DE60305478T2

DE60305478T2 - Vorrichtung zur einstellung einer rotorschaufel einer windenergieturbine

Info

Publication number: DE60305478T2
Application number: DE60305478T
Authority: DE
Inventors: Ulrich Uphues; Patrick Achenbach; Martin Von Mutius
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2003-04-28
Publication date: 2007-05-24
Anticipated expiration: 2023-04-29
Also published as: EP1499804B1; ES2266833T3; ATE327429T1; DE60305478D1; AU2003263304A1; CN1325791C; US7261517B2; CN1650104A; WO2003091570A1; EP1499804A1; DK1499804T3; US20050175456A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verstellen eines Rotorblatts einer Windenergieanlage. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Verstellen (Verdrehen) eines Rotorblatts einer Windenergieanlage eine gewünschte Drehposition (Rotorblattlage), ohne dass das Rotorblatt sich zurückdrehen kann (insbesondere kann eine Arretierung des Rotorblatts in der Endlage oder einer anderen Blattposition erfolgen).
Einschlägiger Stand der Technik
Aus Sicherheitsgründen ist es bei Windenergieanlagen erforderlich, dass sich die Rotorblätter beim Auftreten einer Störung in eine gewünschte (Park-) Position verstellen und dort arretieren lassen. Diesbezüglich existieren Systeme, bei denen die Rotorblätter mittels ihrer elektrischen Antriebe, die im Notfall über Akkumulatoren o.dgl. elektrische Energiespeicher betrieben werden, in die Parkposition verstellt werden. Diese Systeme sind in DE-A-197 20 025, DE-A-196 44 705 und DE-A-42 21 783 beschrieben. Es sind ferner Systeme bekannt, bei denen die Energie zum Verstellen der Rotorblätter in die Parkposition von mechanischen Energiespeichern, z.B. Federspeichern, bereitgestellt wird.
Aus WO-A-99/23384 und US-B-6,428,274 ist eine Vorrichtung zum Verstellen eines Rotorblatts bekannt, bei der ein Feststellelement direkt auf die Antriebswelle eines Motors zum Antrieben des Rotorblatts wirkt.
ZUSAMMENFASSENDER ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Verstellen eines Rotorblatts einer Windenergieanlage zu schaffen, mittels derer sich das Rotorblatt im Notfall zuverlässig in eine gewünschte Position verstellen und ggf. dort arretieren lässt.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung eine Vorrichtung zum Verstellen eines Rotorblatts einer Windenergieanlage gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Die Unteransprüche betreffen einzelne Ausführungsformen der Erfindung.
Nach der Erfindung weist die Vorrichtung eine selektiv ansteuerbare Freilaufeinrichtung auf, die z.B. in einem Notfall aktiv oder passiv (letzteres als Fail-Save-System) zugeschaltet wird, so dass sich das Rotorblatt mit Hilfe der Energie eines Energiespeichers lediglich noch in einer Drehrichtung in die gewünschte (Park-) Position verdrehen lässt. In jeder Drehposition des Rotorblattes ist dabei ein Zurückdrehen unterbunden, da die Freilaufeinrichtung einen richtungsselektiven Kraftschluss des Rotorblatts oder eines mit diesem mittelbar oder unmittelbar in Verbindung stehenden Elements mit einem Sperrelement bewirkt. Der Freilauf ist z.B. nach Art einer Ratsche ausgebildet, die ein gezahntes Element aufweist, in dessen Verzahnung eine Sperrklinke o.dgl. Sperrelement eingreift. Bei dem gezahnten Element kann es sich insbesondere um eine Bremsscheibe einer Feststellbremse des Rotorblatt-Verstellmechanismus handeln.
Durch die Freilaufeinrichtung ist es möglich, dass sich das Rotorblatt dann, wenn es die (Park-) Position bzw. eine Position erst einmal eingenommen hat, nicht mehr zurückdrehen lässt. Somit können Verstellmomente, die durch den Wind oder durch Massekräfte auf das Rotorblatt einwirken, nicht mehr zu einem Zurückverdrehen des Rotorblatts führen.
Für die Erfindung lässt sich mit Vorteil ein mechanischer Energiespeicher, z.B. ein Federspeicher und insbesondere ein Spiralfederspeicher, verwenden, der von der Antriebseinheit betrieben wird. Die Freilaufeinrichtung greift zweckmäßigerweise auf der schneller drehenden (Antriebs- oder Abtriebs-) Welle eines normalerweise bei Rotorblattverstellsystemen vorhandenen Getriebes an. Das Getriebe kann z.B. als Zahnradgetriebe und/oder als Riementrieb ausgebildet sein.
Ganz allgemein gesagt weist die Freilaufeinrichtung ein in zwei entgegengesetzte Richtungen, insbesondere Drehrichtungen, frei bewegbares erstes Element und ein zweites Element auf, das in und außer Eingriff mit dem ersten Element bringbar ist, wobei das zweite Element bei in Eingriff mit diesem stehenden ersten Element eine Bewegung des ersten Elements in lediglich einer seiner beiden Bewegungsrichtungen erlaubt. Aus Sicherheitsgründen ist es vorteilhaft, wenn das zweite Element mittels eines Vorspannelementes in die In-Eingriffs-Position mit dem ersten Element vorgespannt und mittels eines Stellgliedes entgegengesetzt zur Vorspannkraft in die Außer-Eingriffs-Position überführbar ist. Für die Aktivierung der Freilaufeinrichtung ist somit im Falle eines Energieausfalls keine elektrische Energie erforderlich, da allein das bei Energieausfall automatisch erfolgende Deaktivieren des Stellgliedes die Freilaufeinrichtung aktiviert.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich wie folgt zusammenfassen:

– das Rotorblatt ist innerhalb des gesamten Verstellbereichs fixierbar (gilt uneingeschränkt in Bezug auf die Bremse, in Bezug auf den Freilauf jedoch lediglich begrenzt, da der Freilauf die Drehbewegung in einer Richtung immer noch zulässt),
– die Bewegung des Rotorblatts wird während seiner Verdrehung in die gewünschte Position in der zu dieser Drehrichtung entgegengesetzten (unerwünschten) Richtung gehemmt,
– durch eine hohe Getriebeübersetzung ist auf der schnellen Welle eine geringe Rückhaltekraft der Freilaufeinrichtung erforderlich, was einen geringeren konstruktiven Aufwand und eine weniger stabile und damit kostengünstigere Konstruktion erfordert als eine Arretierung des Rotorblattes direkt am Blattlager,
– das Rotorblatt wird stets in einer vergleichsweise lastarmen Parkposition "festgehalten" (in der das Rotorblatt in Fahnenposition zeigt), wodurch die gesamte Windenergieanlage und insbesondere der Turm und die Rotorblätter entlastet sind,
– Fail-Safe-Aktivierung ist möglich.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist schematisch in der Zeichnung gezeigt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In der Zeichnung ist ein Rotorblatt-Verstellmechanismus 10 dargestellt, der eine elektrische Antriebsvorrichtung 12 aufweist, die die Antriebs welle 14 eines Getriebes 16 drehend antreibt. Auf dieser Welle 14 befindet sich die Bremsscheibe 18 einer als Fail-Safe-, Passiv- oder Aktiv-Bremse ausgebildeten Feststellbremsvorrichtung 20. Die Abtriebswelle 22 des Getriebes 16 treibt ein Zahnrad 24 an, das mit einem Innenzahnkranz 25 eines Rotorblatts 26 kämmt, welches um seine Längsachse 28 drehbar ist. Über das Getriebe 16 wird ein mechanischer (Feder-) Energiespeicher 30 gespeist. Der Rotorblatt-Verstellmechanismus 10 verfügt ferner noch über einen Endlagedämpfer und -anschlag, was für die Erfindung nicht zwingend notwendig ist und daher in der Zeichnung aus Gründen des besseren Verständnisses der Erfindung nicht dargestellt ist.
Die Bremsscheibe 18 ist Teil einer schaltbaren Freilaufeinrichtung 32, die ein Sperrelement 34 umfasst, welches zwischen einer Sperrposition und einer Freigabeposition bewegbar ist. In seiner Sperrposition steht das Sperrelement 34 in Eignriff mit der Bremsscheibe 18, um deren Verdrehung in einer der beiden Drehrichtungen zu unterbinden. Hierzu ist in diesem Ausführungsbeispiel die Bremsscheibe 18 mit einer Verzahnung 36 versehen, in die ein Eintauchende 38 des (z.B. um eine Achse 39 schwenkbar gelagerten) Sperrelements 34 in der Sperrposition eintaucht. Das Sperrelement 34 ist mittels einer Vorspannfeder 40 in die Sperrposition vorgespannt und lässt sich mittels eines Stellgliedes 42 aus dieser heraus in die Freigabeposition überführen und in dieser halten.
Im Normalfall ist die Feststellbremse 20 gelöst, und durch Ansteuerung der Antriebsvorrichtung 12 lässt sich das Rotorblatt 26 in eine für den Betrieb der Windenergieanlage geeignete Position verstellen. Dabei ist in dem Energiespeicher 30 mechanische Energie gespeichert, die nicht an das System abgegeben wird, und die Freilaufeinrichtung 32 ist deaktiviert, das heißt, das Sperrelement 34 befindet sich außer Eingriff mit der Bremsscheibe 18. Bei Auftreten eines Notfalls wird die Antriebsvorrichtung 12 abgeschaltet, so dass sich das Rotorblatt 26 durch die Energie des Energiespeichers 30 in eine gewünschte Parkposition (z.B. Fahnen- oder 90°-Position bzw. negative Fahnen stellung verdreht). Dabei wird die Freilaufeinrichtung 32 aktiviert, und zwar durch Abschalten des Stellgliedes 42, so dass das Sperrelement 34 selbsttätig in die Verzahnung 36 der Bremsscheibe 18 eintaucht. Aufgrund der Sägezahnstruktur der Bremsscheibe 18 kann sich diese jetzt lediglich noch in einer Drehrichtung verdrehen, während es in der entgegengesetzten Drehrichtung durch das Sperrelement 34 an einer Verdrehung gehindert wird. Damit also lässt sich auch das Rotorblatt 26 nur noch in einer seiner beiden Drehrichtungen verdrehen. Sobald das Rotorblatt 26 seine Parkposition erreicht hat, was z.B. durch (nicht gezeigte) Sensoren und insbesondere Endschalter detektierbar ist, wird die Feststellbremse 20 aktiviert und fixiert über die Bremsscheibe 18 das Rotorblatt 26. Wegen der Verwendung des Federspeichers sollten in den Endlagen elastische oder auf andere Weise gedämpfte Endstellungsanschläge verwendet werden.
Obwohl die Erfindung anhand spezifischer Ausführungsformen der Erfindung beschrieben und dargestellt worden ist, darf die Erfindung nicht auf diese dargestellten Ausführungsformen beschränkt werden. Es ist für Fachleute auf dem Sachgebiet offensichtlich, dass Variationen und Modifikationen möglich sind, ohne dass dadurch vom Umfang der Erfindung abgewichen wird, wie er in den nachfolgenden Patentansprüchen definiert ist. Es ist daher vorgesehen, dass die Erfindung sämtliche Variationen und Modifikationen umfasst, die in den Umfang der beiliegenden Patentansprüche und Äquivalente der Patentansprüche fallen.

Claims

Vorrichtung zum Verstellen eines Rotorblatts einer Windenergieanlage, mit – einer Antriebseinrichtung (12) zum Antreiben eines Verstellelements (24) zum wahlweisen Verdrehen des Rotorblatts (26) in beide Richtungen um dessen Längsachse (28), und – einer Energiespeichereinheit (30), gekennzeichnet durch – eine selektiv aktivierbare Freilaufeinrichtung (32), die in ihrem aktivierten Zustand eine Verdrehung des Rotorblatts (26) mittels in der Energiespeichereinheit (30) gespeicherter Energie in lediglich einer der beiden Richtungen bis in eine gewünschte Drehstellung erlaubt, – wobei die Freilaufeinrichtung (32) ein in zwei entgegengesetzte Richtungen frei bewegbares erstes Element (18) und ein zweites Element (34) aufweist, das in und außer Eingriff mit dem ersten Element (18) bringbar ist, wobei das zweite Element (34) bei in Eingriff mit diesem stehenden ersten Element (18) dessen Bewegung in lediglich einer seiner beiden Bewegungsrichtungen erlaubt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Antriebsvorrichtung (12) ein Getriebe (16) mit einer Antriebswelle (14) und einer mit dem Verstellelement (24) verbundenen Abtriebswelle (22) aufweist und die Freilaufeinrichtung (32) an der schneller drehbaren Welle (14, 22) des Getriebes (16) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit einer Feststellbremse (20), die bei Erreichen der vorbestimmten Drehstellung des Rotorblatts (26) dieses arretiert.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Feststellbremse (20) eine Bremsscheibe (18) aufweist und die Freilaufeinrichtung (32) an der Bremsscheibe (18) angreift.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Energiespeichereinheit (30) als von der Antriebseinrichtung (12) betätigbarer Federspeicher ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der das Getriebe (16) ein Zahnradgetriebe oder ein Riementrieb ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der das erste Element (18) der Freilaufeinrichtung (32) als Bremsscheibe einer Feststellbremse (20) zum Arretieren des Rotorblatts (26) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der das zweite Element (34) mittels eines Vorspannelements (40) in die In-Eingriffs-Position mit dem ersten Element (18) vorgespannt und mittels eines Stellgliedes (42) entgegengesetzt zur Vorspannkraft in die Außer-Eingriffs-Position überführbar ist.