DE8620511U1 - Windkraftanlage - Google Patents

Description

Windkraftanlage

Die Erfindung bezieht sich auf eine Windkraftanlage entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bei derartigen Windkraftanlagen grundsätzlich

bekannt, das Getriebe, die Maschine, beispielsweise einen Qj Generator und den Rotor als Einzelelemente auf einem gemeinsamen Rahmen unterzubringen, der über ein Turmlager um eine im wesentlichen vertikale Achse schwenkbar ist, "um den Rotor stets in eine günstige Orientierung zur Windrichtung zu bringen. Auf dem genannten Rahmen ist ferner eine Bremseinrichtung untergebracht, über welche im Bedarfsfall der Rotor stillgesetzt werden kann. Die . Lagerung der Rotorwelle erfolgt hierbei über Stehlager und es befinden sich Kupplungen zwischen den übrigen Funktionsel-ementen des auf dem genannten Rahmen befind-

■■·■ liehen Systems, nämlich dem Getriebe und dem Generator.

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PS/Hu

Die gesamte, auf dem Rahmen befindliche Anordnung ist durch eine Schutzhaube vor Witterungseinflüssen geschützt. Es ist ferner .an der Gesamtanordnung eine Wartungsbühne angebracht, um die notwendigen Wartungsarbeiten in einer gesicherten Position durchführen zu können, welches erforderlich ist, da sich der genannte Rahmen entsprechend den Abmessungen des Turmes in einer verhältnismäßig großen Höhe über den Erdboden befindet.

Derartige Ausführungsformen von Windkraftanlagen bieten zwar den Vorteil, daß die auf dem Rahmen befindlichen Funktionselemente als solche handelsübliche Standardbauteile sein können, deren Austausch im Bedarfsfall verhältnismäßig schnell und einfach durchführbar ist. Von Nachteil ist jedoch das verhältnismäßig große Bauvolumen und die, zum Teil durch die fliegende Lagerung des Rotors bedingte, verhältnismäßig schwere Bauweise. Aufgrund der zahlreichen Lagerungen auf dem Rahmen sowie der Kupplungsaggregate existieren ferner zahlreiche wartungsbedürftige Stellen, deren problemlose Zugänglichkeit die genannte Wartungsbühne .erforderlich macht, so daß sich notwendige Wartungsarbeiten nicht nur insgesamt aufwendig gestalten, sondern daß darüber hinaus für diesen Zweck auch weitere, die Masse des auf dem Turmlager getragenen. Systems erhöhende Maßnahmen getroffen werden müssen. Das bekannte System stellt sich jedoch auch unter montagemäßigen Gesichtspunkten ungünstig dar, da aufgrund der Verknüpfung zahlreicher Einzelaggregate Ausrichtarbeiten anfallen. Schließlich wird durch die große Zahl an Einzelaggregaten auch der Wirkungsgrad des Gesamtsystems nachteilig beeinflußt.

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Aus der DE-OS3031390 ist eine Windkraftanlage bekannt, deren Rotor ebenfalls fliegend gelagert ist, wobei sich .in einem, das. Getriebe enthaltenden Gehäuse auch ein Generator nebst sämtlichen Steuerungs- und Regelungsorganen befindet, einschließlich der der Rotorblattverstellung dienenden Elemente .

Schließlich ist aus der DE-PS 30 12 069 eine Lagerung eines Rotors einer Windkraftanlage bekannt, deren „Rotor ebenfalls fliegend gelagert ist, bei welcher am Rotor ein Abstützelement angebracht ist, welches in eine, ·., das zylindrische Gehäuse eines mehrstufigen .Getriebes umgebende Hülse übergeht, -wobei die Lagerung dieser Hülse ■; am Außenmantel des Getriebegehäuses erfolgt. Das Getriebegehäuse ist an einer Gondel befestigt, welche einen Generator trägt.

Eb ist die Aufgabe der Erfindung, eine Windkraftanlage der eingangs bezeichneten Gattung bei .hohem Wirkungsgrad und möglichst kleinem Bauvolumen in montage-, beanspruchungs-,und wartungstechnischer Hinsicht zu verbessern.

Di-ese Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzeichnungsteiles des Anspruchs 1 gelöst. Durch die besondere Anordnung der Rotorblätter auf der Nabe und deren Lagerung auf dem Gehäuse wird somit die klassische Form der fliegenden Lagerung des Rotors vermieden. Es können hiert>€i die durch den Rotor auf dessen Lagerung übertragenen Radial- und Axialkräfte unter Vermeidung örtlicher Kräftekonzentrationen auf das Gehäuse und damit den Turm übertragen werden, so daß die Lagerung unter Festigkeitsge-

\ Sichtspunkten relativ leicht ausgeführt sein kann. Denn die genannten Kräfte werden großflächig übertragen und zwar auf ein Gehäuse, das in einfacher, an sich bekannter Weise torsions- und biegesteif ausgeführt werden kann. Letzteres kann hierbei entweder als Guß-., Schweiß- oder auch Schmiedekonstruktion ausgebildet sein. Die Zusammenfassung von Ge-

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triebe .und. Maschine in einem gemeinsamen Gehäuse, dessen Außenfläche gleichzeitig als Lagerfläche für den Rotor dient, .bringt eine sehr kompakte Bauweise mit sich, wobei darüber hinaus die Zahl der insgesamt benötigten .Einzelteile, nämlich Lagerungen, Kupplungen und dergleichen verringert werden kann. Letzteres hat eine Verringerung des Wartungsaufwandes zur Folge, wobei gleichzeitig aufgrund der raumsparenden Bauweise die Möglichkeit vereinfacht wird, sowohl die Maschine als auch

10" .das Getriebe mit -einer gemeinsamen Öl- bzw. Schmiermittelversorgung auszurüsten. Da die erfindungsgemäße ..Konstruktion nicht durch eine Verknüpfung von handelsüblichen Standardbauteilen' gebildet wird,sondern vielmehr eine in sich geschlossene Funktionseinheit bildet, kann die Montage vereinfacht werden und außerdem der ¥artungsaufwa.nd durch entsprechende Gestaltung gering gehalten werden. Vorteilhaft, insbesondere unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten ist auch die Benutzung der äußeren Mantelfläche des Gehäuses als Lager-

fläche, da hier eine sehr genaue

mechanische Bearbeitung möglich ist. Schließlich ergibt sich aus der Verringerung der Zahl der Einzelteile auch eine Verringerung der Verlustquellen und damit eine Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades.

Die rotationssymmetrische Ausbildung des Gehäuses 2 stellt die fertigungstechnisch einfachste Ausführungsform dar, welche demzufolge besonders zweckmäßig ist.

Gemäß Anspruch 3 kann das Axiallager der Nabe funktionell mit einem der beiden Radiallager zu einer Einheit zusammengefaßt werden. Hierbei kann von an sich bekannten Techniken Gebrauch gemacht werden.

Es kann jedoch auch gemäß Anspruch 4 ein konstruktiv von den beiden Radiallagern getrenntes Axiallager vorge-

sehen sein, welches grundsätzlich an beliebiger Stelle angebracht sein kann, wobei lediglich an der Nabe ein Kreisring befestigt sein muß, der mit zwei, an dem feststehenden Gehäuse angebrachten, die entsprechenden Gegenflächen bildenden kreisringartigen Körpern zusammenwirkt .

Durch die Merkmale des Anspruchs 5 ist eine Mehrfachnutzung eines der Übertragung der Drehbewegung von dem Rotor auf das Getriebe dienenden Zahnkranzes gegeben, welcher gleichzeitig als Element des Axiallagers dient. Es ist so in "einfacher Weise zur Verringerung der insgesamt benötigten Bauteile beigetragen worden. Die Anordnung einer Bremseinrichtung entsprechend dem Anspruch 6 zwischen der Nabe und dem Gehäuse madit dieseleicht zugänglich und stellt somit unter wartungstechnischen Gesichtspunkten eine günstige Lösung dar. Alternativ hierzu oder di-ese erste Bremseinrichtung ergänzend können weitere Br ems einrichtungen vorgesehen sein, welche zwischen der Antriebswelle der Maschine und dem Gehäuse wirksam sind. Besonders vorteilhaft sind hier Br ems einrichtung en, die unter Federvorspannung stehen.

Aufgrund der kompakten Bauweise der erfindungsgemäßen Windkraftanlage kann ein sowohl das Getriebe und die Maschine umfassender Schmiermittelkreislauf entsprechend Anspruch 8 relativ einfach realisiert werden, wobei in diesen Schmiermittelkreislauf auch die Lagerung der Nabe auf dem Getriebegehäuse einbezogen werden kann.. Besonders vorteilhaft ist es, wenn hierbei die umlaufende Schmiermittelmenge lastabhängig gesteuert werden kann.

Gemäß den Ansprüchen 9 und 10 ist die Windkraftanlage mit einem äußeren Kühlmittelkreislauf ausgerüstet, durch d-essen Kühl mittel die innerhalb der Anlage entwickelte

Verlustwärme aufgenommen und über einen äußeren Wärmetauscher abgeführt wird. Es ist dies die Verlustwärme, die im wesentlichen zunächst im Bereich des Schmieröls ansteht, wobei über einen "inneren" Wärmetauscher, beispielsweise einen doppelwandigen Mantel des Gehäuses, ein Rohrbündel oder dergleichen diese, im Schmieröl . enthaltene Wärme auf ein Kühlmittel übertragen wird. Der Kühlmittelkreislauf kann hierbei rein konvektiv angetrieben werden, besonders zweckmäßig, insbesondere mit Hinblick auf dessen Steuerbarkeit ist es jedoch, hier ein besonderes Förderorgan einzusetzen. "Zur Kühlung des Schmieröls kann auch ein Ölkühler eingesetzt werden.

Gemäß dem Anspruch 11 steht das Gehäuse über ein besonderes Anpassungsteil mit einem Turmlager 6 in Verbindung, wobei das, Anpassungsteil die wartungsbedürftigen .•Funktionselemente aufnimmt. Der besondere Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, daß dieses Anpassungsteil aus einer Position innerhalb des Turmes zugänglida sein kann, ein Gesichtspunkt, der unter dem Blickwinkel der Arbeitssicherheit von größter Bedeutung ist. An wartungsbedürftigen Funktionselementen wären z. B. zu nennen die zentrale Steuerung eines Schmiermittelkreislaufs, Steuerungs- und Regelungsorgane des Generators, Über-■wachungs- und Steuerungseinrichtungen eines Kühlmittelkreislaufs, Steuerungs- und Uberwachungsorgane von druckmittelbetätigten Bremseinrichtungen und entsprechende Steuerungsorgane zur Drehung der Rotorblätter im Sinne einer Drallregelung. Es können darüber hinaus in dem genannten .Anpassungstei.1 auch Elemente zur Dämpfung von Tors ions schwingungen untergebracht sein, denen auf die Drehbewegung des Gehäuses um die Achse des Turmlagers unterliegt.

Die Ausgestaltung der Nabenlagerung entsprechend dem Anspruch 16 eine kurze Bauweise.

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Die erfindungsgemäße Windkraftanlage stellt somit ein aus einer geringen Zahl von Elementen gebildetes, "wartungsfreundliches, fertigungs- und beanspruchungsge-, rechtes Gesamtsystem von geringem Bauvolumen dar, welches unter anderem aufgrund der geringen Anzahl seiner Ein&zgr;elteile auch einen hohen Wirkungsgrad aufweist.

Die Merkmale des Anspruchs 14 bringen .den Vorteil mit sich, daß an lediglich einem JEnde der Nabe eine Dichtung •zwischen .sich relativ zueinander bewegenden Teilen erforderlich ist.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im : folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten, stark : schematisch gehaltenen Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Windkraftanlage in einer geschnittenen Seitenansicht;

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Windkraftanlage in geschnittener Seitenansicht;

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Windkraftanlage mit äußerem Kühlmittelkreislauf;

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Nabenlagerung als Pendelnabe.

Fig. 5 eine weitere AusführungsfoTm einer erfindungsgemäßen Windkraftanlage.
2.5 Fig. 6 e±ne andere Ausführungsform der Nabenlagerung.

Mit 1 ist in Fig. 1 der Rotor einer Windkr.aftanlage bezeichnet, der in noch näher zu beschreibender Weise über seine Uabe 2 auf einem, sowohl eine, mittels der Wind-, energie zu betreibende Maschine 4 als auch ein Getriebe

05' 5 beinhaltenden Gehäuse 3 gelagert ist- Die Maschine ist vorzugsweise eine solche, durch welche die Windenergie in eine andere Energieform umgewandelt wird, beispielsweise in elektrische, hydraulische oder pneumatische Energie. Demzufolge kann es sich bei der Maschine 4 um einen elektrischen Generator, eine Pumpe oder auch einen Kompressor handeln. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Maschine 4 -ein elektrischer Generator, dessen Stator 7 und Lauf er 8 schematisch wiedergegeben sind. Das Getriebe 5 dient der Anpassung der Drehzahl des Rotors 1 an diejenige der Maschine 4.

Das Gehäuse 3 ist insgesamt über ein nur schematisch wiedergegebenes Turmlager 6, welches, sowohl radiale als auch axiale Kräfte aufnimmt, um eine Vertikalachse 9 am oberen Ende eines Turmes 10 drehbar gelagert. Diese grundsätzlich bekannte Turmlagerung dient - in einer Horizontalebene gesehen - der Einstellung der Windkraftanlage auf die jeweilige Windrichtung. Aus Gründen der zeichnerischen Übersichtlichkeit sind die Einrichtungen nicht wiedergegeben, die der Einstellung der genannten Winkelposition dienen.

Ebenfalls nicht dargestellt sind elektrische Leitungen ■und Rege2ungsorgane, die der Steuerung der Maschine 4 und der Ableitung der liier gewonnenen elektrischen Energie dienen.

Das Gehäuse 3 -kann im einfachsten Fall zylindrisch mit einer sich im wesentlichen horizontal erstreckenden Längsachse ausgebildet sein. Es .kann somit die (entsprechend bearbeitete )Mantelfläche

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des Gehäuses 3 unmittelbar als Lagerfläche für die Nabe benutzt werden.

Die Lagerung der Nabe 2 auf dem Mantel des Gehäuses 3 erfolgt über zwei, mit Abstand voneinander angeordnete Lagerstellen 11, 12, die symmetrisch beiderseits einer, den Rotor 1 bzw. die hier nicht wiedergegebenen Rotorblätter enthaltenden Ebene angeordnet sind. Es kann sich bei diesen Lagerstellen 11, 12 um Gleitlager handeln in Betracht kommen jedoch auch Wälzlager. Diese Lagerstellen 11, 12 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel als reine Radiallager ausgebildet. An dem äußeren Ende der Nabe 2, welche - wie sich aus dem vorangegangenen ergibt - das zylindrische Gehäuse 3 wenigstens teilweise koaxial umgibt, ist ein Zahnkranz 13 angebracht, der über einen im Mantel des Gehäuses 3 angeordneten umlaufenden Schlitz 14 in dieses hineinragt. Die Befestigung des Zahnkranzes 13 an der Nabe 2 ist .in Verbindung mit der Gestaltung der Zahnkranzwangen &Lgr;3 und der seitlichen Begrenzungsflächen des Schlitzes 14 derart beschaffen, daß über diese Zahnkranzwangen Axialkräfte, die auf den Rotor 1 einwirken, auf das Gehäuse 3 und damit auf das Fundament des Turmes übertragen werden können. Es kann sich bei dem, durch den Schlitz 14 auf diese Weise gebildeten Axiallager ebenfalls grundsätzlich um ein Gleitlager oder auch ein Wälzlager handeln.

Aus Gründen der zeichnerischen Übersichtlichkeit ist der Teil des Gehäuses 3» in welchem der Schlitz 14 ange-■-ordnet ist, nur stark schematisch wiedergegeben, wobei auf eine Darstellung sämtlicher Einbauten des Gehäuses 3 tü-eser Stelle "verzichtet wird.

Das hier lediglich beispielhaft gezeigte Getriebe 5 ist zweistufig ausgebildet und besteht in seiner ersten Stufe aus einem Ritzel 16, welches mit dem erwähnten Zahnkranz 13 im Eingriff steht, wobei auf der, das Ritzel 16 tragenden Welle 17 ein Zahnrad 18 angeordnet ist, welches mit einem, unmittelbar auf der Generatorwelle 19 angebrachten weiteren Ritzel 20 kämmt. Während die Generatorwelle 19 in den einander gegenüberliegenden Stirnwandungen 21, 22 des Gehäuses 3 gelagert ist, ist die Welle

TO 17 einerseits in der Stirnwandung 21 und andererseits in einer sich innerhalb des Gehäuses radial erstreckenden Querwandung 23 gelagert.

Mit 24 ist ein die Nabe 2 nach außen abschließender, sich demzufolge mit dieser drehender, die Stirnwandung 21 15' überdeckender Abschlußteil bezeichnet.

Stark schematisch wiedergegeben ist eine Bremseinrichtung, im vorliegenden Fall eine Scheibenbremse, deren Bremsscheibe mit 25 bezeichnet ist, während sich die Be-, zugsziffer 26 auf Bremsbetätigungsorgane bezieht.

Die Windkraftanlage ist mit einer Ölversorgungsanlage ausgerüstet, welche erfindungsgemäß zusammen mit Teilen , der Steuerung in dem, das Turmlager 6 mit dem Gehäuse 3'verbindenden Anpassungsteil 47 untergebracht ist "über diese QLversoigungsarilage wird ein ölkreislauf betrieben,, in welchen die Maschine -4» das Getriebe 5 sowie die Lagerstellen der Nabe 2 einbezogen sind. Die Ölkühlung kann grundsätzlich konvektiv über die äußere Oberfläche des Gehäuses 3 erfolgen - besonders zweckmäßig ist jedoch die Anordnung eines separaten Ölkühlers, der in dem genannten ölkreislauf '30 einbezogen ist.

•'Man erkennt aus der vorangegangenen Darstellung, daß .-sich durch die Zusammenfassung von Getriebe 5 und Maschine 4 in einem gemeinsamen Gehäuse 3 in Verbindung mit der

auf der Außenseite des Gehäuses erfolgenden Lagerung des Rotors eine sehr gedrängte Bauweise ergibt. Durch die, bezüglich der Lagerstellen 11, 12 symmetrische Anordnung des Rotors 1 in Verbindung mit dem, durch den Schlitz realisierten Axiallager ergibt sich eine großflächige Verteilung der Überleitung radialer und axialer Reaktionskräfte und deren Überleitung auf das Gehäuse 3 - wodurch örtliche Kräft-ekonzentrationen, welche mit entsprechenden Dimensionierungen der jeweiligen Bauteile verbunden wären, vermieden werden.

Insbesondere ,ergibt sich aufgrund der beanspruchungsgerechten Anordnung der Lager des Rotors eine verhältnismäßig geringe Belastung derselben. Diese, sich aus- konstruktive Maßnahmen für die Kräfteübertragung ergebenden Eigenschaften können beispielsweise zur Erzielung einer möglichst leichten Bauweise des Gesamtsystems ausgenutzt werden. Durch die Zusammenfassung der wartungsbedürftigen Teile, insbesondere einer Ölversorgungseinrichtung nebst Steuerungselementen in dem Anpassungsteil 47 ergeben sich Vorteile für die Wartung insoweit, als eine besondere äußere Arbeitsbühne zur Durchführung von Wartungsarbeiten nicht mehr notwendig ist, da diese Arbeiten von einer Position innerhalb des Turmes und unterhalb des Turmlagers aus vorgenommen werden können. Auf diese Weise ist zugleich auch die Sicherheit des Wartungspersonals wesentlich verbessert,

* da derartige Arbeiten in einer verhältnismäßig großen Höhe über dem Erdboden vorgenommen werden müssen. Falls die im Rahmen der Windkraftanlage eingesetzten Lager als Gleitlager ausgebildet sind, ergibt sich gleichzeitig ·- auch aufgrund der verhältnismäßig geringen Zahl an Lagern - eine geringe Schall emission während des Betriebs. ...

Günstig für den Wartungsaufwand "wirkt es sich auch aus, daß Maschine, Getriebe und Nabe in einen gemeinsamen ölkreislauf eingebunden sind, so daß die ansonsten erforderlichen zahlreichen einzelnen Schmier&egr;teilen entfallen.

In Fig. 2 und den nachfolgenden Fig. sind Funktionselemente, die mit denjenigen der Fig. 1 übereinstimmen „auch übereinstimmend beziffert, so daß auf eine diesbezügliche wiederholte Beschreibung verzichtet wird.

Die in Fig. 2 gezeigte Windkraftanlage unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten im wesentlichen in der Konstruktion der Nabe 27 und der von der Nabe ausgehenden Kraftübertragung auf die Generatorwelle 19· Die Nabe 27 umgibt auch hier ein rotationssymmetrisch ausgebildetes Gehäuse 3 und ist über zwei, mit Abstand voneinander angeordnete Lagerstellen 28, 29 auf. diesem gelagert. Im Unterschied zu den Lagerstellen 11, 12 ist jedoch eine der Lagerstellen 2.8₁ 29 nicht nur als Radial-, sondern gleichzeitig auch als Axiallager ausgebildet. Die Lagerstellen 28, 29 sind auch hier zweckmäßigerweise als Gleitlager ausgebildet, wobei das eine Axiallager in an sich bekannter Weise ausgestaltet sein kann, so daß auf

, · eine genaue Darstellung desselben verzichtet wird.

' Die Nabe 27 weist in ihrer Mittelebene, das ist die Ebene, in der sich auch der Rotor 1 bzw. die Rotorblätter befinden,

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einen Innenseitig angebrachten Zahnkranz 30 auf, der im gezeigten Ausführungsbeispiel mit einem dreistufig aufgebauten Getriebe 31 im Eingriff steht. Das Getriebe besteht aus einem ersten Zahnrad 32, welches mit dem Zahnkranz 30 kämmt und gleichzeitig ein Ritzel 33 antreibt, auf dessen Welle ein zweites Zahnrad ^h angeordnet ist. Das Zahnrad 34 kämmt mit einem -weiteren Ritzel 35, welches unmittelbar auf der Generatorwelle 19 angeordnet ist. Ein, dem System aus den Zahnrädern 32, 34 sowie dem Ritzel 33 entsprechendes Getriebesystem befindet sich innerhalb des Gehäuses 3» jedoch gegenüber dem oben beschriebenen - in einer Radialebene gesehen um 180° versetzt angeordnet und steht ebenfalls mit dem zentralen Ritzel 35 einerseits und dem Zahnkranz 30 andererseits im Eingriff". Es wird auf diese Weise das von dem .Zahnkranz 30 übertragene Moment auf zwei Überleitungsstellen symmetrisch verteilt. Im Gegensatz zur Ausführungs fona nach Fig. 1 befinden sich hier in der äußeren Mantelfläche des Gehäuses 3 lediglich zwei Ausnehmungen 36» durch welche die Zahnräder 32 teilweise hindurchtreten.

Man erkennt unmittelbar,aus den geometrischen Randbedingungen der Kraftübertragung, daß im Vergleich zu dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel die im Bereich des Zahnkranzes bei gegebener Windbelastung zu übertragende Kraft geringer ausfällt, wobei gleichzeitig ein größeres Übersetzungsverhältnis realisierbar ist. Die Windkraftanlage gemäß Fig. 2 entspricht im übrigen, insbesondere hinsichtlich der zentralen Ölversorgung und der Steuerung derjenigen gemäß Fig. 1, so daß sich auch hier im übrigen Vorteile ergeben, die mit den oben beschriebenen, auf Fig. 1 bezogenen, vergleichbar sind.

Fig. 3 zeigt eine Windkraftanlage., deren Nabe 2 im wesentlichen derjenigen gemäß Fig. 1 entspricht. In Abweichung von dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 hingegen bildet die Lagerstelie11· nicht nur ein Radiallager, sondern auch die eine Seite eines Axiallagers. Zu diesem Zweck ist an dem Mantel des Gehäuses 3 ein nach außen vorspringender Lagerring 37 angebracht, dessen eine axiale Gegenfläche auf der der Lagerstelle 11 in axialer Richtung abgekehrten Seite durch die Zahnkranzwange 15 des Zahnkranzes 13 und dessen andere axiale Gegenfläche im Bereich der Lagerstelle 11 gebildet wird.

Mit 38 ist eine der Stirnwandung 21 des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 vergleichbares Bauteil bezeichnet. Die Nabe 2 wird im übrigen nach,außen durch ein Abschlußteil 24 abgeschlossen, welches insoweit mit dem entsprechenden Bauteil der Fig. 1 vergleichbar ist.

Das Getriebe 39 besteht aus zwei, symmetrisch beiderseits ,des auf der Generatorwelle 19 angebrachten Ritzels 40, angeordneten Teilen wobei diese Teile jedes für sich mit dem in Fig. 1 bereits beschriebenen Getriebe 5 vergleichbar sind» Es ist auch hier auf diese Weise die Kraftübertragung von dem Zahnkranz 13 Huf das Getriebe auf zwei St-ellen verteilt, um Kräftekonzentrationen weiterhin zu verringern.

Der Mantel des Gehäuses der Windkraftanlage gemäß Fig. 3 ist doppelwandig ausgebildet, wobei der sich zwischen den Wandungen ergebende Zwischenraum 41 der Führung eines Kühlmediums dient. Alternativ hierzu können entlang des Mantels des Gehäuses auch. Kühlrohre oder Rohrbündel in sonstiger Form gelegt werden und zwar in einer solchen Anordnung, daß möglichst die gesamte Mantelfläche des Gehäuses 3 überdeckt wird, um eine gleichmäßige Kühlwirkung zu erreichen. Mit der Bezugsziffer 42 ist schematisch ein Kühlmittelkreislauf angedeutet, in dessen Verlauf ein Wärmetauscher 43 geschaltet ist. Die Förderung des Kühl mediums kann hierbei rein konvektiv, jedoch auch mittels einer Pumpe erfolgen. Es -15-

,01 wird hierbei somit die im Rahmen des Getriebes und des Generators entwickelte Verlustwärme über das Getriebeöl auf das Kühlmedium innerhalb des doppelwandigen Gehäusemantels oder eines entsprechenden Rohrbündels übertragen und anschließend aus dem Kühlmittelkreislauf 42 mittels des Wärmetauschers 43 entfernt.

Fig. 4 schließlich zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Pendelnabe. Hierbei wird der Rotor 1 durch einen Ring 44 gebildet, der außenseitig die Rotorblätter trägt. Es ist; im vorliegenden Fall an zwei, einander diametral gegenüberliegende Rotorblätter gedacht. Der Ring 44 ist über ■zwei Gelenke 45, die symmetrisch beiderseits einer, die Rotorblätter enthaltenden Symmetrieebene derart angeordnet sind, daß deren Schwenkachsen senkrecht zur Achse des zylindrischen Gehäuses 3 verlaufen. Man erkennt, daß

' ■ auf diese Weise der Ring 44 mit den Rotorblättern um eine ^: . Achse 46, die durch die Gelenke 45 gebildet wird, schwenkbar .ist. ,ZweckmäBigerweise sind diese Gelenke 45 in der Ebene der Rotorblätter, d.h. mit Bezug auf die Darstellung beispielsweise der Fig- 2 jni±tig zwischen den Lagerstellen 28» 29 angeordnet.

Fig, 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Windkraftanlage, deren Gehäuse 6 aus zwei zylindrischen Gehäuseteilen 48, 49 zusammengesetzt ist, deren Achsen sich unter einem ¥inkel von 90° schneiden, und zwar derart, daß die Achse des Gehäuseteils 48 senkrecht zum Erdboden verläuft. Das Gehäuseteil 49 dient wie bei den vorangegangenen Ausführungs bei spielen der Lagerung der Nabe 2 über die Lagerstellen 11, 12, welche als Radiallager, insbesondere radiale Gleitlager ausgebildet sind, wobei das

erforderliche Axiallager wahlweise entweder mit einem der '·-.. beiden Radiallager konstruktiv zusammengefaßt sein kann

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oder über:den Zahnkranz 13 realisiert sein.kann. Der Zahnkranz 13 steht mit dem Ritzel 16 im Eingriff, auf dessen "Welle 17, die in das Gehäuseteil 48 hineinragt, endseitig ein Kegelrad 50 angeordnet ist, welches mit einem weiteren Kegelrad 51 kämmt, welches auf der Generatorwelle 19 angeordnet ist, die somit senkrecht zu der Welle 17 verläuft. Es ergibt sich auf diese Weise ein zweistufiges Getriebe. Im Bedarfsfall können weitere Stufen innerhalb des Gehäuseteils 49 untergebracht werden. Das Turmlager 6 wird im vorliegenden Fall durch zwei mit Abstand voneinander angeordnete Lagerstellen 52, 53 ge- ·...? bildet, -welche sich zwischen der Außenseite eines, mit dem Turm 10 in fester Verbindung stehenden, kreiszylindrischen Bauteils 54 und der Innenseite des Gehäuseteils 48 mit Abstand voneinander befinden. Eine dieser beiden ,lagerst eil en 52,53 ist naturgemäß gleichzeitig als Axiallager ausgebildet.

Der Stator 7 der Maschine 4 steht mit der Innenseite des Bauteils 54- in fester Verbindung und ist somit ortsfest angeordnet. .Bei Sahwenkbewegungen des Gehäuses 6 um die Vertikalachse 9 dreht sich somit der Läufer 8 entsprechend gegenüber dem Stator 7.

An der Innenseite des Gehäuseteils- 48 ist ferner ein Zahnkranz 55 angebracht, der mit einem Ritzel 56 im Eingriff steht, welches seinerseits unmittelbar mit einem Getriebemotor in Verbindung steht, über dem Getriebemotor 57 kann somit das Gehäuse 6 und damit der Rotor relativ zur Windrichtung um die Vertikalachse 9 geschwenkt werden.

Mit 58 ist schematisch eine Scheibenbremse angedeutet, deren Bremsscheibe auf" der Generatorwelle 19 angeordnet -·..·. ist.

Bei dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Windkraftanlage gemäß Fig. 5 kann das Turmlager ebenso wie ;der Drehantrieb für den Schwenkmechanismus um die Vertikalachse 9 mit in den gemeinsamen Schmierölkreislauf einbezogen sein. Ferner ergibt sich der weitere Vorteil, daß elektrische Leitungsverbindungen zu dem Generator von der feststehenden Ständerwicklung abgezweigt werden, können.

:. Durch Vergrößerung des Winkels der Achsen der Kegelräder 50,51 über 90° hinaus kann im Bedarfsfalle der Abstand zwischen den Spitzen der Rotorblätter und dem Turm vergrößert werden.

Fig. 6 zeigt eine Lagerung der Nabe 2, bei welcher die ,Lagerstellen 11, 12 zu einem Lager 59' zusammengefaßt sind. Eine derartige Anordnung ist möglich, da der Nabendurchmesser gegenüber der Lagerbreite groß ausgebildet werden kann.

Das Gehäuse 3 endet in einem kreisringförmigen Bauteil (63), dessen kreisringförmige Außenflächen Gegenflächen 60, 61, 62 des Lagers 59 bilden,. Diese Gegenflächen 60, 61, 62 wirken mit entsprechender radial bzw. axial orientierter Flächen der Nabe 2 bzw. des an dieser ,befestigten Zahnkranzes 13 zusammen.

Claims (16)

- ANSPRÜCHE

1. Windkraftanlage mit einem Rotor (1), dessen Drehbewegung über ein Getriebe (5,31,39) rauf, eine Maschine zur Unrwandlung von Windenergie übertragen wird und

deren Rotor (1), Getriebe (5,31,39) und Maschine (4) auf einem Turm (10) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (2,27) des Rotors (1) im
•wesentlichen kreisringartig "ausgebildet ist, daß
die Rotorblätter des Rotors (1) im wesentlichen mittig auf der Nabe (2,27) angeordnet sind und daß die Nabe (2,27) - in axialer Richtung gesehen - über symmetrisch beiderseits der Rotorblätter angeordnete Lagerstellen (11,12;28,29) auf einem sowohl das Getriebe (5,31,39) als auch die Maschine (4) aufnehmenden Gehäuse (3)-, dieses umschließend, gelagert ist.

—2— PS/J

Bankkonto: NORD/LB, NL Bad Gandersheim (BLZ 278 537 21). Kto.-Nr. 22 T18 970 · Pnsioirnknntn·

annn»r rRi 7 ?sn -im anv Kto.-Nr. 6(571S-Ri

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2. Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (3) rotationssymmetrisch ausgebildet ist.

3. Windkraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lagerstelle (28,29) sowohl als Radial- als auch als Axiallager ausgebildet ist.

■4. Windkraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Axiallager der Nabe (2,27) durch einen an dieser befestigten Kreisring gebildet wird, üer mit entsprechenden Gegenflächen des Gehäuses (3) zus ammenwirkt.

5. Windkraftanlage .nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerflächen des Kreisringes 'durch die Seitenflächen eines Zahnkranzes (13) gebildet werden, denen entsprechende Flächen von an dem Gehäuse (3) befestigten kreisringartigen Bauteilen gegenüberstehen.

6.. Windkraftanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gehäuse (3) einerseits und der Nabe (2,27) andererseits und/oder zwischen dem Gehäuse (3) einerseits und einer Antriebswelle der Maschine (-4) andererseits eine, vorzugsweise unter Federvorspannung stehende Bremseinrichtung angeordnet ist.

7. Windkraftanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die unter Federvorspannung stehende Bremseinrichtung zwischen der Antriebswelle der Maschine (4) im Schmiermittelbad des Getriebes (5,31,39) angeordnet ist.

8. Windkraftanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest dem Getriebe (5,31,39) und der Maschine (4) ein gemeinsamer Schmiermittelkreislauf zugeordnet ist, dessen Umlaufmenge vorzugsweise lastabhängig betreibbar ist.

9. Windkraftanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (3) mit einer Einrichtung zur Führung eines Kühlmittels zur

Aufnahme und Abführung der Verlustwärme des Getriebes (5,31,39) und der Maschine (4) ausgerüstet ist und daß dieser Einrichtung ein äußerer Kühlmittelkreislauf (42) zugeordnet 'ist, in dessen Verlauf ein Wärmetauscher

(43) angeordnet ist.

10. Wiridkraftanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Führung eines Kühlmittels ein doppelwandiger Mantel des Gehäuses (3), ein Rohrbündel oder dergleichen ist.

11. Windkraftanlage nach .einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (3) über ein Anpassungsteil (47) mit einem eine Drehung um eine im -wesentlichen vertikale Achse ermöglichenden Turmlager (6) ^;in Verbindung steht und daß in diesem Anpassungsteil die -wartungsbedürftigen Funktionselemente untergebracht sind.

12. Windkraftanlage nach einem der vorangegangenen An-• sprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine Nabe (2, 27) nach Art einer Pendelnabe, deren, sich senkrecht zur Achse des kreisringartigen Grundkörpers der Nabe (2,27) erstreckende Gelenkachse (46) -in einer.Seitenansicht der Nabe gesehen - mittig zwischen den Lagersteilen (11,12;28,29) angeordnet ist.

13- ¥indkraftanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1) durch einen Ring (44) gebildet wird, der die Rotorblätter trägt, wobei dieser Ring mit der Nabe (2,27) über Gelenke (45) in Verbindung steht, deren zueinander' fluchtende Achsen die Schwenkachse (46) bilden.

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14. Windkraftanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (2) den einen Endbereich des Gehäuses (3) als in sich geschlossener Körper umgibt.

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15- Windkraftanlage nach einem :der· Ansprüche 1 oder 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (7) der Maschine (4) . feststellend -angeordnet ist und daß das Gehäuse (3) um den Stator (7) bezüglich einer Vertikalachse (9) schwenkbar ist.

16. Windkraftanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1, "2 ■ oder 6 "bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerstellen (11,12) der Nabe (2) -als ein zusammengefaßtes lager (59) ausgebildet sind, .,welches mit entsprechenden Gegenflächen (60,61,62) des Ge-,häuses (3) zusammenwirkt.

17, Windkraftanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche 5 bis 16,. dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnkranz (13,30). an der Nabe (2,27) befestigt ist.