DE735150C - Stromerzeugungsanlage fuer ein Windkraftwerk - Google Patents

Description

• S.tromerzeugungsanlage für ein Windkraftwerk Die Erfindung betrifft eine Stromerzeugun,gsanlage für ein Windkraftwerk mit einer an der Spitze des Turmgerüstes angeordneten Hohlwelle großen Ausmaßes, die flügelseitig zu einem in Rollen gelagerten Trommelteil ausgebildet ist. Erfindungsgemäß soll dabei der Trommelteil der Welle an- seinem Irinenumfang den einen Polkranz eines Stromerzeugers tragen, während der ,andere Polkranz an einem Ringkörper befestigt ist, der entweder an einer im Innern der Hohlwelle angeordneten weiteren Welle oder an -der Hohlwelle selbst gelagert ist, und zwar derart, daß beide Polkränze in bekannter Weise in gegenläufige Drehbewegung versetzt werden.
• Auf diese Weise wird der trommelartige Teil- .der Windradw eile zur Stromerzeugung ausgenutzt, indem einerseits der Trommelteil selbst einen Polkranz bzw. einen Wicklungskranz des Stromerzeugers aufnimmt, andererseits die Gegenpole bzw. die Gegenwicklung auf einem besonderen Ringkörper untergebracht sind, der durch die Leistung des gleichen Windrades gegenläufig angetrieben wird. Es ist bekannt, .bei einer Windkraftmaschine mit in Lee angeordnetem Windrad, dessen Flügeln der Wind über einen Hohlkegel (Leitkegel) zugeleitet wird, den Hohlkegel als Träger einer Ständerwicklung eines Stromerzeugers auszubilden, während die :m Hohlkegel gelagerte umlaufende Windradwelle dien Läuferteil des Stromerzeuggers trägt.
• Ferner ist es bekannt, zwei gegenläufig umlaufende Windräder koaxial miteinander zu schalten -in der Ausbildung, daß die Nabe des einen Rades ein umlaufendes Polsystem trägt, während auf der W eile ,des anderen Rades der Anker des Stromerzeugers vorgesehen ist. Bei Großanlagen mit zwei gegenläufig rotierenden Windrädern ist es zudem bekannt, die Flügel durch Ringe zu verbinden, wobei man in diese Ringe die Wicklungen verlegt. Außerdem ist es bekannt, von der Windradnabe aus über ein Umlaufgetriebe Ständer und Läufer eines

  Stroilierzeugers anzutreiben, Demgegenüber

  liegt der technische Fortschritt der Erfindung

  in folgendem:

  Die Drehzahl eines Windrades bei Anlageil

  von Zoo oder iooo l:@@T in einem. Rad liegt

  gewöhnlich bei. io U/sliin. Um auf eine für

  die Stromerzeugung brauchbare Polgeschwin-

  digkeit zu kommen, erfolgt die Kraftübertra-

  gung, all Stelle durch Zahnradgetriebe mittels

  eines notfalls einen Schlupf zulassenden Reib-

  rollengetriebes. Mit diesem wird infolge der

  @-orgeschlaginen besonderen Aasbildung eine

  hohe Drehzahlübersetzung erzielt, da der Na-

  benkörper des Windrades einen so großzn

  Durchmesser hat, daß die in ihni unterge-

  brachten Ständer- und Läuferwicklungen eine

  ausreichende Polgeschwindigkeit erhaltcil, die

  durch die erfindungsgemäß vorgesehene Ge-

  genläufigkeit noch vergrößert wird. In dieser

  Richtung stellt die Erfindung eitlen neuen Weg

  dar, weil bei den bisherigen Vorschlägen die

  Gegenläufigkeit nur durch die Anwendung von

  zwei koaxialen Windrädern erreicht werden

  konnte. Daß aber zwei gegenläufige Räder

  nötig sind, die, abgesehen von der `errlap-

  pelung des Preises, noch andere Nachteile

  haben und bei denen der Wind iln inneren

  Drittel des Raddurchmessers aufs schädlichste

  verwirbelt wird, ist ein .erheblicher N achteil.

  der durch die Erfindung beseitigt wird. Als

  Träger der Polkränze wird nämlich die einen

  festen Ringkörper bildende Nabe des Wind-

  rades verwendet, die für die Reibrollenkraft-

  iibertragung ohnehin notwendig ist und die

  aerodvn.atnisch noch den `Torteil hat, die @ er-

  wirbelung in der Radmittc nicht nur zu ver-

  hindern, sondern dieses unausgenützte Wind-

  iadzentrum durch Alüenkung des Windes auf

  die Flügelflächen zusätzlich --lutzbar zu ma-

  chen. Die neue Anordnung gestattet die An-

  passung der Drehzahl an die jeweilige Wind-

  geschwindigkeit und die Unterteilung der an-

  geschlossenen Verbraucher dadurch, dal-,1 außer

  vom N abenkörper auch voll den Lager reib--

  rollen ein Teil der Windenergie auf sie über-

  tragen wird.

  Die Hauptvorteile der Eifindung sind also

  einerseits in wirtschaftlicher Hinsicht die Er-

  sparnis des zweiten Rades und die zweck-

  nläßige Ausnutzung der aus anderen Gründen

  gebotenen großen Nahentrommel, andererseits

  in technischer Hinsicht die Beseitigung <1-2r

  mit den gegenläufigen Rädern verbundenen

  Betriebsgefahr sowie der schädlichen und

  teuren Zahnradgetriebe lind die Erreichung

  einer in jeder Beziehung erwünschten Mollen

  Polgeschwindigkeit.

  Der gegenläufige Antrieb der im Innern der

  Hohlwelle gelagerten Welle erfolgt zweck-

  mäßig über die Stützrollen des Trommelteiles,

  z. B. durch einen Kettentrieb all der Seite rles

  Axiallagers. Zum gegenläufigen Antrieb des

  Stroinerzeugerteiles kann auch die Windrad-

  welle selbst Tiber ein L''lillaufrädergetriebe

  dienen. Es empfiehlt sich, den Troininelteil

  !ler Hohlwelle durch einen speicll2rföriliigen

  Querverband zu versteifen, der zur Einspan-

  ilung der Flügel und auch zur Lagerung der

  Welle für die Aufnahme des inneren Pol-

  krar.zes dient. Wenn der -egeiiläafig llewegte

  Polkranz an der Hohlwelle selbst gelagert ist,

  wird die Hohlwelle vorteilhaft all der Lager-

  stelle des Polkranzes gegenüber dem Trom-

  nielteil im Umfang stark eingezogen, wobei

  der Trommelteil einen ringförmigen Ansatz

  zur Aufnahme des äußeren Polkranzes erhält.

  In die Kraftübertragungsanlage zum Antrieb

  des I;egenläufig bewegten Stronlerzeugerteiles

  kann ein Schaltgetriebe finit verschiedenen

  wahlweise benutzbaren Cbersazungsstufen

  eingeschaltet sein.

  Weitere Einzelheiten und Vorteile sowie

  Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung er-

  geben sich ans den in der Zeichnung schenna-

  tisch dargestellten Ausführungsb°ispielen.

  Abb. I zeigt teilweise 1i11 Schnitt eine Seiten-

  ansicht der Hohlwelle, ihrer Laberullg und

  des ltrilniurzeugers; Abb.2 "zeigt eilte Seiten-

  ansicht gemäß Abb. i, und Abb. 3 zeigt eine

  weitere. Ausführungsform teilweise i111 Schnitt.

  In den Abbildungen ist übcreinstiilinieild

  der feststellende Turin mit i bezeichnet, auf

  dessen Spitze a die Haube 3 schwenkbar ge-

  lagert ist. Innerhalb dieser Haube ist der 11a-

  schinenraum .I untergebracht. Der Plattform-

  träger j und die Plattform ö, dic d--n Boden

  desMaschinenraumes'bilden,tragen gleichzeitig

  auch die Stützrollen 7. Die Stützrollen ;

  können zur Krafterzeugung mit herangezogen

  werden, indem sie mittels der Welleil S die

  Stromerzeuger 9 antreiben. Der mit den

  Windradfügeln io umlaufende Bauteil wird

  gleichzeitig noch durch das Lager i i gehalten,

  das den Axialschub des ganzen Windrades

  aufnimmt.

  Die einzelnen Flügel io des Windrades

  sind mittels der Rutenkö rper 13 in der trom-

  inelförmigenNabe i.1 gelagert. All der Stelle

  ihres größten Umfanges trägt der Teil 14

  die Laufschiene i 3, die zur Abstützung auf

  den Stützrollen i dient. Erfindungsgemäß ist

  2.n der Nabe i[, die einen Troi?#rn@@iteil der

  Hohlwelle darstellt, ein Stromerzeuger vor-

  gesehen, dessen äußerer Polkranz- i@ uamittt#l-

  bar all dem Nabenkörper befestigt ist, 1i111

  zwar all dem Ringkörper i9, der zur @-ersrei-

  fung der Nabe und der Laufschiene vor-

  gesehen ist. Der zweite Polkranz 2o ist an

  einem Ringkörper befestigt, dir eiltweder an

  einer im Innern der zu den Flügels: hin in

  einem Trommelteil t Nabe j übergehenden

  Hohlwelle angeordneten weiter@il Welle 21

  (Abb. i) oder an der Hohlwelle selbst ,gelagert ist (Abb.3). Bei dem Beispiel nach Abb. i ist der Polring auf einer Welle 21 befestigt, die ihrerseits durch .eine Anzahl von Lagern im Teil iq.drehbar gehalten wird. Die Welle 2i ist bei dem genannten Beispiel durch das Axialzuglager i i hinidurch nach außen geführt und kann an ihrem freien Ende festgehalten werden. Hieraus könnte sich schon eine gegenseitige Bewegung der Wicklungen mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit ergeben. Zur Erhöhung der gegenseitigen Geschwindigkeit ist nun in Abb. i eine Ausführungsform dargestellt, bei der der Polkranz 2o nicht festgehalten wird, sondern gegenläufig zum Teil 14 angetrieben wird, und zwar ist der Antrieb von den Wellen 8 der Stützrollen 7 über ein entsprechendes Getriebe, das innerhalb der Maschinenhaube liegt, abgeleitet. Die gegenläufige Bewegung des Innenläufers 2o zum Außenläufer 18 erfolgt also durch die Windleistung selbst. Aus der Abb. 2 sind diese Antriebsverhältnisseersichtlich.
• Die in Abb. i dargestellte Ausführungsform ist insofern besonders vorteilhaft, als bei der gegenseitigen Lagerung der beiden Polkränze der zur Einspannung der Flügelkörper vorhandene kräftige Querverband 22 mit ausgenutzt wird. Dieser Verband ist an sich: erforderlich, um die in den Lagerpunkten der Ruten 13 auftretenden Kräfte auf die Nabenwand und damit die Laufschiene 15 zu übertragen. Als Einspannung der Wih@dradflügel und der Kraftübertragungsmittel ist dieser Verband selbstverständlich besonders steif. Es erübrigt sich also bei seiner Verwendung die Herstellung eines besonders steifen Verbandes für die Stromerzeugungsanlage.
• In Abb. 3 ist .eine weitere Ausführungsform zur Verwirklichung der Erfindung angegeben, bei der,der Innenläufer 2e des Generators auf dem Mittelteil der zu diesem Zweck stark, verjüngtenHohlwelle e-gelagert ist. Der Außenpolkranz 18 ist .an einern ringförmigen Ansatz 19 befestigt, der unmittelbar auf dem Querverband. 2:2 und dem damit verhundenen Träger der Laufschiene 15 festgestützt wird. Auf diese Weise ergibt sich der Vorteil, daß alle Einzelteile des Stroherzeugers ,auch während des Betriebes in einfachster Weise beaufsichtigt und gepflegt werden können, weil die Haube 3 des Maschinenraumes über den Ansatz 19 schützend hinweggreift, und der Stromerzeuger 18/2o innerhalb des gegen alle Witteiungseinflüsse völlig geschützten Maschinenraumes liegt. Erleichtert ist hierbei auch .das Festhalten oder der gegenläufige Antrieb des Innenläufers 20. Beidem in Abb. 3, dargestellten Beispiel erhält der Polkranz 2o einen gegenläufigen Antrieb überein Planetengetriebe 23. Bei diesem Ausführtingsibeispiel wird also die vom Windrad auf .die Stützrollen 7 übertragene Leistung nicht zur Erzielung der gegenläufigen Bewegung ausgenutzt, sondern die Gegenläufigkeit wird ohne Umweg erzwungen. Selbstverständlich ist bei der frei zugänglichen Lage des Polrades 2o jeder beliebige Antrieb mit einfachen Mitteln durchführbar, wobei es möglich ist, die gegenseitige Polgeschwindigkeit zu regeln. Es kann also bei dieser Anordnung eine bestimmte Frequenz oder Spannung im Stromerzeuger auch bei verschiedenen Drehgeschwindigkeiten der Hohlwelle eingehalten werden. Diabei kann beispielsweise ein stufenweis schaltbares G°-triebe zur .gegenseitigen zwangläufigen Verbindung der beiden Polkörper benutzt werden, so daß dabei die Drehzahl des Windrades je nach der Windstärke auf den der jeweiligen Getriebestufe entsprechenden der Ausnutzung des Windes günstigsten Wert einstellbar ist. Die Einschaltung eines Getriebes bei dem in Abb;3 dargestellten Beispiel hat überdies roch den Vorteil, daß durch die im Getriebe gegebene Übersetzung die Polgeschwindigkeit an sich den gewünschten hohen Wert erhält.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Stromerzeugungsanlage für ein Windkraftwerk mit an der Spitze eines Turmgerüstes angeordneter Hohlwelle großen Ausmaßes,. die flügelseitig zu einem in Rollen gelagerten Trommelteil ausgestaltet ist, dadurch :gekennzeichnet, daß der Trommelteil der Welle an seinem Innenumfang den timen Polkranz (18) eines Stromerzeugers trägt, während der andere Polkranz (2o) an einem Ringkörper befestigt ist, der entweder an einer im Innern der Hohlwelle ;angeordneten Welle (21) oder an der Hohlwelle selbst gelagert ist, und zwar derart, daß beide Polkränze in bekannter Weise in gegenläufige Drehbewegung versetzt werden (Abb. i und 3).
2. 2. Stromerzeu,gungsanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der gegenläufige Antrieb der im Innern der Hohlwelle gelagerten Welle (21) über die Stützrollen des Trommelteiles erfolgt, z. B. durch einen Kettentrieh an der Seite des Axiallagers (Abb. i).
3. 3. Stromerzeugungsanlage nach Anspruch i, dadurch :gekennzeichnet, daß der gegenläufige Antrieb für den Stromerzeugerteil (2o) über ein Umlaufrädergetriebe (23) von der Windradwelle selbst aus erfolgt (Abb.3). q..
4. Stromerzeugungsanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Trommelteil der Hohl-,velle durch einen speichenförmigen Ouerverband (22) versteift ist, der zur Einspannung der Flügel und auch zur Lagerung vier Welle für die Aufnahme des inneren Polkranzes dient (Abb. i ).
5. 5. Stromerzeugungsanlage nach Anspruch i, bei welcher der gegenläufig hewegte Polkranz an der Hohlwelle selbst gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle an der Lagerstelle des Polkranzes (2o) gegenüber dem Trommelteil im. Umfang stark eingezogen ist und daß der Trommelteil einen ringförrnigen Ansatz zur Aufnahme des äußeren Polkranzes aufweist (Abb. 3).
6. 6. Stromerzeu:gungsanlage nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, tiaß in die Iiraftübertragungsanlage zum Antrieb des gegenläufig bewegten Stromerzeugerteiles ein Schaltgetriebe mit verschiedenen wahlweite benutzbaren L@bersetzungsstufen eingeschaltet ist. ßGRI-F1. (-MIR" _!;f I\ I)fR [er, I1II,DIt7_-..3iLI2(:I