zwei Primärteilspulenkörper auf, welche zueinander durch eine Einstelleinrichtung in radialer Richtung einstellbar ausgebildet sind, wie der 1 durch zwei Doppelpfeile x zu entnehmen ist. Hierdurch lassen sich für Wartung und Betrieb verschiedene Luftspaltbreiten einstellen. Die Doppelkammprimärteile oder kurz Primärteile 16 sind auf einer Konsole 7 gehaltert, die sich wiederum an der Turmwandung 5 und dem unteren Ringflansch 14 abstützt. Der Turmkopfadapter 2 weist zudem eine begehbare kreisringförmige Plattform 6 auf, die am Ringflansch 14 gehaltert ist, um eine gute Zugänglichkeit zu den Elektrokomponenten des Linearantriebssystems nebst Schaltschrank 29 herzustellen. Das Linearantriebssystem ist im Bedarfsfall aufgrund einer separaten Netzzuleitung 35 auch unabhängig von der Steuerung im Maschinenhaus betreibbar. Wie 1 erkennen lässt, lagert auf dem stationären Azimutlagerring 22 ein bewegbarer Azimutlagerring 12, wobei im Ausführungsbeispiel als Lagerung ein einreihiges Schrägrollenlager 21 vorgesehen ist. Es sind jedoch auch andere Kugel- oder Rollenlagerungen geeignet, so offenbart die WO 2012/0692512 A1 beispielsweise eine geeignete zweireihige Schräglagerbaugruppe. Auf dem bewegbarer Azimutlagerring 12 ist zunächst ein Maschinenhausträger 11 für ein nicht dargestelltes Maschinenhaus angeordnet und verschraubt. Am Innenring des bewegbarer Azimutlagerrings 12 ist ein kreisringförmiges permanentmagnetfreies Sekundärteil 26 gehaltert, wie insbesondere die 4 in der Draufsicht deutlich erkennen lässt. Das kreisringförmige Sekundärteil 26 weist eine Höhe auf, die ein Vielfaches seiner Breite beträgt, wobei das kreisringförmige Sekundärteil 26 zwischen den aktive Flächen der Doppelkammprimärteile in einem zylindermantelförmigen Luftspalt konzentrisch um die Drehachse A bewegbar angeordnet ist. Wie 1 weiter erkennen lässt, weist das Sekundärteil 26 im oberen Abschnitt ein kreisbogenförmiger Linearmaßstab 28 mit hochgenauer Teilung bzw. Kodierung auf, welcher sich über den gesamten inneren Umfang des Sekundärteils 26 erstreckt. Zusammen mit dem wenigstens einen stationären Messkopf 27 bildet der Linearmaßstab 28 ein digitales Messsystem, welches als Istwertgeber für die Geschwindigkeits- und Lageregelung des Linearantriebssystems ausgebildet ist. Jeder Messkopf 27 beinhaltet bevorzugt einen optischen oder magnetischen Sensor. Wie die 4 zeigt, sind im Ausführungsbeispiel drei Messköpfe 27 vorgesehen, hiermit ist zum eine Redundanz im Falle eines Defekts eines Sensors sicher gestellt, zum anderen ist eine vereinfachte Signalverteilung an drei Umrichtern oder Wechselrichtern oder drei Gruppen von Umrichtern oder Wechselrichtern gegeben. Wie die 4 weiter erkennen lässt, sind die sechs separat steuerbare Primärteile 16 paarweise angeordnet, wobei jedem Paar von Primärteilen 16 jeweils ein Messkopf 27 lokal und funktionell zugeordnet ist. An der Turmwandung 5, des Turmkopfadapters 2 ist eine horizontal ausgerichtete kreisringförmige Bremsscheibe 25 einer Bremseinrichtung gehaltert. Zur Bremseinrichtung gehören im Ausführungsbeispiel drei Bremszangen 15, die am drehbar gelagerten Azimutlagerring 12 bewegbar gehaltert sind.
Die 2 zeigt eine Seitenansicht eines oberen Turmabschnitts im Schnitt mit einer Azimutverstelleinrichtung nebst Azimut-Antriebssystem gemäß der Erfindung in einer zweiten Ausbildung, wobei die Bezugszeichen für Elemente, Komponenten oder Einrichtungen mit gleicher Funktionalität beibehalten wurden. Abweichend zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 besteht in der Anordnung und Ausbildung des Linearantriebssystems. Am Innenring des bewegbarer Azimutlagerrings 12 ist ein kreisringförmiges permanentmagnetfreies Sekundärteil 26 gehaltert, welches horizontal ausgerichtete ist und somit quer zur Drehachse A verläuft. Das kreisringförmige Sekundärteil 26 weist eine Breite auf, die ein Vielfaches seiner Höhe oder Dicke beträgt, wobei das kreisringförmige Sekundärteil 26 oberhalb des Primärteils 16 angeordnet ist. Das Primärteil 16 ist dort als Einzelkammprimärteil ausgebildet, welches vertikal durch eine Einstelleinrichtung einstellbar ausgebildet ist, wie der 2 durch den Doppelpfeil z zu entnehmen ist. Hierdurch lassen sich für Wartung und Betrieb verschiedene Luftspaltbreiten zwischen dem Primärteil 16 und dem Sekundärteil 26 einstellen. Die 5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung aus 2 von oben, wobei die sechs separat steuerbare Primärteile 16 paarweise angeordnet sind, und jedem Paar von Primärteilen 16 ein Messkopf 27 lokal und funktional zugeordnet ist. Der kreisbogenförmige Linearmaßstab 28 mit hochgenauer Teilung bzw. Kodierung, erstreckt sich dort abweichend über den gesamten inneren Umfang eines Halterings unterhalb des bewegbarer Azimutlagerrings 12. In einer nicht dargestellten Abwandlung kann zur Steigerung der Antriebsleistung und/oder zur Neutralisierung der nach unten wirkenden Anziehungskräfte zwischen den Primärteilen 16 und dem Sekundärteil 26 im scheibenförmigem Luftspalt auch statt eines Einzelkammprimärteils ein sogenannter Doppelkammlinearmotor mit einem Doppelkammprimärteil aufgebaut werden, wobei die obere Hälfte des Doppelkammprimärteils aus Montagegründen entfernbar sein müsste.
Die 3 zeigt eine Seitenansicht eines oberen Turmabschnitts im Schnitt mit einer Azimutverstelleinrichtung nebst Azimut-Antriebssystem gemäß der Erfindung in einer dritten Ausbildung, wobei die Bezugszeichen für Elemente, Komponenten oder Einrichtungen mit gleicher Funktionalität beibehalten wurden. Abweichend zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 besteht in der Anordnung und Ausbildung des Linearantriebssystems und der Bremseinrichtung. Am Innenring des bewegbarer Azimutlagerrings 12 ist ein kreisringförmiges Sekundärteil 26 gehaltert, welches horizontal ausgerichtete ist und somit quer zur Drehachse A verläuft. Das kreisringförmige Sekundärteil 26 weist eine Breite auf, die ein Vielfaches seiner Höhe oder Dicke beträgt, wobei das kreisringförmige Sekundärteil 26 oberhalb des Primärteils 16 in Form eines Einzelkammprimärteils angeordnet ist. Das Sekundärteil 26 reicht in der Breite des Kreisrings über die wirksame Breite bzw. Fläche des Primärteils 16 hinaus, wobei der äußere Kreisringbereich als Bremsscheibe 25 ausgebildet ist und sich somit in derselben Ebene mit dreht. Die Bremszangen 15 oder Bremssättel sind entsprechend stationär gehaltert auf einer Konsole 7 an der Turmwandung 5 gehaltert. In einer nicht dargestellten Abwandlung kann die kreisringförmige Bremsscheibe 25 jedoch in einer anderen Ebene als das kreisringförmige Sekundärteil 26 am bewegbarer Azimutlagerring 12 gehaltert sein. In beiden Ausgestaltungen besteht der Vorteil, dass die Unterseite des bewegbarer Azimutlagerrings 12 bzw. des Maschinenhausträgers lediglich passive Elemente, wie das Sekundärteil 26 und der Linearmaßstab 28 aufweist und somit für die keine Azimutverstelleinrichtung keine Kabel vorzusehen sind. Die 5 zeigt eine entsprechende schematische Schnittdarstellung aus 2 als Draufsicht, wobei die sechs separat steuerbare Primärteile 16 paarweise angeordnet sind, und jedem Paar von Primärteilen 16 ein Messkopf 27 lokal und funktional zugeordnet ist. Der kreisbogenförmige Linearmaßstab 28 mit hochgenauer Teilung bzw. Kodierung, erstreckt sich dort abweichend an der Unterseite des Sekundärteils 26. An dieser Stelle sei darau hingewiesen, dass das Linearantriebssystem mit einer Mehrzahl von Primärteilen in Einzelkamm- oder Doppelkammaufbau/-anordnung und dem einen Sekundärteil 26 als großer ringförmiger Asynchronlinearmotor bezeichnet werden kann, wobei die aktiven Linearmotor-Komponenten, nämlich die Primärteile 16 einzeln ansteuerbar sind.
Die 7 zeigt ein schematisches Schaltbild des Linearantriebssystem mit sechs separat steuerbaren Primärteilen 16 und einem Sekundärteil sowie sechs zugeordneten Wechselrichtern 32 zum Steuern und/oder Regeln der Primärteile 16. Die Primärteile 16 sind im Ausführungsbeispiel paarweise angeordnet und koordiniert ansteuerbar, wobei jedem Primärteil 16 ein steuerbarer Wechselrichter 32 zugeordnet ist und jeweils zwei Wechselrichtern 32 über einen gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis 36 mit einem steuerbare Gleichrichter 31 verbunden sind. Wie der 7 zu entnehmen ist, umfasst das Linearantriebssystem eine zentrale Steuerungseinheit 30, welche eine Auswerteeinheit 22 und ein Steuerungsmodul 34 umfasst. Wie der 7 weiterhin zu entnehmen ist, ist jedem Paar von Primärteilen 16 ein Messkopf 27 zugeordnet, die einen Linearmaßstab 28 abtasten.
Bezugszeichenliste

1: Azimutverstelleinrichtung
2: Turmkopfadapter
3: Turmsektion
4: Sektionsringflansch
5: Turmwandung
6: Plattform
7: Konsole
11: Maschinenhausträger
12: Oberer Azimutlagerring
14: Ringflansch
15: Bremszange
16: Primärteil
21: Schrägrollenlager
22: Unterer Azimutlagerring
25: Bremsscheibe
26: Sekundärteil
27: Messkopf
28: Linearmaßstab
29: Schaltschrank
30: Steuerungseinheit
31: Gleichrichter
32: Wechselrichter
33: Auswerteeinheit
34: Steuerungsmodul
35: Netzzuleitung
36: Gleichspannungszwischenkreis

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

WO 01/86141 A1 [0003]
DE 102008013864 A1 [0004]
WO 2012/0692512 A1 [0031]

Claims

Azimutverstelleinrichtung zum Schwenken und/oder Drehen eines auf einem Turm einer Windenergieanlage gelagerten Maschinenhauses um eine vertikale Dreh- und/oder Schwenkachse A, umfassend einen am Turm gehalterten stationären Azimutlagerring (22), einen das Maschinenhaus tragenden drehbar gelagerten Azimutlagerring (12), ein Antriebssystem und eine Bremseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssystem als lagegeregeltes Linearantriebssystem ausgebildet ist und wenigstens drei separat steuerbare Primärteile (16) und ein kreisringförmiges Sekundärteil (26) umfasst, wobei die Primärteile (16) innerhalb des Turmes auf einem Kreisbogen angeordnet und an einer Turmwandung (5) und/oder an dem stationären Azimutlagerring (22) gehaltert sind und wobei das kreisringförmige Sekundärteil (26) am drehbar gelagerten Azimutlagerring (12) gehaltert ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Linearantriebssystem als Asynchronantriebssystem ausgebildet ist, wobei die Primärteile (16) jeweils eine Mehrzahl von Spulen aufweisen und in Einfachkammanordnung oder in Doppelkammanordnung aufgebaut sind und das kreisringförmige Sekundärteil (26) im Wesentlichen aus Aluminium besteht und permanentmagnetfrei ausgebildet ist.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Linearantriebssystem ein berührungsloses Wegmesssystem (27) und/oder Winkelmesssystem zur Geschwindigkeits- und Positionserfassung für die Geschwindigkeits- und Lageregelung umfasst, welches wenigstens einen stationären Messkopf (27) mit einem optischen, magnetischen, kapazitiven oder induktiven Sensor und einen bogenförmigen Linearmaßstab (28), der eine inkrementalen oder absoluten Kodierung aufweist, wobei der bogenförmige Linearmaßstab (28) am drehbar gelagerten Azimutlagerring (12) und/oder am kreisringförmigen Sekundärteil (26) angeordnet ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung eine zentrale Steuerungseinheit (30) umfasst, welche eine Auswerteeinheit (33) aufweist, die zum Empfang und Verarbeiten von globalen Sattelitendaten zur Nachbildung eines hochauflösenden Kompasses und Bereitstellung von Koordinatendaten ausgebildet und eingerichtet ist.
Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuerungseinheit (30) ein Steuerungsmodul (34) umfasst, welches ausgebildet und eingerichtet ist, aus den Koordinatendaten der Auswerteeinheit und aus den von dem Wegmesssystem und/oder Winkelmesssystem bereitgestellten Positions- und Geschwindigkeitsdaten einen Positionsistwert und einen Geschwindigkeitsistwert für die Geschwindigkeits- und Lageregelung der Primärteile mittels zugeordneter Wechselrichter (32) oder Umrichter bereitzustellen.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der zentralen Steuerungseinheit (30) und der wenigstens drei Umrichter oder Wechselrichter (32) die Primärteilen (16) im Vierquadrantenbetrieb steuerbar sind, wobei die auf dem Kreisbogen angeordnet Primärteile (16) Einzelschubkräfte aufweisen, die vektoriell zu einer Gesamtschubkraft addierbar sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Linearantriebssystem wenigsten sechs separat steuerbare Primärteile (16) und zugeordnete Wechselrichter (32) zum Steuern und/oder Regeln der Primärteile (16) im Vierquadrantenbetrieb umfasst, wobei die Primärteile (16), insbesondere paarweise angeordnet sind und jedem Primärteile (16) ein steuerbarer Wechselrichter (32) zugeordnet ist und wobei jeweils zwei Wechselrichter (32) über vorzugsweise einen gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis (36) und einen gemeinsamen steuerbare Gleichrichter (31) und mit der zentralen Steuerungseinheit (30) verbunden sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärteile (16) als Doppelkammprimärteile ausgebildet sind und zwischen den aktive Flächen jedes Doppelkammprimärteils ein, insbesondere einstellbarer zylindermantelförmiger Luftspalt ausgebildet ist, der konzentrisch zur Dreh- und/oder Schwenkachse A verläuft.
Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das kreisringförmige Sekundärteil (26) eine Höhe aufweist, die ein Vielfaches seiner Breite beträgt, wobei das kreisringförmige Sekundärteil (26) zwischen den aktive Flächen der Doppelkammprimärteile im zylindermantelförmigen Luftspalt konzentrisch um die Dreh- und/oder Schwenkachse A bewegbar angeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das kreisringförmige Sekundärteil (26) scheibenförmig ausgebildet und horizontal ausgerichtet ist, wobei dessen Unterseite und Oberseite eine Breite aufweisen, die ein Vielfaches der Höhe beträgt und wobei das kreisringförmige Sekundärteil (26) bevorzugt aus wenigsten zwei verbundenen Kreisringsegmenten gebildet ist.
Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Primärteil (16) eine erste rechteckförmig oder kreisringsegmentförmig aktive Fläche aufweist, die parallel beabstandet zum Sekundärteil (26) ausgerichtet ist und wobei die aktive Fläche des oder jedes Primärteils (16) der Unterseite des Sekundärteils (26) zugewandt ist und wobei der Abstand der aktive Fläche des oder jedes Primärteils (16) zur Unterseite des Sekundärteils (26) bevorzugt einstellbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Primärteil (16) eine zweite rechteckförmig oder kreisringsegmentförmig aktive Fläche aufweist, die parallel beabstandet zum Sekundärteil (26) ausgerichtet ist und wobei die zweite aktive Fläche der Oberseite des Sekundärteils (26) zugewandt ist und wobei der Abstand der aktive Fläche des oder jedes Primärteils (16) zur Oberseite des Sekundärteils (26) bevorzugt einstellbar ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärteile (16) an einen gemeinsamen Kühlmittelkreislauf und Kühlmittelkühleinrichtung anschließbar sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung innerhalb des Turmes eine, an einer Turmwandung (5), insbesondere eines Turmkopfadapters (2) gehalterte, horizontal ausgerichtete kreisringförmige Bremsscheibe (25) aufweist und wenigstens drei Bremssättel oder Bremszangen (15) umfasst, die am drehbar gelagerten Azimutlagerring (12) gehaltert sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung eine kreisringförmige Bremsscheibe (25) aufweist, die am drehbar gelagerten Azimutlagerring (12) gehaltert ist, wobei die kreisringförmige Bremsscheibe (25) konzentrisch zum scheiben- und kreisringförmigen Sekundärteil (26), insbesondere in derselben horizontalen Ebene angeordnet ist und dass die Bremseinrichtung wenigstens drei Bremssättel oder Bremszangen (15) umfasst, die innerhalb des Turmes, an einer Turmwandung (5), insbesondere eines Turmkopfadapters (2) gehaltert sind.
Turmkopfadapter (2) für einen Turm einer Windenergieanlage umfassend eine zylindrisch oder konisch ausgebildete Turmwandung (5), einen unteren Ringflansch (14), zum Verbinden des Turmkopfadapters (2) mit einem Sektionsringflansch (4) einer darunter angeordneten Turmsektion (3) und einen mit der Turmwandung (5) verbundenen stationären Azimutlagerring (22), dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Azimutlagerrings (22) und oberhalb des Ringflansch (14), eine begehbare Plattform angeordnet ist und wenigsten drei, vorzugsweise wenigstens sechs Primärteile (16) eines Linearantriebssystems an der Turmwandung (5) und/oder dem stationären Azimutlagerring (22) in kreisförmiger Anordnung gehaltert sind.
Turmkopfadapter (2) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zum Steuern und/oder Regeln der Primärteile (16) eine zentrale Steuerungseinheit (30) und wenigstens drei, vorzugsweise wenigstens sechs Umrichter oder Wechselrichter (32) innerhalb des Turmkopfadapter in einem Schaltschrank (29) angeordnet sind.
Windenergieanlage mit einer Azimutverstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
Windenergieanlage mit einem Turmkopfadapter (2) nach einem der Ansprüche 16 bis 18.