DE3008379A1

DE3008379A1 - Einrichtung zum positionieren des rotorkopfes einer windenergieanlage

Info

Publication number: DE3008379A1
Application number: DE19803008379
Authority: DE
Inventors: Werner 7920 Heidenheim Spittler
Original assignee: Voith Getriebe KG
Current assignee: Voith Getriebe KG
Priority date: 1980-03-05
Filing date: 1980-03-05
Publication date: 1981-09-10
Also published as: DE3008379C2; DK97781A

Description

Kennwort: I'WEC-Rotorkopfpositionierung" Heidenheim
Einrichtung zum Positionieren des Rotorkopfes einer Windenergieanlage Die Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit einem auf einem Mast um eine vertikale Achse verschwenkbaren Rotorkopf, der eine wenigstens angenähert horizontale Rotorachse hat, mit einer indirekt wirkenden Einrichtung zum Positionieren des Kopfes in den Wind und mit einer Feststellbremse für den Rotorkopf.
Um einen möglichst guten Wirkungsgrad zu erzielen, muß die Rotorachse einer Windturbine möglichst weitgehend parallel zur Windrichtung eingestellt werden. Bei kleinen Anlagen erfolgt dies im allgemeinen direkt mittels einer Windfahne. Ab einer bestimmten Größe werden jedoch indirekte Positionierantriebe angewendet. Es ist z.B. bekannt, zu diesem Zweck Windräder, Elektromotore oder auch Hydraulikmotore zu verwenden, die über hochuntersetzte Winkel- und/oder Schneckengetriebe oder auch über Stirnradgetriebe auf einen mit dem Kopf verbundenen und zu diesem koaxialen Zahnkranz wirken. Aufgrund der am Rotorkopf mit wechselnder Richtung durch Windkräfte verursachten Torsionsmomente treten Zahnrad- und Lagerschäden auf, wenn nicht, wie ebenfalls bekannt, das Lagerspieltreiben durch Festbremsen zwischen Rotorkopf und Mast unterbunden wird.
Bei den Antrieben hoher Übersetzung, die im allgemeinen selbsthemmend sind, werden aus Sicherheitsgründen elektrische Kupplungen zwischen dem Rotorkopf und dem selbsthemmenden Getriebe eingesetzt, so daß z.B. bei Stromausfall die Übertragung unterbrochen ist und der Rotorkopf dann dem Wind im wesentlichen folgen kann. Da die Antriebe meist im Rotorkopf untergebracht sind, sind auch noch eine Anzahl von Schleifringen für den Drehmotor, die Kupplung und diverse Schaltelemente erforderlich. Insgesamt ergibt sich eine konstruktiv sehr aufwendige, schwere und damit auch teuere, aber auch störanfällige Konstruktion.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die bei geringem Konstruktionsaufwand einen sicheren Betrieb ohne Spiel in den Antriebseinrichtungen bei wechselwirkenden Windmomenten auf den Rotorkopf gewährleistet.
Die Erfindung löst das Problem durch eine \<ndenergieanlage, in welcher am festen Mast in horizontalem Abstand von der Kopfschwenkachse wenigstens eine Schubzange mittels eines längenveränderbaren Verbindungsgliedes angelenkt ist, deren Zange an einem mit dem Rotorkopf fest verbundenen und zu dessen Schwenkachse achssenkrechtem scheibenförmigen Glied ausserhalb der Schwenkachse radial von außen angreifend festklemmbar ist. In einer bevorzugten Ausbildungsform dient dabei als Verbindungsglied ein druckbeaufschlagbarer doppelt wirkender Stellzylinder.
Die erfindungsgemäße Positioniereinrichtung ist im wesentlichen am oder im Mast angeordnet, so daß das Kopfgewicht erhöhende Bauelemente entfallen. Der Antrieb ist konstruktiv sehr einfach, es entfallen sämtliche Untersetzungsgetriebe, wie Kegelräder, Zahnkränze u.dgl.. Ein zu Beschädigungen führendes Lagerspiel aufgrund von wechselwirkenden Windangriffen kann nicht auftreten.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Feststellbremse ebenfalls als Schub zange ausgebildet und ebenfalls über ein längenveränderbares Verbindungsglied mit dem Mast verbunden. Bei dieser Ausbildung können beide Schubzangen jeweils abwechselnd als Feststellbremse und als Positionierelement dienen, d.h. Jeweils eine von beiden hält fest, während die andere ihren Rückhub ausführt. Dabei ist das scheibenförmige Glied vorzugsweise als zur Rotorkopfschwenkachse koaxiale Ringscheibe ausgebildet, wodurch ein Verschwenken über 3600 ermöglicht wird.
Die Regeleinrichtung für die erfindungsgemäße Positioniereinrichtung kann so ausgelegt sein, daß ein Verstellimpuls nur dann gegeben wird, wenn die Windrichtung über eine bestimmte Zeit eine einen bestimmten Winkel überschreitende Richtungsänderung eingenommen hat. Da der Rotorkopf ein relativ großes Trägheitsmoment hat, kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung eine SchtJzange in der letzten Bewegungsphase als die Schwenkbewegung abbremsendes Dämpfungsglied bis zum Stillstand der Verstellbewegung dienen. Zu diesem Zweck greift die Schubzange an dem scheibenförmigen Glied schon in der letzten Bewegungsphase bei gedrosseltem Rücklauf für das Druckmedium in den Vorratsbehälter an.
Gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer Anlage nach der Erfindung erfolgen bei wenigstens zwei Schubzangen mit Je einem längenveränderbaren Verbindungsglied und bei einem über den möglichen Verstellbereich einer Schubzangenbewegung hinausgehenden Schwenkwinkel die Schubzangenbewegungen zweier Schubzangen nacheinander, aber ineinander übergehend. Aufgrund eines solchen Verfahrens ist es möglich, mit zwei derartigen Schubzangen den Rotorkopf kontinuierlich zu schwenken, ohne daß nach Jeder Schubzangenbewegung jeweils ein Abbremsen mit Stillstand des Rotorkopfes erfolgen muß.
Die Erfindung ist im folgenden in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt: Fig. 1 stark schematisiert einen vertikalen LEngsschnitt durch den Unterteil'des Rotorkopfes und den Mastoberteil im Verbindungsbereich beider Teile mit der Positioniereinrichtung nach der Erfindung, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1 und Fig. 3 ein Steuerschema für eine Rotorpositioniereinrichtung.
Auf den Mastoberteil 5 ist auf Rollenlagern 6 in an sich bekannter Weise der Rotorkopf 7, von dem nur das Unterteil dargestellt ist, um eine horizontale Achse 8 schwenkbar gelagert. Fest am Rotorkopf 7 ist eine Ringscheibe 9 angebracht. Am Mast 5 sind sich diametral gegenüberliegende Stellzylinder 10 und 11 an mit dem Mast fest verschweißten Augen 12 bzw. 13 angelenkt. Die Stellzylinder 10 und 11 sind Je mit einer Schubzange 14 bzw. 15 verbunden, welche Jeweils die Ringscheibe 9 radial von außen her umgreifen und an dieser mittels nicht dargestellter an sich bekannter Mittel hydraulisch oder elektrisch in ähnlicher Weise wie bei einer Scheibenbremse festklemmbar sind.
Jede Schubzange ist derart ausgelegt, daß sie mit einem Hub einen bestimmten Schwenkwinkel z.B. von 300 abdeckt. Während z.B. der Stellzylinder 10 mit an der Scheibe 9 festgeklemmter Schubzange 14 einen Arbeitshub im Sinne einer längung des Stellzylinders 10 ausführt - wodurch ein Schwenken des Rotorkopfes 7 entgegen dem Uhrzeigersinn erfolgt - ist die Schubzange 15 gelöst und der Stellzylinder 11 fährt in seine eingefahrene Stellung, so daß nach Beendigung des Arbeitshubes die Schubzange 15 kontinuierlich übergehend das weitere Schwenken besorgen kann, während die Schubzange 14 jetzt gelöst ist und der Arbeitszylinder 10 zurückfährt. In entsprechender Weise können auch Schwenkvorgänge im Uhrzeigersinne erfolgen, wobei in diesem Fall Jeweils eine Verkürzung des betreffenden Stellzylinders den Arbeitshub darstellt. Im Stillstand, d.h. wenn keine Schwenkbewegungen erfolgen, bleibt wenigstens eine der beiden Schub zangen als Feststellbremse an der Ringscheibe festgeklemmt,und die Druckleitungen des zuständigen Stellzylinders bleiben in Stellung abgeschlossen". Auf diese Weise wird der Rotorkopf 7 festgehalten,und und wechselwirkende Winde können kein lagerspieltreiben erzeugen.
In Fig. 3 ist ein Steuerschema für die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Positioniereinrichtung dargestellt. Dabei sind die gleichen Teile dieser Figuren mit den gleichen Bezugs zeichen bezeichnet. Aus einem Vorratsbehälter 16 wird mittels einer Pumpe 17 öl in einen Druckspeicher 18 gefördert, dessen Druck über zwei auf Druck ansprechende Schalter 19 und 20 zwischen einem oberen und einem unteren Schaltpunkt gehalten wird. Mit 21 ist ein Druckbegrenzungsventil bezeichnet. In dem dargestellten Beispiel ist die Schubzange 14 über die Stellung I des Magnetventils 22 druckbeaufschlagt, während das Magnetventil 23 für die Schubzange 15 in der Stellung I entlastet ist. In dem dargestellten Beispiel sind die Magnetventile 24 und 25 für die Stellzylinder 10 bzw.
11 in der Stellung "abgeschlossen" (II) dargestellt. In dieser Stellung findet in keinem der beiden-Stellzylinder eine Bewegung statt. Der Rotorkopf ist durch die Schubzange 14 festgebremst. Wird das Magnetventil 24 in die Stellung III gebracht, dann wird der Stellzylinder 10 gelängt, und es findet die anhand der Figuren 1 und 2 beschriebene Schwenkung des Rotorkopfes 7 entgegen dem Uhrzeigersinne statt. Während dieser Bewegung, bei welcher die Schubzange 15 nicht an der Ringscheibe 9 angreift, kann der Stellzylinder 11 für die Schubzange 15 durch Stellung des Magnetventils 25 in die Stellung III zusammengefahren werden, um in der Endstellung für einen weiteren Arbeitshub im Sinne einer Schwenkung entgegen dem Uhrzeigersinne bereitzustehen.
Verschiedene Möglichkeiten der Anwendung der Positioniereinrichtung gemäß dem dargestellten Beispiel sind in der folgenden Tabelle dargestellt.

Ventilstellung

Schub- Schub- Stellzy- Stellzy-

zange 14 l zange 15 l linder 10 linder 11

Festbremsen I 1 od. II II II

oder I od. II 1 II II

Drehen im Uhr- I II I II od. Rück-

zeigersinn lauf III

(Fig. 2)

oder II I II od. Rück 1

lauf III

Drehen gegen I II III II od. RUck-

Uhrzeigersinn lauf 1

(Fig. 2)

oder II I II od. Rück III

lauf 1

Freilauf II II II II

Es besteht auch die Möglichkeit, anstatt der zweiten Schubzange mit Stellzylinder lediglich eine Schubzange für sich ohne Stellzylinder anzuordnen, die dann nur als Feststellbremse dienen würde. Bei einer derartigen Anordnung wäre dann allerdings kein kontinuierliches Schwenken über den Stellbereich eines Stellzylinders hinaus möglich, sondern nur ein unterbrochenes schrittweises Schwenken. Anstatt der hier dargestellten zwei Schubzangen können z.B. bei größeren Anlagen auch drei und mehr Schubzangen angeordnet werden.

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Claims

Kennwort: "WEC -Rof; orkoprpositi onierung" Heidenheim Patentansprüche ! 13 Windenergieanlage mit einem auf einem Mast um eine vertikale Achse verschwenkbaren Rotorkopf, der eine wenigstens angenähert horizontale Rotorachse hat, mit einer indirekt wirkenden Einrichtung zum Positionieren des Kopfes in den Wind und mit einer Feststellbremse für den Rotorkopf, dadurch gekennzeichnet, daß am festen Mast (5) in horizontalem Abstand von der Kopfschwenkachse (8) wenigstens eine Schubzange (14, 15) mittels eines längenveränderbaren Verbindungsgliedes (10, 11) angelenkt ist, deren Zange an einem mit dem Rotorkopf (7) fest verbundenen und zu dn Schwenkachse (8) achssenkrechtem scheibenförmige Glied (9) außerhalb der Schwenkachse radial von außen angreifend festklemmbar ist.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbindungsglied ein druckbeaufschlagbarer doppelt wirkender Stellzylinder (10, 11) dient.
3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststellbremse ebenfalls als Schubzange ausgebildet ist und ebenfalls über ein langenveränderbares Verbindungsglied mit dem Mast verbunden ist.
4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das scheibenförmige Glied als zur Rotorkoprschwenkachse (8) koaxiale Ringscheibe (9) ausgebildet ist.
5. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die als Schubzange (14 oder 15) ausgebildete Feststellbremse als Verbindungsglied einen druckbeaufschlagbaren Stellzylinder (10 bzw. 11) auSweist, der in der letzten Bewegungsphase des Rotorkopfes (7) bis zu dessen Stillstand als die Schwenkbewegung abbremsendes Dämpfungsglied dient.
6. Verfahren zum Betrieb einer Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei wenigstens zwei Schubzangen mit je einem längenveränderbaren Verbindungsglied und bei einem über den möglichen Verstellbereich einer Schubzangenbewegung hinausgehenden Schwenkwinkel die Schubzangenbewegungen zweier Schubzangen nacheinander, aber ineinander übergehend erfolgen.