DE29706980U1

DE29706980U1 - Gondel einer Windkraftanlage

Info

Publication number: DE29706980U1
Application number: DE29706980U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Scherf Elmar De
Priority date: 1997-01-29
Filing date: 1997-04-18
Publication date: 1997-07-10
Anticipated expiration: 2007-04-19

Description

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Anmelder: Kassel, den 15. April 1997 rw/st

Walter SCHULTE Anwaltsakte 17151

Eikenberg Nr. 46
D-37688 Beverungen

Vertreter:
Patentanwälte
Walther · Walther & Hinz
Heimradstraße 2
D-34130 Kassel

Gondel einer Windkraftanlage

Die Erfindung betrifft eine Gondel einer Windkraftanlage, umfassend einen an einem Ende der Gondel angeordneten Rotor und einen mit dem Rotor kuppelbaren Generator.

Windkraftanlagen der eingangs genannten Art sind hinreichend bekannt; hierbei ist die den Rotor und den Generator aufweisende Gondel auf einem Mast oder Turm angeordnet. Üblich hierbei ist der Einsatz von dreiblättrigen Rotoren, da diese einen relativ gleichmäßigen Lauf gewährleisten. Es hat sich nun jedoch gezeigt, daß insbesondere bei Anlagen im Megawattbereich - tatsächlich werden Anlagen bis zu 1,5 MW serienmäßig hergestellt - ein Rotordurchmesser von über 60 m üblich ist. Derartige Rotoren weisen ein sehr hohes Eigengewicht auf, was eine immens hohe Lagerbeiastung der Lager am Generator bedingt. Darüber hinaus ergibt sich auf Grund des hohes Gewichtes des Rotors und des Abstandes des Rotors vom Mittelpunkt des Turmes, auf dem die Gondel drehbar gelagert ist, ein erhebliches Moment auf den Turm, was sich unmittelbar in der Dimensionierung des Turmes und damit in den Kosten insgesamt

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niederschlägt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gondel einer Windkraftanlage der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die auftretenden Kräfte - und hier insbesondere die auf die Lager wirkenden Kräfte - und gegebenfalls auch die einzelnen Bauteile der Windkraftanlage, wie z. B. der Turm, in ihren Abmessungen minimiert werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gondel einen zweiten Rotor aufweist, der am anderen, entgegengesetzten Ende der Gondel anbringbar ist, wobei dieser zweite Rotor mit dem Generator kuppelbar ist. Durch eine derartige Tandemanordnung zweier Rotoren an einer Gondel hat sich gezeigt, daß hiermit eine erhöhte Laufruhe verwirklicht werden kann. Ein schnellerer und weicherer Anlauf der Rotoren wird insbesondere dadurch ermöglicht, daß die Rotoren jeweils nur zwei Blätter aufweisen. Gleichwohl ist die Windausbeute größer ais bei einem einzelnen, an einer Gondel angeordneten, dreiblättrigen Rotor. Natürlich müssen die Rotorblätter der beiden Rotoren hierbei die gleiche Anstellung zum Wind aufweisen. Wesentlich ist auch, daß durch die Tandemanordnung der Rotoren die Kräfte, insbesondere in Verbindung mit der Verwendung von Zwei-Blatt-Rotoren, auf die im Bereich des Generators angeordneten Lager für die Rotoren vermindert werden können. Die Begründung hierfür ist im einzelnen darin zu finden, daß das Gewicht der einzelnen Rotoren geringer ist ais das Gewicht eines dreiblättrigen Rotors, obwohl die Leistungsausbeute durch den Einsatz von zwei Rotoren mit jeweils zwei Blättern - es stehen also insgesamt vier Blätter im Wind größer ist, als bei einem einzelnen dreiblättrigen Rotor. Darüber hinaus ist auch die Krafteinwirkung auf den Turm insofern günstiger, als sich die Momente der beiden Rotoren in Bezug auf die den Turm angreifenden Kräfte im wesentlichen ausgleichen. Insbesondere durch die Verminderung der Lagerkräfte und durch die geringere Beanspruchung des Turmes können nicht unerhebliche Fertigungskosten eingespart werden.

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Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die beiden Rotoren derart an der Gondel angebracht sind, daß die Rotorblätter der beiden Rotoren um 90 Grad versetzt zueinander stehen, da hierdurch, wie bereits eingangs ausgeführt, ein wesentlich schnellerer und auch weicherer Anlauf ermöglicht wird. Darüber hinaus sind auch die Windverluste geringer, ais wenn die Blätter der Rotoren einander abdeckend, hintereinander an der Gondel angeordnet wären.

Vorteilhaft sind die Blätter der Rotoren verstellbar, um bei starkem Wind den Winddruck von den Rotoren zu nehmen, um einer Zerstörung der Rotorblätter vorzubeugen. Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die Rotoren Blätter unterschiedlicher Größe aufweisen, wobei hierdurch erreichbar ist, daß dann, wenn die Blätter des hinteren Rotors, d. h., des Rotors, der auf der windabgewandten Seite an der Gondel angeordnet ist, größer sind als die des vorderen Rotors, daß sich dann die Gondel von selbst in den Wind dreht. Der gleiche Effekt kann natürlich auch dadurch erreicht werden, daß die Blätter des hinteren Rotors im Gegensatz zu den Blättern des vorderen Rotors dem Wind eine größere Angriffsfläche bieten.

Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die Gondel mehrere in Reihe angeordnete Generatoren aufweist. Die konstruktive Ausgestaltung kann hierbei in der Weise vorgenommen sein, daß die Generatoren derart mit dem bzw. den Rotoren kuppelbar sind, daß zu dem bereits laufenden Generator jeweils ein weiterer Generator zuschaltbar ist. Im einzelnen wird hierbei dergestalt vorgegangen, daß bei schwachem Wind vorteilhaft nur ein Generator mit den beiden Rotoren gekuppelt ist. Steigt die Windgeschwindigkeit, kann ein weiterer Generator und gegebenenfalls ein dritter Generator zugeschaltet werden. Um eine unabhängige Zuschaltung einzelner Generatoren zu ermöglichen, sind die beiden Rotoren durch eine Hauptwelle verbindbar, wobei die weiteren in Reihe zu dem ersten Generator geschalteten Generatoren Hohlwellen

aufweisen, die über Kupplungen mit der Hauptwelle kuppelbar sind. Hierbei ist die Hauptwelle im Bereich des Generators, der immer ? antreibbar ist, mit diesem Generator durch eine Kupplung kuppelbar. Die Kupplung ist hierbei vorteilhaft nach dem Generator an der Hauptwelle angeordnet, der dauerhaft antreibbar ist. Um Biegemomente, die bei einer derart langen Hauptwelle zwangsläufig auftreten, nicht auf die Läufer der Generatoren zu übertragen, ist die Hauptwelle kardanisch gelagert.

Als Generatoren bieten sich insbesondere permanent erregte Vieipolgeneratoren für einen getriebelosen Antrieb an, da diese Generatoren bereits bei geringen Drehzahlen elektrische Energie liefern. Derartige Motoren haben den weiteren Vorteil, daß das Gewicht geringer ist, als bei fremderregten Motoren. Hinzu kommt noch, wie bereits oben ausgeführt, daß derartige permanent erregte Vieipolgeneratoren ohne Getriebe auskommen. Des weiteren kann die erfindungsgemäße Gondel mit einem Elekromotor versehen sein, der ein Nachführen der Gondel nicht nur bei drehendem Wind bewirkt, sondern auch die Möglichkeit eröffnet, die Gondel so zum Wind zu steilen, daß die Rotorblätter nicht mehr vom Wind angetrieben werden. Hiermit wird der gleiche Effekt erzeugt als wenn die Rotorblätter entsprechend verstellt werden, wobei jedoch das Drehen der Gondel mittels eines Elektromotors wesentlich einfacher ist als die Verstellung der einzelnen Rotorblätter. Vorgesehen ist ebenfalls, mittels Bremsanlagen die Rotoren bei zu starkem Wind oder bei Wartungsarbeiten stillzusetzen. Einsetzbar sind hierbei beispielsweise elektromagnetisch beaufschlagte Scheibenbremsen; möglich sind aber auch elektrohydraulisch^ Bremsanlagen, wobei durch einen Elektromotor in Verbindung mit einem Getriebe die Bremsbacken auf die Scheibe einer Scheibenbremse zugeführt werden, wobei die Scheibe auf der Rotorwelle angeordnet ist. Bei einer im Bereich des einen dauernd angetriebenen Generators angebrachten Kupplung sind insofern zwei Bremsanlagen vorgesehen, als bei ausgerückter Kupplung, aus welchen Gründen auch immer, jeder Rotor abbremsbar sein muß. Das heißt, es ist jeweils eine

Bremsanlage an jedem Ende der Hauptwelle angeordnet, um jeden Rotor einzeln stillsetzen zu können.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielhaft näher erläutert.

Figur 1 zeigt die Gondel in einer Seitenansicht;

Figur 2 zeigt eine Ansicht von vorne.

Gemäß den Figuren 1 und 2 lagert die insgesamt mit 1 bezeichnete Gondel auf dem Turm 10. Die Verbindung des Turmes 10 mit der Gondel 1 erfolgt hierbei durch einen Drehkranz 20, der mittels eines Ritzel mit einem Elektromotors 21 in Verbindung steht, wobei der Motor 21 dazu dient, die Gondel relativ zum Turm zu verdrehen. Das heißt mit Hilfe des Motors 21 in Verbindung mit dem Drehkranz des Turmes 10 wird die Möglichkeit eröffnet, wie dies eigentlich bekannt ist, bei drehenden Winden die Gondel dem Wind nachzuführen bzw. wenn der Wind zu stark ist, die Gondel aus dem Wind zu drehen, so daß die Rotorblätter nicht mehr mit der Windkraft beaufschlagt sind.

Die Gondel 1 umfaßt ein Gehäuse 2, wobei das Gehäuse 2 endseitig jeweils ein Rotorpaar 30, 40 zeigt, wobei die beiden Rotorpaare derart an der Gondel angeordnet sind, daß die Rotorblätter 31, 32; 41, 42 jeweils um 90 ° versetzt zueinander stehen (Figur 2). In dem Gehäuse 2 der Gondel 1 sind weiterhin drei Generatoren 50, 60 und 70 vorgesehen, die in Reihe geschaltet sind. Die beiden Rotoren 30, 40 sind durch eine Welle miteinander kuppelbar, wobei diese Welle, auch als Hauptwelle 80 bezeichnet, im wesentlichen konstant mit dem Generator 50 gekuppelt ist. Allerdings ist die Hauptweile 80 durch die Kupplung 51 teilbar, so daß durch die beiden Bremsen 100 bzw. 110 jeder Rotor 30 bzw. 40 gesondert feststeilbar ist. Die Bremsen 100 bzw. 110 zeigen jeweils einen Elektromotor 101 bzw. 111 mit einem Spindelantrieb, wobei durch den

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Spindelantrieb Bremsbacken auf die Bremsscheiben zubewegt werden.

Bei steigendem Wind werden dann die Generatoren 60 und 70 über die Kupplungen 61 und 71 zugeschaltet. Konstruktiv ist hierbei im einzelnen vorgesehen, daß im Bereich der Generatoren 60 und 70 die Läufer der Generatoren mit einer Hohlwelle 63, 73 gekoppelt sind, die einen Innendurchmesser aufweist, der derart bemessen ist, daß die Hauptwelle 80 durch diese Hohlweilen 63, 73 hindurchgeführt werden kann. Die Hohlwellen sind jeweils an einem Ende mit der einen Kupplungshälfte der Kupplung 61 bzw. 71 verbunden sind, und mit der anderen Kupplungshälfte der Kupplung 61 bzw. 71, die an der Hauptwelle 80 befestigt sind, kuppelbar.

Claims

Ansprüche

1. Gondel einer Windkraftanlage, umfassend einen an einem Ende der Gondel (1) angeordneten Rotor (40) und einen mit dem Rotor (40) kuppelbaren Generator (50), dadurch gekennzeichnet, daß die Gondel {1} eine zweiten Rotor (30) aufweist, der am anderen, entgegengesetzten Ende der Gondel (1) anbringbar ist, wobei dieser zweite Rotor (30) mit dem Generator (50) kuppelbar ist.

2. Gondel nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Rotoren (30, 40) als Zweiblattrotoren ausgebildet ist.

3. Gondel nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorblätter (31, 32; 41, 42) der beiden Rotoren (30, 40) die gleiche Anstellung zum Wind aufweisen.

4. Gondel nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rotoren (30, 40) derart an der Gondel (1) anbringbar sind, daß die Rotorblätter (31, 32; 41, 42) der beiden Rotoren (30, 40) um 90 Grad versetzt zueinander stehen.

5. Gondel nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Blätter (31, 32; 41, 42) der Rotoren (30, 40) verstellbar sind.

6. Gondel nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Blätter (31, 32; 41, 42) der Rotoren (30, 40) eine unterschiedliche Größe aufweisen.

7. Gondel nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gondel (1) mehrere in Reihe angeordnete Generatoren (50, 60, 70) aufweist.

8. Gondel nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Generatoren (60, 70) derart mit dem bzw. den Rotoren (30, 40) kuppelbar sind, daß zu dem bereits laufenden Generator (50) jeweils ein weiterer Generator (60, 70) zuschaltbar ist.

9. Gondel nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rotoren (30, 40) durch eine Hauptwelle (80) verbindbar sind, wobei weitere in Reihe zu dem ersten Generator (50) geschaltete Generatoren (60, 70) Hohlwellen (63, 73) aufweisen, die über Kupplungen (61, 71) mit der Hauptwelle (80) kuppelbar sind.

10. Gondel nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptweile (80) kardanisch gelagert ist.

11. Gondel nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptwelle (80) mit einem der dem jeweiligen Rotor (40) örtlich am nächsten stehenden Generators (50) kuppelbar ist.

12. Gondel nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Rotor (30, 40) eine Bremsanlage (100, 110) zugeordnet ist.