EP2396542A2 - Bremssystem für eine windturbine - Google Patents

Bremssystem für eine windturbine

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Publication number
EP2396542A2
EP2396542A2 EP10708706A EP10708706A EP2396542A2 EP 2396542 A2 EP2396542 A2 EP 2396542A2 EP 10708706 A EP10708706 A EP 10708706A EP 10708706 A EP10708706 A EP 10708706A EP 2396542 A2 EP2396542 A2 EP 2396542A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
azimuth
azimuth drive
parking brake
drive
housing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10708706A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Georgios Pechlivanoglou
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzlon Energy GmbH
Original Assignee
Suzlon Energy GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzlon Energy GmbH filed Critical Suzlon Energy GmbH
Publication of EP2396542A2 publication Critical patent/EP2396542A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/0204—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for orientation in relation to wind direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/0244—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for braking
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/90—Braking
    • F05B2260/902—Braking using frictional mechanical forces
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention relates to a braking device for a bearing for wind turbines, in particular the invention relates to a braking device of wind turbines, in which the nacelle by means of a sliding bearing is rotatably mounted on a tower.
  • the first principle is based on rotatably supporting the nacelle by means of a rolling bearing on the tower. Such storage allows low-friction yawing of the machine house with desired wind tracking of the rotor blades.
  • BESTATIGUNGSKOPIE which the sliding friction can be adjusted so that an undesirable yawing of the machine house is prevented.
  • the sliding friction of the sliding bearing is intended large enough to prevent undesirable yawing of the machine house even under the action of strong wind forces, on the other hand, the frictional forces must not be greater than the rotational force or -omoment that can be applied by the azimuth drive since otherwise it would simply not be possible to yaw the machine house for wind tracking.
  • An object of the present invention is to take advantage of the sliding bearing for nacelle gondolas and to reduce the disadvantages described.
  • a brake system for an azimuth bearing of a wind turbine preferably for a wind turbine with sliding bearing, in which the rotatably mounted on a tower in a horizontal plane engine house is locked in operation initially with a parking brake and / or braked.
  • the parking brake is via means for transmitting moments and / or Forces and / or movements associated with an electric azimuth drive.
  • the parking brake can be actuated by means of a torque generated by the electric azimuth drive for yawing the machine house and / or by a force generated by the azimuth drive and / or by a movement generated by the azimuth drive.
  • the azimuth drive is connected in addition to the parking brake with the azimuth gear.
  • Azimuth drive, parking brake and azimuth gear are arranged on the nacelle or on the tower and designed so that when needed for yawing of the nacelle torque and / or force and / or movement is first transmitted to the parking brake for their solution and only is released to the desired yaw of the machine house when the parking brake is released to the azimuth gearbox.
  • the housing of the azimuth drive is connected to the machine house, while preferably designed as a turntable azimuth gear is firmly connected to the tower of the wind turbine.
  • a further embodiment of the invention also relates to a brake system for a wind turbine, in which the azimuth gear with the nacelle and the azimuth drive are connected to the tower of the system.
  • the housing of the azimuth drive in the plane of rotation of its planetary gear is rotatably stocked connected to the nacelle. Because of the high frictional resistance of the machine house on the tower causes this storage of the azimuth that the torque generated for yawing the machine house initially not to yaw the nacelle, but to a rotation of the azimuth drive to itself, in the plane of rotation of its planetary gear, leads. - A -
  • the housing is connected to the parking brake of the machine house via a lever, according to the invention the torque generated by the azimuth drive is first transmitted to the parking brake for its solution.
  • the azimuth drive is only rotatably supported by a predetermined angle in the positive and in the negative direction of rotation (that is, counterclockwise or counterclockwise) relative to the machine house. This causes the azimuth drive after reaching the maximum angle of rotation no longer rotates about itself and thus transmits its torque through its output gear for yawing the machine house to the turntable of the azimuth.
  • the housing of the azimuth drive is not rotatable, fixedly connected to the machine house.
  • an independently inventive azimuth drive is used in this case.
  • Such an azimuth drive has, according to a particularly preferred embodiment, a housing in which the ring gear of the planetary gear is rotatably mounted in the plane of rotation of the planetary gear.
  • Such a bearing of the ring gear causes the torque generated for yawing the machine house initially not to the yawing of the nacelle, but to a rotation of the ring gear of the planetary gear leads to itself.
  • This rotation of the ring gear is used according to the invention, the parking brake of the machine house - analogous to o. G. Way - to solve.
  • this is the ring gear of the planetary gear via a lever with the parking brake connected so that the lever transmits a force generated by the rotation of the ring gear to release the parking brake.
  • the bearing of the housing of the azimuth drive or the bearing of the ring gear of the planetary gear via a mechanical stopper which sets the maximum rotation angle in the positive and negative direction of rotation.
  • the mechanical stopper is preferably connected to the machine house.
  • the mechanical stopper is preferably connected to the housing of the azimuth drive.
  • the mechanical stopper is formed according to a further embodiment variant by the lever, which is connected to the parking brake.
  • a rotation of the housing of the azimuth drive or the ring gear of the planetary gear is blocked upon reaching the maximum angle of rotation by means of a passively driven, active brake.
  • a hydraulic applied brake is provided for blocking the rotation upon reaching a maximum angle of rotation.
  • Such a passively controlled, active brake is preferably triggered by a sensor which transmits a brake signal to block the housing of the azimuth drive or the ring gear of the planetary gear to the active brake upon reaching the maximum angle of rotation.
  • the azimuth drive mounted in the housing of the azimuth drive ring gear of the planetary gear is attenuated via a arranged between the ring gear and the housing passive hydraulic clutch.
  • a damped by means of a hydraulic clutch azimuth drive is preferably a mechanical stopper to limit the maximum Rotation angle;
  • the lever connected to the parking brake serves as a mechanical stopper.
  • the parking brake is preferably designed so that it is auto-active, which means that it is activated without external interference and protects the machine house against unwanted yaw.
  • the parking brake has at least one friction lining, a pressure ram and a return spring, wherein the parking brake causes a locking of the nacelle in the installed state by the restoring force of the return spring.
  • the pressure in the installed state of the parking brake directly or indirectly via a lever or other power transmission device, such as a pressure line, connected to the azimuth drive.
  • the parking brake is designed so that they can be used instead of the usual sliding devices of plain bearings in the recesses provided for this in an annular flange. In this way, parking brakes for existing wind turbines can be retrofitted.
  • the parking brake has a damping.
  • a damping is particularly advantageous when the lever is used to solve the parking brake as a mechanical stopper of the azimuth drive.
  • a damping of the parking brake is generally useful to avoid a stick-slip effect when releasing the parking brake and onset of yawing the machine house.
  • Such a brake system for a pitch bearing of a wind turbine comprises at least one pitch drive and a parking brake for locking and / or braking the pitch bearing.
  • the parking brake is connected via means for transmitting moments and / or forces and / or movements with a pitch drive. In this way, the parking brake can be actuated by means of a torque generated by the pitch drive for pitching the rotor blades and / or by a force generated by the pitch drive and / or by a movement generated by the pitch drive.
  • the pitch drive is connected in addition to the parking brake with a pitch gear.
  • Pitch drive, parking brake and pitch gear are arranged on rotor blade or hub and designed so that when needed for pitching the rotor blades generated torque and / or force and / or movement is first transmitted to the parking brake for their solution and only when released parking brake is transmitted to the pitch gear to the desired pitch of the rotor blades.
  • the pitch drive are firmly connected to the hub and the pitch gear in the form of a turntable fixed to a rotor blade.
  • the pitch drive is rotatably connected to the hub in the plane of rotation of its planetary gear.
  • the housing of the pitch drive is not rotatably connected to the hub.
  • an independently inventive pitch drive is used in this case. Since azimuth drives and pitch drives are basically the same design, the already described Variants of the azimuth drives the different design variants for pitch drives.
  • parking brakes are provided according to further embodiments, which are designed for installation in pitch systems according to the prior art.
  • the variants of the parking brake for pitch systems correspond to the variants of the parking brakes for azimuth bearings.
  • Figure 1 is a perspective view of an annular flange for a wind turbine with inserted sliding a
  • Figure 2 is a cross-sectional view of a sliding device in built
  • Figure 3 is a cross-sectional view of a first embodiment of a parking brake and a first embodiment of a
  • Figure 5 is a plan view as a schematic diagram of the power transmission of
  • FIG. 8 a shows a cross-sectional view of an azimuth or pitch drive according to the prior art
  • Figure 8 c) is a cross-sectional view of an azimuth or pitch drive with rotatably mounted ring gear of its planetary gear and active
  • Figure 1 shows an annular flange 10 for a wind turbine, which in the installed state usually manner with the engine house of a wind turbine (or with the hub in a brake system for the pitch bearing) is connected and on a
  • Turntable 32 rests.
  • the turntable 32 is in the installed state usual manner firmly connected to a tower of a wind turbine (or with a rotor blade in a brake system for a pitch bearing).
  • recesses or holes 22 are cylindrical
  • FIG. 2 shows the mode of action of one of the sliding devices 20 inserted into the annular flange 10 according to FIG. 1, by means of which the sliding friction of the sliding bearing of the wind turbine can be adjusted.
  • the sliding devices 20 shown here comprise a cylindrical housing 24, a friction lining 26 arranged in the cylindrical housing 24, a plurality of disk springs 28 and an adjusting screw 30.
  • the adjusting screw 30 Depending on how far the adjusting screw 30 dips into the housing 24 of the sliding device 20, the stronger it is Pressure exerted by the adjusting screw 30 on the Teß ⁇ rf ⁇ dern 28.
  • the adjusting screw 30 is indirectly the Pressing force of the friction lining 26 is increased to the turntable 32 and thus increases the sliding friction of the sliding bearing as a whole.
  • a closure plate 34 is arranged below the turntable 32, in which also a sliding device 21 is inserted. Also, this slider 21 has a cylindrical housing 25 in which a friction lining 27 and a
  • Adjusting screw 31 are arranged.
  • the lower side to the turntable 32 arranged sliding device 21 is used only for the production of a defined
  • Sliding device 20 can be used in addition to setting a desired sliding friction.
  • FIG. 3 shows a schematic diagram in cross-sectional view, which further explains the operating principle between the azimuth drive 40, a first embodiment of a parking brake 60 and an azimuth gear in the form of a turntable 32.
  • a parking brake 60 according to a first embodiment is used instead of a sliding device 20.
  • This variant of a parking brake 60 like the sliding device 20 according to FIG. 2, has a cylindrical housing 64 in which a friction lining 66 and several disk springs 68 are arranged.
  • a pressure pin 70 is provided in the parking brake 60, which serves to exert a pressure on the disc springs 68 and thus indirectly for generating a contact force of the friction lining 66 to the turntable 32.
  • a wedge element 72 with a sloping top. Bottom of the cover plate 62 and top of the wedge member 72 are parallel to each other.
  • the wedge member 72 is mounted rolling between the underside of the cover plate 62 and the top of the Anpressites 70 and secured by means of a arranged at its tip end return spring 74 against slipping between Anpressit 70 and cover plate 62.
  • the restoring force of the return spring 74 indirectly causes a contact pressure of the friction lining 68 on the turntable 32nd If a signal now passes to the azimuth drive (or pitch drive) 40 for yawing the machine house (or for pitching of the rotor blades), a torque is generated by the motor of the azimuth drive (or pitch drive) 40. Due to the blocked by the parking brake 60 slide bearing 40 of the torque of the azimuth drive (or pitch drive) 40 initially no yawing of the machine house (or pitching of the rotor blades), but a rotation of the azimuth drive (or pitch drive) 40 causes in its bearing 42.
  • the rotational force of the azimuth drive (or pitch drive) 40 is transmitted to the Keitelement 72 of the parking brake 60, which is pulled against the spring force of the return spring 74 between the cover plate 62 and the Anpressit 70.
  • the wedge element 72 of the pressure pin 70 is pressed under relaxation of the Telierfedern 68 upwards, whereby the contact pressure of the friction lining 66 drops against the turntable 32 and the slide bearing for yawing the machine house in a horizontal plane (or pitching a rotor blade) released is.
  • the torque generated by the motor of the azimuth drive (or pitch drive) 40 is transmitted to the turntable 32 and causes yawing of the machine house (or a pitching of the rotor blade) ,
  • the turntable 32 is preferably fixed to the tower and the azimuth drive 40 preferably connected via the bearing 42 to the machine house.
  • FIGS. 4 a) and 4 b) show the parking brake 60 of the brake system according to a second embodiment.
  • This embodiment also has a cylindrical housing 64, in which a friction lining 66 and a plurality of disc springs
  • the housing 64 of this parking brake 60 is made in two parts and consists of two vertically stacked cylindrical housing halves 63, 65.
  • the housing halves 63, 65 are connected via a bearing 76 with each other so that they coaxially along their longitudinal axes are rotatable against each other.
  • the bearing 76 of this embodiment does not represent a straight line when viewed from a side view; rather, the end edges of the opposite housing halves 63, 65 are sinusoidal.
  • Figure 5 is a plan view of the embodiment shown in Figures 4 a) and 4 b). From this view, it can be seen particularly well how the parking brake 60 according to this embodiment can be used in a ring flange 10 according to the prior art instead of the sliding devices 20. It is also good to see from this perspective how the rotation of the azimuth drive (or pitch drive) 40 is transmitted to the lever 50 for releasing the parking brake 60
  • Figures 6a) and 6b) show a further embodiment of the parking brake 60 in a dissolved 6 a) and in a firmly drawn position 6 b).
  • the parking brake 60 of the brake system via a cylindrical housing 64 in which a friction lining 66 and a plurality of disc springs 68 are arranged.
  • a curved brake lever 78 which acts as a contact pin.
  • the brake lever 78 is connected on one side via a return spring 74 with a projection 12 of the annular flange 10.
  • the brake lever 78 is connected via a further lever 50 with the azimuth drive (or pitch drive) 40, not shown here, or connectable.
  • the brake lever 78 is pulled in the operating case of the associated with the azimuth drive (or pitch drive) 40 lever 50 against the restoring force of the return spring 74 irrespective of the direction of rotation of yawing to the right (see Figure 6 b)).
  • the brake lever 78 presses less strongly on the plate springs 68, which can expand them upwards and whereby the friction effect of the friction lining 66 on the turntable 32 decreases.
  • Embodiment of the parking brake 60 additionally via a damper 80.
  • the damper 80 is in this case arranged below the return spring 74 and prevents during the release operation of the parking brake 60 a swinging back of the brake lever 78 due to stick-slip effects.
  • damper 80 Without this damper 80 would in the release operation of the parking brake 60 at the moment in which the static friction of the engine house is overcome, the engine house begins to yaw and the force impact of the azimuth drive 40 is reduced to the brake lever 78 as a result, the parking brake 60 by the restoring force the return spring 74 tightened again.
  • the damper 80 prevents this stick-slip effect from developing a resonant vibration which would have negative consequences on the material.
  • the use of such a damper is of course also in the other embodiments, in particular Fig. 3 and 4, conceivable.
  • Figures 7 a) and 7 b) show a further embodiment of the
  • Parking brake 60 for the inventive brake system in an open and a closed position.
  • This embodiment differs from the embodiment shown in FIGS. 6 a) and 6 b only in that here the brake lever 78 presses directly onto the friction lining 66.
  • Brake lever 78 and the friction lining 66 and a flexible rubber buffer be used or the friction lining 66 is on the upper side itself configured flexible.
  • Figures 8 a), 8 b) and 8 c) show three different variants of the azimuth drive (or pitch drive) 40, as it can be used in the brake system according to the invention. While the embodiment of an azimuth drive (or pitch drive) 40 according to FIG. 8 a) itself is state of the art, the embodiments according to FIGS. 8 b) and 8 c) represent an independently inventive aspect of the application.
  • the azimuth drive (or pitch drive) 40 has a motor 41 for generating a torque and arranged in a housing 44 planetary gear 46.
  • the planetary gear 46 in turn has sun 46 sun gears, planetary gears 46 PL 1 ring gear 46 H and a bridge 46 ST. With the web 46 ST is a driven gear 48 for transmitting the torque generated by the motor 41 is connected to the turntable 32.
  • the embodiment shown here of an azimuth drive (or pitch drive) 40 is state of the art and characterized in that the ring gear 46 H is fixedly connected to the housing 44.
  • Azimutantriebe (or Pitchanthebe) 40 must, so that they are suitable for the brake system according to the invention, via bearings (not visible here) to the nacelle (or the hub) are connected so that they relative to the nacelle with respect to the axis of rotation of the planetary gear 46 are rotatably mounted.
  • azimuth drives must (or pitch drives) 40 are connected according to this embodiment with a lever 50 on the housing 44, so that they are suitable for use in the brake system according to the invention.
  • the embodiment variant of the azimuth strayer (or pitch drive) 40 shown in FIG. 8 b corresponds to the embodiment according to FIG. 8 a) in that also this drive via a motor 41, a planetary gear 46 arranged in a housing 44, and a with the web 46 S the planetary gear 46 connected output gear 48 has.
  • the drive 40 according to FIG. 8 b) has a ring gear 46 H of the planetary gear 46 which is rotatable in the plane of rotation of the planetary gear 46 by means of bearings 42 in the housing 44 of the azimuth drive (or pitch drive). 40 is stored.
  • the ring gear 46 H has a lever 50 which serves to be able to transmit a force to the parking brake 60 in the installed state to the solution.
  • the lever 50 itself serves as a mechanical stopper.
  • the drive still has a hydraulic clutch 45, which acts as a damper to prevent resonant vibration of the entire system due to stick-slip effects and thereby brakes the rotational speed of the ring gear 46 H before reaching the mechanical stop.
  • FIG. 8 c) shows a further embodiment variant of the azimuth drive (or pitch drive) 40 according to the invention.
  • the drive 40 shown here also has a motor 41, a planetary gear 46 arranged in a housing 44, and a planetary gear 46 connected to the web 46 S Output gear 48.
  • the ring gear 46 H of the planetary gear 46 is rotatably mounted as in the embodiment of Figure 8 b) in the plane of rotation of the planetary gear 46 by means of bearings 42 in the housing 44 of the azimuth drive (or pitch drive) 40.
  • the azimuth drive (or pitch drive) 40 is equipped with a passively activatable, active brake 47, preferably disc brake, which actively blocks the ring gear 46 H relative to the housing 44 when a maximum angle of rotation is reached.
  • a passively activatable, active brake 47 preferably disc brake
  • the Signal for active blocking of the brake 47 is passively controlled via the rotation angle of the azimuth drive (or pitch drive) 40.
  • the azimuth drive (or pitch drive) 40 has a z. B. sensor connected to the lever 50, which triggers a signal to the brake 47 for blocking the ring gear 46 H upon reaching a maximum angle of rotation.
  • no mechanical stopper for the azimuth drive (or pitch drive) 40 is required.
  • FIG. 9 shows an overview, which once again represents a preferred sequence of steps which the braking system according to the invention undergoes during the yawing of the machine house.
  • a signal S1 for yawing the wind turbine activates the azimuth drive. Since the nacelle is locked on the tower by the parking brake, thus a rotation of the azimuth drive is effected S2. This rotation of the azimuth drive causes the release of the parking brake S3.
  • a stopper blocks the further rotation of the azimuth drive S4, whereby the force / moment of the azimuth drive is transmitted to the Azim ⁇ tgetriebe and the yawing begins S5.

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Abstract

Bremssystem für eine Windturbine mit einem auf einem Turm in horizontaler Ebene drehbar gelagerten Maschinenhaus, wenigstens einer Feststellbremse (60) zur Arretierung des Maschinenhauses und einem elektrischen Azimutantrieb (40), wobei die Feststellbremse (60) über Mittel (50) zur Übertragung von Momenten und/oder Kräften und/oder Bewegungen so mit dem Azimutantrieb (40) verbunden ist, dass sie mit Hilfe eines zur Gieren des Maschinenhauses von dem Azimutantrieb (40) erzeugten Drehmoments und/oder einer hierfür erzeugten Kraft und/oder Bewegung betätigbar ist.

Description

Bremssystem für eine Windturbine
Die Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung für eine Lagerung für Windturbinen, insbesondere betrifft die Erfindung eine Bremsvorrichtung von Windturbinen, bei denen das Maschinenhaus mit Hilfe eines Gleitlagers drehbar auf einem Turm gelagert ist.
Aus dem Stand der Technik sind vor allem zwei Prinzipien zur Lagerung des Maschinenhauses einer Windturbine auf ihrem Turm bekannt. Das erste Prinzip beruht darauf, das Maschinenhaus mit Hilfe eines Wälzlagers auf dem Turm drehbar zu lagern. Eine derartige Lagerung ermöglicht ein reibungsarmes Gieren des Maschinenhauses bei gewünschter Windnachführung der Rotorblätter.
Um die Gondel gegen ein unerwünschtes Gieren in Foige von schwankenden Windströmungsverhältnissen in Position zu halten, verfügen Systeme mit Wälzlagern üblicher Weise über große Ring-Scheibenbremsen und hydraulisch beaufschlagbare Bremsbacken. Die Effizienz derartiger Anlagen zur Verhinderung unerwünschtes Gieren ist ausreichend, auch die Zuverlässigkeit dieser Systeme ist - abgesehen von der Anfälligkeit hydraulischer Systeme zur Leckage - akzeptabel. Allerdings besteht der Nachteil derartiger Systeme u. A. in den relativ hohen Herstellungskosten für solch große Wälzlager und hierfür notwendige Bremsen.
Eine kosteneffizientere Ausgestaltung von Windturbinen kann im Vergleich hierzu mit Hilfe eines Gleitlagers erzielt werden, durch welches das Maschinenhaus auf dem Turm drehbar gelagert ist. Auch dieses „Gleitlager-Lösungsprinzip" wird von mehreren Windturbinenherstellern verwendet.
Bei Windturbinen mit Gleitlagern muss jedoch dafür gesorgt werden, dass die Reibung der Gleitlagerung nicht zu gering ist, weil sonst ein unerwünschtes Gieren des Maschinenhauses aufgrund schwankender Windströmungsverhältnisse auftreten kann. Aus diesem Grund verfügen derartige Gleitlagerungen für Windturbinen üblicherweise über eine Vielzahl von Gleitvorrichtungen mit Hilfe
BESTATIGUNGSKOPIE derer die Gleitreibung so eingestellt werden kann, dass ein unerwünschtes Gieren des Maschinenhauses verhindert wird.
Die Gleitreibung der Gleitlagerung ist vorgesehener Maßen groß genug, um ein unerwünschtes Gieren des Maschinenhauses selbst unter Einwirkung von starken Windkräften zu verhindern, andererseits dürfen die Reibungskräfte nicht größer sein, als die Rotationskraft bzw. -moment, welche von dem Azimutantrieb aufgebracht werden kann, da sonst eine Gieren des Maschinenhauses zur Windnachführung schlicht nicht möglich wäre.
Das Konzept von Windturbinen mit Gleitlagern ist erfolgreich und bewirkt neben den geringen Herstellungskosten zusätzlich auch eine hohe Zuverlässigkeit derartiger Systeme. Darüber hinaus sind Anlagen mit Gleitlagern aufgrund ihrer passiven Bremswirkung selbst bei Störfäüen vor unerwünschtem Gieren des Maschinenhauses und damit vor möglichen Beschädigungen geschützt.
Wie oben beschrieben ist es erforderlich, groß dimensionierte und teure Azimutantriebe verwendet werden müssen, um ein Gieren gegen die Gleitreibung zu ermöglichen. In dem vorliegenden tribologischen System kann es zu einer schnell alternierenden Wechselbewegung zwischen Haft- und Gleitreibung, dem sog. Stick-Slip-Effekt, beim Gieren kommen. Zudem provoziert die hohe
Gleitreibung eine schnelle Materialermüdung und einen hoher Verschleiß. Eine niedrigere Gleitreibung würde auf der anderen Seite jedoch die Gefahr eines unerwünschten Gierens in Kauf genommen werden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Vorteile der Gleitlagerung für Maschinenhausgondeln zu Nutzen und die beschriebenen Nachteile zu verringern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Bremssystem für ein Azimutlager einer Windturbine, vorzugsweise für eine Windturbine mit Gleitlager gelöst, bei der das auf einem Turm in horizontaler Ebene drehbar gelagerte Maschinenhaus im Betriebsfall zunächst mit einer Feststellbremse arretiert und/oder gebremst ist. Dabei ist die Feststellbremse über Mittel zur Übertragung von Momenten und/oder Kräften und/oder Bewegungen mit einem elektrischen Azimutantrieb verbunden. Auf diese Weise ist die Feststellbremse mit Hilfe eines zum Gieren des Maschinenhauses von dem elektrischen Azimutantrieb erzeugten Drehmoments und/oder durch eine von dem Azimutantrieb erzeugte Kraft und/oder durch eine von dem Azimutantrieb erzeugte Bewegung betätigbar.
Vorzugsweise dient als Mittel zur Übertragung ein Hebel, aber auch andere Übertragungsmittel für Momente, Kräfte bzw. Bewegungen in Form von Wellen, Zahnrädern, Schnecken, hydraulischen oder pneumatischen Druckleitungen etc. sind als Teil der Erfindung zu sehen.
Vorzugsweise ist der Azimutantrieb neben der Feststellbremse auch mit dem Azimutgetriebe verbunden. Azimutantrieb, Feststellbremse und Azimutgetriebe sind dabei so auf der Gondel bzw. auf dem Turm angeordnet und so ausgebildet, dass ein im Bedarfsfall zum Gieren des Maschinenhauses erzeugtes Drehmoment und/oder Kraft und/oder Bewegung zunächst an die Feststellbremse zur deren Lösung übertragen wird und erst bei gelöster Feststellbremse an das Azimutgetriebe zum gewünschten Gieren des Maschinenhauses übertragen wird.
Vorzugsweise ist dabei das Gehäuse des Azimutantriebes mit dem Maschinenhaus verbunden, während das vorzugsweise als Drehkranz ausgebildete Azimutgetriebe fest mit dem Turm der Windturbine verbunden ist. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung betrifft jedoch auch ein Bremssystem für eine Windturbine, bei dem das Azimutgetriebe mit dem Maschinenhaus und der Azimutantrieb mit dem Turm der Anlage verbunden sind.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist das Gehäuse des Azimutantriebes in der Rotationsebene seines Planetengetriebes drehbar lagernd mit dem Maschinenhaus verbunden. Wegen des hohen Reibungswiderstandes des Maschinenhauses auf dem Turm bewirkt diese Lagerung des Azimutantriebs, dass das zum Gieren des Maschinenhauses erzeugte Drehmoment zunächst nicht um Gieren der Gondel, sondern zu einer Rotation des Azimutantriebes um sich selbst, in der Rotationsebene seines Planetengetriebes, führt. - A -
Ist das Gehäuse, gemäß einer weiteren Ausführungsvariante, über einen Hebel mit der Feststellbremse des Maschinenhauses verbunden, so wird erfindungsgemäß zunächst das vom Azimutantrieb erzeugte Drehmoment an die Feststellbremse zu deren Lösung übertragen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Azimutantrieb nur um einen vorgegebenen Winkel in positiver und in negativer Drehrichtung (d. h. gegen oder mit dem Uhrzeigersinn) gegenüber dem Maschinenhaus drehbar gelagert. Dies bewirkt, dass der Azimutantrieb nach Erreichen des maximalen Drehwinkels nicht weiter um sich selbst rotiert und damit sein Drehmoment über sein Abtriebsrad zum Gieren des Maschinenhauses an den Drehkranz des Azimutgetriebes überträgt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Gehäuse des Azimutantriebes nicht rotierbar, fest mit dem Maschinenhaus verbunden. Zur Verwirklichung des erfinderischen Bremssystems kommt in diesem Falle ein selbständig erfinderischer Azimutantrieb zum Einsatz. Ein solcher Azimutantrieb verfügt gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform über ein Gehäuse, in welchem das Hohlrad des Planetengetriebes in der Rotationsebene des Planetengetriebes drehbar gelagert ist. Eine solche Lagerung des Hohlrades bewirkt, dass das zum Gieren des Maschinenhauses erzeugte Drehmoment zunächst nicht zum Gieren der Gondel, sondern zu einer Rotation des Hohlrades des Planetengetriebes um sich selbst führt. Diese Rotation des Hohlrades wird erfindungsgemäß dazu verwendet, die Feststellbremse des Maschinenhauses - analog zur o. g. Weise - zu lösen.
Vorzugsweise ist hierfür das Hohlrad des Planetengetriebes über einen Hebel mit der Feststellbremse so verbunden, dass der Hebel eine durch die Rotation des Hohlrades erzeugte Kraft zur Lösung der Feststellbremse überträgt.
Neben einem einfachen Hebel sind gemäß, weiteren Ausführungsvarianten auch hydraulische oder pneumatische Mechanismen vorgesehen, wobei allen Varianten das Prinzip innewohnt die Rotationskraft des Hohlrades des Planetengetriebes oder wie zuvor schon beschrieben des rotierenden Gehäuses des Planetengetriebes zu nutzen, um eine oder mehrere Feststellbremsen des Maschinenhauseε zu lösen. Um nach einem Lösen der Feststellbremse(n) ein Gieren des Maschinenhauses zu bewirken, muss die Rotation des Azimutantriebs bzw. des Hohlrades des Planetengetriebes auf einen vorgegebenen maximalen Drehwinke! begrenzt werden, sodass der Azimutantrieb bei Erreichen dieses maximalen Drehwinkels in seiner Rotation blockiert wird und das zum Gieren des Maschinenhauses erzeugte Drehmoment / Kraft / Bewegung an den Drehkranz des Azimutgetriebes überträgt.
Gemäß einer besonders einfachen Ausgestaltung der Erfindung verfügt die Lagerung des Gehäuses des Azimutantriebs bzw. die Lagerung des Hohlrades des Planetengetriebes über einen mechanischen Stopper, welcher den maximalen Drehwinkel in positiver und in negativer Drehrichtung vorgibt. Ist das Gehäuse des Azimutantriebes gelagert, so ist der mechanische Stopper vorzugsweise mit dem Maschinenhaus verbunden. Ist das Hohlrad des Planetengetriebes drehbar gelagert, ist der mechanische Stopper vorzugsweise mit dem Gehäuse des Azimutantriebes verbunden. Der mechanische Stopper ist gemäß einer weiteren Ausführungsvariante durch den Hebel gebildet, welcher mit der Feststellbremse verbunden ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante wird eine Rotation des Gehäuses des Azimutantriebes bzw. des Hohlrades des Planetengetriebes bei Erreichen des maximalen Drehwinkels mit Hilfe einer passiv angesteuerten, aktiven Bremse blockiert. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist zur Blockierung der Rotation bei Erreichen eines maximalen Drehwinkels eine hydraulische beaufschlagte Bremse vorgesehen. Eine solche passiv angesteuerte, aktive Bremse wird vorzugsweise durch einen Sensors ausgelöst, welcher bei Erreichen des maximalen Drehwinkels ein Brems-Signal zur Blockierung des Gehäuses des Azimutantriebes bzw. des Hohlrades des Planetengetriebes an die aktive Bremse überträgt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Azimutantriebes ist das im Gehäuse des Azimutantriebes gelagerte Hohlrad des Planetengetriebes über eine zwischen Hohlrad und Gehäuse angeordnete passive hydraulische Kupplung gedämpft. Im Falle eines mit Hilfe einer hydraulischen Kupplung gedämpften Azimutantriebes dient vorzugsweise ein mechanischer Stopper zur Begrenzung des maximalen Drehwinkels; besonders bevorzugt dient der mit der Feststellbremse verbundene Hebel als mechanischer Stopper.
Ein weiterer, selbständig erfinderischer Aspekt des Bremssystems betrifft die Feststeiibremse(n) des Maschinenhauses. Um auch bei Störfällen sicher zu sein, ist die Feststellbremse vorzugsweise so ausgebildet, dass sie autoaktiv ist, was bedeutet, dass sie ohne äußere Beeinflussung aktiviert ist und das Maschinenhaus gegen ein unerwünschtes Gieren schützt. Vorzugsweise weist die Feststellbremse wenigstens einen Reibbelag, einen Anpressstempel und einer Rückstellfeder auf, wobei die Feststellbremse im eingebauten Zustand durch die Rückstellkraft der Rückstellfeder eine Arretierung der Gondel bewirkt. Besonders bevorzugt ist der Anpressstempel im eingebauten Zustand der Feststellbremse direkt oder indirekt über einen Hebel oder eine sonstige Kraftübertragungs- Vorrichtung, wie zum Beispiel eine Druckleitung, mit dem Azimutantrieb verbunden. Durch eine Kraftübertragung über den Hebel bzw. die Kraftübertragungsvorrichtung wird entgegen der Rückstellkraft der Rückstellfeder die Arretierung des Maschinenhauses gelöst. Besonders bevorzugt ist die Feststellbremse so ausgestaltet, dass sie anstelle der üblichen Gleitvorrichtungen von Gleitlagern in die für diese vorgesehenen Aussparungen in einem Ringflansch einsetzbar sind. Auf diese Weise können Feststellbremsen für bestehende Windturbinen nachgerüstet werden.
Vorzugsweise verfügt die Feststellbremse über eine Dämpfung. Eine Dämpfung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Hebel zur Lösung der Feststellbremse als mechanischer Stopper des Azimutantriebes dient. Eine Dämpfung der Feststellbremse, ist allgemein sinnvoll, um einen Stick-Slip-Effekt beim Lösen der Feststellbremse und einsetzender Gieren des Maschinenhauses zu vermeiden.
Grundsätzlich ist das Prinzip zur Lösung der Feststellbremse(n) mit Hilfe der Rotationskraft des Azimutantriebes nicht nur für das Gleit- oder Wälzlager einem MASCHINENHAUS verwendbar, sondern das gleiche Prinzip ist ebenfalls auf das Pitchsystem der Rotorblätter, d. h. auf die Drehung der Rotorblätter um ihre Längsachse anwendbar und stellt einen weiteren erfinderischen Aspekt der
ΛΛπiTiβiuUπy uSf. Ein derartiges Bremssystem für ein Pitchlager einer Windturbine umfasst dabei wenigstens einen Pitchantrieb und eine Feststellbremse zum Arretieren und/oder Bremsen des Pitchlagers. Dabei ist die Feststellbremse über Mittel zur Übertragung von Momenten und/oder Kräften und/oder Bewegungen mit einem Pitchantrieb verbunden. Auf diese Weise ist die Feststellbremse mit Hilfe eines zum Verstellen (Pitchen) der Rotorblätter von dem Pitchantrieb erzeugten Drehmoments und/oder durch eine von dem Pitchantrieb erzeugte Kraft und/oder durch eine von dem Pitchantrieb erzeugte Bewegung betätigbar.
Vorzugsweise dient als Mittel zur Übertragung ein Hebel, aber auch andere Übertragungsmittel für Momente, Kräfte bzw. Bewegungen in Form von Wellen, Zahnrädern, Schnecken, hydraulischen oder pneumatischen Druckleitungen etc. sind als Teil der Erfindung zu sehen.
Vorzugsweise ist der Pitchantrieb neben der Feststellbremse auch mit einem Pitchgetriebe verbunden. Pitchantrieb, Feststellbremse und Pitchgetriebe sind dabei so auf Rotorblatt bzw. Nabe angeordnet und so ausgebildet, dass ein im Bedarfsfall zum Pitchen der Rotorblätter erzeugtes Drehmoment und/oder Kraft und/oder Bewegung zunächst an die Feststellbremse zu deren Lösung übertragen wird und erst bei gelöster Feststellbremse an das Pitchgetriebe zum gewünschten Pitchen der Rotorblätter übertragen wird.
Vorzugsweise sind der Pitchantrieb fest mit der Nabe und das Pitchgetriebe in Form eines Drehkranzes fest mit einem Rotorblatt verbunden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Pitchantrieb in der Rotationsebene seines Planetengetriebes drehbar lagernd mit der Nabe verbunden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist jedoch das Gehäuse des Pitchantriebes nicht rotierbar mit der Nabe verbunden. Zur Verwirklichung des erfinderischen Bremssystems kommt in diesem Falle ein selbständig erfinderischer Pitchantrieb zum Einsatz. Da Azimutantriebe und Pitchantriebe prinzipiell gleich aufgebaut sind, entsprechen die bereits beschriebenen Ausführungsvarianten der Azimutantriebe den unterschiedlichen Ausführungsvarianten für Pitchantriebe.
Ebenso sind gemäß weiteren Ausführungsvarianten Feststellbremsen vorgesehen, die für den Einbau in Pitchsysteme gemäß dem Stand der Technik ausgebildet sind. Die Ausführungsvarianten der Feststellbremsen für Pitchsysteme entsprechen den Ausführungsvarianten der Feststellbremsen für Azimutlager.
Diese und weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung sollen nun anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert werden. Es zeigen
Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Ringflansches für eine Windturbine mit eingesetzten Gleitvorrichtungen einer
Gleitlagerung,
Figur 2 eine Querschnittsdarstellung einer Gleitvorrichtung in eingebautem
Zustand,
Figur 3 eine Querschnittsdarstellung einer ersten Ausführungsform einer Feststellbremse und einer ersten Ausführungsform eines
Azimutantriebes oder Pitchantriebes in eingebautem Zustand,
Figur 4 a), b) eine Querschnittsdarstellung und eine perspektivische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsvariante der Feststellbremse,
Figur 5 eine Draufsicht als Prinzipskizze der Kraftübertragung der
Rotationskraft des Azimut- oder Pitchantriebes auf die Feststellbremse gemäß Figur 4,
Figur 6 a), b) zwei Querschnittsdarstellungen einer Feststellbremse gemäß einer dritten Ausführungsvariante in einer geöffneten und einer geschlossenen Position, Figur 7 a), b) zwei Querschnittsdarstellungen einer Feststellbremse gemäß einer vierten Ausführungsvariante in einer geöffneten und einer geschlossenen Position,
Figur 8 a) eine Querschnittsdarstellung eines Azimut- oder Pitchantriebes gemäß dem Stand der Technik,
Figur 8 b) eine Querschnittsdarstellung eines Azimut- oder Pitchantriebes mit drehbar gelagertem Hohlrad seines Planetengetriebes und Hydraulikkupplung,
Figur 8 c) eine Querschnittsdarstellung eines Azimut- oder Pitchantriebes mit drehbar gelagertem Hohlrad seines Planetengetriebes und aktiver
Scheibenbremse, und
Fig. 9 eine Übersicht einer Schrittabfolge eines Betriebsverfahrens des
Bremssystems beim Gieren.
Figur 1 zeigt einen Ringflansch 10 für eine Windturbine, welcher in eingebautem Zustand üblicher Weise fest mit dem Maschinenhaus einer Windturbine (bzw. mit der Nabe bei einem Bremssystem für das Pitchlager) verbunden ist und auf einem
Drehkranz 32 aufliegt. Der Drehkranz 32 ist dabei in eingebautem Zustand üblicher Weise fest mit einem Turm einer Windturbine (bzw. mit einem Rotorblatt bei einem Bremssystem für ein Pitchlager) verbunden. In radial auf dem Ringflansch 10 angeordneten Aussparungen oder Bohrungen 22 sind zylindrische
Gleitvorrichtungen 20 eingesetzt.
Figur 2 zeigt die Wirkweise einer der in den Ringflansch 10 gemäß Figur 1 eingesetzten Gleitvorrichtung 20, durch welche die Gleitreibung des Gleitlagers der Windturbine justierbar ist. Die hier dargestellt Gleitvorrichtungen 20 umfasst ein zylindrisches Gehäuse 24, einen in dem zylindrischen Gehäuse 24 angeordneten Reibbelag 26, mehrere Tellerfedern 28 und eine Einstellschraube 30. Je nachdem, wie weit die Einstellschraube 30 in das Gehäuse 24 der Gleitvorrichtung 20 eintaucht, desto stärker ist der Druck, den die Einstellschraube 30 auf die Teüβrfβdern 28 ausübt. Durch die Einstellschraube 30 wird indirekt die Anpresskraft des Reibbelags 26 an den Drehkranz 32 erhöht und damit auch die Gleitreibung des Gleitlagers insgesamt erhöht.
Unterhalb des Drehkranzes 32 ist eine Verschlussplatte 34 angeordnet, in welche ebenfalls eine Gleitvorrichtung 21 eingesetzt ist. Auch diese Gleitvorrichtung 21 besitzt ein zylindrisches Gehäuse 25, in welchem ein Reibbelag 27 und eine
Einstellschraube 31 angeordnet sind. Die unterseitig zum Drehkranz 32 angeordnete Gleitvorrichtung 21 dient lediglich zur Herstellung einer definierten
Gleitoberfläche des Gleitlagers, während die oberseitig angeordnete
Gleitvorrichtung 20 zusätzlich zur Einstellung einer gewünschten Gleitreibung verwendet werden kann.
Figur 3 zeigt eine Prinzipskizze in Querschnittsdarstellung, die das Wirkprinzip zwischen Azimutantrieb 40, einer ersten Ausführungsform einer Feststellbremse 60 und einem Azimutgetriebe in Form eines Drehkranzes 32 näher erläutert. In dem Ringflansch 10 ist an die Stelle einer Gleitvorrichtung 20 eine Feststellbremse 60 gemäß einer ersten Ausführungsvariante eingesetzt. Diese Variante einer Feststellbremse 60 verfügt, wie auch die Gleitvorrichtung 20 gemäß Figur 2, über ein zylindrisches Gehäuse 64, in welchem ein Reibbelag 66 und mehrere Tellerfedern 68 angeordnet sind. Anstatt der Einstellschraube 30 ist bei der Feststellbremse 60 ein Anpressstift 70 vorgesehen, welcher zur Ausübung eines Drucks auf die Tellerfedern 68 und damit indirekt zur Erzeugung einer Anpresskraft des Reibbelags 66 an den Drehkranz 32 dient.
Zwischen der Oberseite des Anpressstiftes 70 und unterhalb einer keilförmigen Abdeckplatte 62 mit schräg verlaufender Unterseite befindet sich ein Keilelement 72 mit schräg verlaufender Oberseite. Unterseite der Abdeckplatte 62 und Oberseite des Keilelementes 72 verlaufen parallel zueinander. Dabei ist das Keilelement 72 zwischen der Unterseite der Abdeckplatte 62 und der Oberseite des Anpressstiftes 70 rollend gelagert und mit Hilfe einer an seinem spitzen Ende angeordneten Rückstellfeder 74 gegen ein Herausgleiten zwischen Anpressstift 70 und Abdeckplatte 62 gesichert. Dabei bewirkt die Rückstellkraft der Rückstellfeder 74 indirekt eine Anpresskraft des Reibbelags 68 auf den Drehkranz 32. Ergeht nun ein Signal an den Azimutantrieb (bzw. Pitchantrieb) 40 zum Gieren des Maschinenhauses (bzw. zum Pitchen der Rotorblätter), so wird vom Motor des Azimutantriebes (bzw. Pitchantriebes) 40 ein Drehmoment erzeugt. Aufgrund des durch die Feststellbremse 60 blockierten Gleitlagers wird durch das Drehmoment des Azimutantriebes (bzw. Pitchantriebes) 40 zunächst kein Gieren des Maschinenhauses (bzw. Pitchen der Rotorblätter), sondern eine Rotation des Azimutantriebes (bzw. Pitchantriebes) 40 in seinem Lager 42 bewirkt. Durch einen am Gehäuse 44 des Azimutantriebes 40 angeordneten Hebel 50 wird die Rotationskraft des Azimutantriebes (bzw. Pitchantriebes) 40 auf das Keitelement 72 der Feststellbremse 60 übertragen, welches entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 74 zwischen der Abdeckplatte 62 und dem Anpressstift 70 herausgezogen wird. Durch das Herausziehen des Keilelementes 72 wird der Anpressstift 70 unter Entspannung der Telierfedern 68 nach oben gedrückt, wodurch die Anpresskraft des Reibbelags 66 gegen den Drehkranz 32 sinkt und das Gleitlager für ein Gieren des Maschinenhauses in horizontaler Ebene (bzw. ein Pitchen eines Rotorblattes) freigegeben ist. Zeitgleich erreicht nun die Drehung des Gehäuses 44 des Azimutantriebes (bzw. Pitchantriebes) 40 einen maximalen Drehwinkel; eine weitere Rotation des Azimutantriebes (bzw. Pitchantriebes) (40) in der Lagerung 42 ist durch einen mechanischen Stopper blockiert (hier nicht sichtbar). Anstatt der Verwendung eines Gleitkeils 72 kann auch eine gleichwirkende Hebelanordnung zu Einsatz kommen.
Ist nun eine weitere Rotation des Azimutantriebes (bzw. Pitchantriebes) 40 nicht möglich, so wird das vom Motor des Azimutantriebes (bzw. Pitchantriebes) 40 erzeugte Drehmoment auf den Drehkranz 32 übertragen und ein Gieren des Maschinenhauses (bzw. ein Pitchen des Rotorblattes) bewirkt. Der Drehkranz 32 ist dabei vorzugsweise fest mit dem Turm und der Azimutantrieb 40 vorzugsweise über die Lagerung 42 mit dem Maschinenhaus verbunden.
Figuren 4 a) und 4 b) zeigen die Feststellbremse 60 des Bremssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform. Auch diese Ausführungsform verfügt über ein zylindrisches Gehäuse 64, in welchem ein Reibbelag 66 und mehrere Tellerfedern
68 angeordnet sind. Ähnlich wie bei der Gleitreibungsvorrichtung 20 nach Figur 2 ist zur Ausübung einer Anpresskraft oberhalb der Tellerfedern als Anpressstift eine Einstellschraube angeordnet. Im Gegensatz zu der Gleitvorrichtung 20 ist jedoch das Gehäuse 64 dieser Feststellbremse 60 zweiteilig ausgeführt und besteht aus zwei vertikal übereinander angeordneten zylindrischen Gehäusehälften 63, 65. Die Gehäusehälften 63, 65 sind dabei über eine Lagerung 76 so miteinander verbunden, dass sie entlang ihrer Längsachsen koaxial gegeneinander verdrehbar sind. Wie jedoch in Figur 4 b) gut zu erkennen ist, beschreibt die Lagerung 76 dieser Ausführungsvariante aus einer Seitenansicht betrachtet keine gerade Linie, vielmehr sind die Abschlusskanten der sich gegenüberstehenden Gehäusehälften 63, 65 sinusförmig ausgebildet. Wenn die obere Gehäusehälfte 63 der in Figur 4 b) dargestellten Feststellbremse 60 mit Hilfe des Hebels 50 gegenüber der unteren Gehäusehälfte 65 verdreht würde, egal ob die Drehung mit oder gegen den Uhrzeigersinn stattfinden würde, wird die obere Gehäusehälfte 63 gegenüber der unteren 65 angehoben werden. Dies würde wiederum bewirken, dass die in ein Gewinde 31 des oberen Gehäuses 63 eingedrehte Einstellschraube 30 mit der oberen Gehäusehälfte 63 angehoben würde, wodurch die Tellerfedern 68 entlastet würden und die Feststellbremse 60 damit gelöst würde. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, da somit unabhängig von der Drehrichtung des Gierens die Feststellbremse gelöst werden kann.
Figur 5 ist eine Draufsicht der in den Figuren 4 a) und 4 b) dargestellten Ausführungsvariante. Aus dieser Ansicht lässt sich besonders gut erkennen, wie die Feststellbremse 60 gemäß dieser Ausführungsform in einen Ringflansch 10 gemäß dem Stand der Technik anstelle der Gleitvorrichtungen 20 eingesetzt werden kann. Auch ist aus dieser Perspektive gut zu sehen, wie die Rotation des Azimutantriebes (bzw. Pitchantriebes) 40 auf den Hebel 50 zur Lösung der Feststellbremse 60 übertragen wird
Figuren 6a) und 6b) zeigen eine weitere Ausführungsvariante der Feststellbremse 60 in einer gelösten 6 a) und in einer fest gezogenen Position 6b). Gemäß dieser Ausführungsvariante verfügt die Feststellbremse 60 des Bremssystems, wie auch die Ausführungsvarianten zuvor, über ein zylindrisches Gehäuse 64 in welchem ein Reibbelag 66 und mehrere Tellerfedern 68 angeordnet sind. Zur Ausübung der Anpresskraft dient gemäß dieser Variante ein gebogener Bremshebel 78, welcher als Anpressstift fungiert. Der Bremshebel 78 ist dabei auf einer Seite über eine Rückstellfeder 74 mit einem Vorsprung 12 des Ringflansches 10 verbunden. Durch die Rückstellkraft der Rückstellfeder 74 wird der Bremshebel 78 zurückgezogen und übt dadurch eine Kraft auf die Tellerfedern 68 aus, was somit in einer Anpresskraft des Reibbelags 66 gegen den Drehkranz 32 und folglich in einer Bremswirkung der Feststellbremse 60 resultiert. Zur Lösung der Feststellbremse 60 ist der Bremshebel 78 über einen weiteren Hebel 50 mit dem hier nicht dargestellten Azimutantrieb (bzw. Pitchantrieb) 40 verbunden bzw. verbindbar. Dabei wird der Bremshebel 78 im Betriebsfall von dem mit dem Azimutantrieb (bzw. Pitchantrieb) 40 verbundenen Hebel 50 gegen die Rückstellkraft der Rückstellfeder 74 unabhängig vom der Drehrichtung des Gierens nach rechts gezogen (siehe Figur 6 b)). In der in Figur 6b) dargestellten Position der Feststellbremse 60 drückt der Bremshebel 78 weniger stark auf die Tellerfedern 68, wodurch sich diese nach oben ausdehnen können und wodurch die Reibwirkung des Reibbelags 66 auf dem Drehkranz 32 sinkt.
Um den Stick-Slip-Effekt, also das ruckhafte Gleiten des Reibbelages 66 auf dem Drehkranz 32 aufgrund einer schnellen Abfolge von Haft- und Gleitreibung während des Übergangs zwischen Lösen der Feststellbremse 60 und Gieren des Maschinenhauses (bzw. Pitchen) zu vermeiden, verfügt diese Ausführungsvariante der Feststellbremse 60 zusätzlich noch über einen Dämpfer 80. Der Dämpfer 80 ist hierbei unterhalb der Rückstellfeder 74 angeordnet und verhindert während des Lösevorgangs der Feststellbremse 60 ein Zurückschwingen des Bremshebels 78 aufgrund von Stick-Slip-Effekten. Ohne diesen Dämpfer 80 würde beim Lösevorgang der Feststellbremse 60 in dem Moment, in dem die Haftreibung des Maschinenhauses überwunden wird, das Maschinenhaus zu gieren beginnt und die Kraftauswirkung des Azimutantriebes 40 auf den Bremshebel 78 in Folge dessen verringert wird, die Feststellbremse 60 durch die Rückstellkraft der Rückstellfeder 74 wieder etwas angezogen. Der Dämpfer 80 verhindert, dass sich aus diesem Stick-Slip-Effekt eine resonante Schwingung entwickelt, welche negative Folgen auf das Material haben würde. Die Verwendung eines derartigen Dämpfers ist natürlich auch in den anderen Ausführungen, insbesondere Fig. 3 und 4, denkbar.
Figuren 7 a) und 7 b) zeigen eine weitere Ausführungsvariante der
Feststellbremse 60 für das erfinderische Bremssystem in einer geöffneten und in einer geschlossenen Position. Diese Ausführungsform unterscheidet sich zu der in den Figuren 6 a) und 6 b) dargestellten Ausführungsform lediglich dadurch, dass hier der Bremshebel 78 direkt auf den Reibbelag 66 drückt. Hier nicht dargestellt kann gemäß weiterer Ausführungsformen der Feststellbremse 60 zwischen dem
Bremshebel 78 und dem Reibbelag 66 auch ein flexibler Gummipuffer eingesetzt sein oder der Reibbelag 66 ist oberseitig selbst flexibel ausgestaltet.
Figuren 8 a), 8 b) und 8 c) zeigen drei verschiedene Varianten des Azimutantriebes (bzw. Pitchantriebes) 40, wie er in dem erfindungsgemäßen Bremssystem zum Einsatz kommen kann. Während die Ausführungsform eines Azimutantriebes (bzw. Pitchantriebes) 40 gemäß 8 a) selbst Stand der Technik ist, stellen die Ausführungsvarianten gemäß den Darstellungen 8 b) und 8 c) einen selbständig erfinderischen Aspekt der Anmeldung dar.
Der Azimutantrieb (bzw. Pitchantrieb) 40 gemäß 8 a) verfügt über einen Motor 41 zur Erzeugung eines Drehmomentes und ein in einem Gehäuse 44 angeordnetes Planetengetriebe 46. Das Planetengetriebe 46 verfügt seinerseits über Sonnen rad 46 SO, Planetenräder 46 PL1 Hohlrad 46 H und einen Steg 46 ST. Mit dem Steg 46 ST ist ein Abtriebsrad 48 zur Übertragung des vom Motor 41 erzeugten Drehmomentes auf den Drehkranz 32 verbunden ist. Die hier dargestellt Ausführungsvariante eines Azimutantriebes (bzw. Pitchantriebes) 40 ist Stand der Technik und dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad 46 H fest mit dem Gehäuse 44 verbunden ist.
Azimutantriebe (bzw. Pitchanthebe) 40 gemäß dieser Ausführungsform müssen, damit sie für das erfindungsgemäße Bremssystem geeignet sind, über Lager (hier nicht sichtbar) mit dem Maschinenhaus (bzw. der Nabe) verbunden werden, sodass sie gegenüber dem Maschinenhaus bezüglich der Drehachse des Planetengetriebes 46 drehbar gelagert sind. Zusätzlich müssen Azimutantriebe (bzw. Pitchantriebe) 40 gemäß dieser Ausführungsform mit einem Hebel 50 am Gehäuse 44 verbunden werden, damit sie zum Einsatz in dem erfindungsgemäßen Bremssystem geeignet sind.
Die Ausführungsvariante des in Figur 8 b) dargestellten Azimutantiebs (bzw. Pitchantriebes) 40 entspricht der Ausführungsform gemäß 8 a) insofern, dass auch dieser Antrieb über einen Motor 41 , ein in einem Gehäuse 44 angeordnetes Planetengetriebe 46 , und ein mit dem Steg 46 S des Planetengetriebes 46 verbundenes Abtriebsrad 48 verfügt. Im Gegensatz zu dem Antrieb 40 nach Figur 8 a) besitzt der Antrieb 40 gemäß 8 b) ein Hohlrad 46 H des Planetengetriebes 46, welches in der Drehebene des Planetengetriebes 46 mit Hilfe von Lagern 42 drehbar im Gehäuse 44 des Azimutantriebes (bzw. Pitchantriebes) 40 gelagert ist. Dabei verfügt das Hohlrad 46 H über einen Hebel 50, welcher dazu dient, in eingebautem Zustand eine Kraft an die Feststellbremse 60 zu deren Lösung übertragen zu können. Um die Rotation des Hohlrades 46 H auf einen maximalen Drehwinkel zu begrenzen, dient bei dieser Ausführungsform der Hebel 50 selbst als mechanischer Stopper. Zusätzlich verfügt der Antrieb noch über eine hydraulische Kupplung 45, welche als Dämpfer fungiert um eine resonante Schwingung des gesamten Systems aufgrund von Stick-Slip-Effekten zu verhindern und dabei die Rotationsgeschwindigkeit des Hohlrades 46 H schon vor Erreichen des mechanischen Stoppers abbremst.
Figur 8 c) zeigt eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Azimutantriebes (bzw. Pitchantriebes) 40. Auch der hier dargestellt Antrieb 40 verfügt über einen Motor 41, ein in einem Gehäuse 44 angeordnetes Planetengetriebe 46, und ein mit dem Steg 46 S des Planetengetriebes 46 verbundenes Abtriebsrad 48. Das Hohlrad 46 H des Planetengetriebes 46 ist wie bei der Ausführungsform nach Figur 8 b) in der Drehebene des Planetengetriebes 46 mit Hilfe von Lagern 42 drehbar im Gehäuse 44 des Azimutantriebes (bzw. Pitchantriebes) 40 gelagert. Hierbei ist jedoch der Azimutantrieb (bzw. Pitchantrieb) 40 mit einer passiv aktivierbaren, aktiven Bremse 47, vorzugsweise Scheibenbremse ausgestattet, welche das Hohlrad 46 H gegenüber dem Gehäuse 44 bei erreichen eines maximalen Drehwinkels aktiv blockiert. Dabei wird das Signal zur aktiven Blockierung der Bremse 47 passiv über den Drehwinkel des Azimutantriebes (bzw. Pitchantriebes) 40 gesteuert. Hier nicht sichtbar verfügt der Azimutantrieb (bzw. Pitchantrieb) 40 über einen z. B. mit dem Hebel 50 verbundenen Sensor, welcher bei Erreichen eines maximalen Drehwinkels ein Signal an die Bremse 47 zur Blockierung des Hohlrades 46 H auslöst. Im Falle einer aktiven Bremse 47 zur Blockierung des Hohlrades 46 H ist kein mechanischer Stopper für den Azimutantrieb (bzw. Pitchantrieb) 40 erforderlich.
In Figur 9 ist eine Übersicht gezeigt, welche noch einmal eine bevorzugte Schrittabfolge darstellt, die von dem erfindungsgemäßen Bremssystem bei der Gieren des Maschinenhauses durchlaufen wird. Durch ein Signal S1 zum Gieren der Windturbine wird der Azimutantrieb aktiviert. Da die Gondel auf dem Turm durch die Feststellbremse arretiert ist, wird somit eine Rotation des Azimutantriebes bewirkt S2. Diese Verdrehung des Azimutantriebes verursacht das Lösen der Feststellbremse S3. Bei Erreichen eines maximalen Drehwinkels blockiert ein Stopper die weitere Rotation des Azimutantriebs S4, wodurch die Kraft/Moment des Azimutantriebes auf das Azimυtgetriebe übertragen wird und der Giervorgang beginnt S5. Zu erkennen ist insbesondere, dass am Ende des Giervorgangs als letzter Schritt S6 das Gehäuse 44 des Azimutantriebes 40 bzw. das Hohlrad 46 H des Planetengetriebes 46 mit Hilfe der Rückstellfeder 74 der Feststellbremse 60 über den Hebel 50 in die Ausgangsposition zurückgedreht wird. Gleichzeitig wird durch die Rückstellfeder 74 die Feststellbremse 60 wieder angezogen.

Claims

Patentansprüche
1. Bremssystem für eine Windturbine mit einem auf einem Turm in horizontaler Ebene drehbar gelagerten Maschinenhaus, wobei das Bremssystem wenigstens eine Feststellbremse (60) zum Arretieren und/oder zum Bremsen des Maschinenhauses und einen elektrischen Azimutantrieb (40) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Feststellbremse (60) über Mittel (50) zur Übertragung von Momenten und/oder Kräften und/oder Bewegungen derart mit dem Azimutantrieb (40) verbunden ist,
- dass sie mit Hilfe eines zur Gieren des Maschinenhauses von dem Azimutantrieb (40) erzeugten Drehmoments und/oder einer hierfür erzeugten Kraft und/oder Bewegung betätigbar ist.
2. Bremssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Azimutantrieb (40) ein Azimutgetriebe (32) umfasst, wobei Azimutantrieb (40), Feststellbremse (60) und Azimutgetriebe (32) derart zueinander angeordnet und ausgebildet sind, dass ein im Bedarfsfall von dem Azimutantrieb (40) zur Gieren des Maschinenhauses erzeugtes Drehmoment und/oder eine hierfür erzeugte Kraft und/oder Bewegung zunächst an die Feststellbremse (60) zu deren Lösung übertragen wird und erst bei gelöster Feststellbremse (60) an das Azimutgetriebe (32) zur gewünschten Gieren des Maschinenhauses übertragen wird.
3. Bremssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Azimutgetriebe in Form eines Drehkranzes (32) fest mit dem Turm, und der Azimutantrieb (40) mit dem Maschinenhaus verbunden ist.
4. Bremssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (44) des Azimutantriebs (40) oder ein Hohlrad (46 H) eines Planetengetriebes (46) des Azimutantriebes (40) in der Rotationsebene des Planetengetriebes (40) drehbar lagernd mit dem Maschinenhaus verbunden ist.
5. Bremssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (44) des Azimutantriebes (40) oder das Hohlrad (46 H) des Planetengetriebes (46) in positiver und in negativer Drehrichtung jeweils nur um einen vorgegebenen Winkel gegenüber dem Maschinenhaus drehbar gelagert ist.
6. Bremssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Dämpfung eine hydraulische Kupplung (45) zwischen Hohlrad (46 H) und Gehäuse (44) angeordnet ist.
7. Bremssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (44) des Azimutantriebs (40) oder das Hohlrad (46 H) des Planetengetriebes (46) des Azimutantriebs (40) einen Hebel (50) aufweist oder mit einem Hebel (50) verbindbar ist, welcher bei einer Drehbewegung des Gehäuses (44) des Azimutantriebs (40) oder des Hohlrades (46 H) eine Betätigung der Feststellbremse (60) des Maschinenhauses bewirkt.
8. Bremssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Feststellbremse (60) und dem Azimutantrieb (4) ein Dämpfer (80) wirksam angeordnet ist.
9. Azimutantrieb (40) ausgebildet für ein Bremssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem Planetengetriebe (46), wobei das Hohlrad (46 H) des Planetengetriebes (46) in der Rotationsebene des Planetengetriebes (46) drehbar in seinem Gehäuse (44) gelagert ist.
10. Azimutantrieb (40) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (46 H) des Planetengetriebes (46) gegenüber dem Gehäuse (44) nur um einen vorherbestimmten maximalen Winkel in positiver oder negativer Drehrichtung verdreht werden kann.
11. Azimutantrieb (40) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (46 H) des Planetengetriebes (46) gegenüber dem Gehäuse (44) mit Hilfe einer hydraulischen Kupplung (45) gedämpft ist.
12. Azimutantrieb (40) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet dass das Hohlrad (46 H) des Planetengetriebes (46) gegenüber dem Gehäuse (44) bei Erreichen eines maximalen Drehwinkels mit Hilfe einer Bremse (47) gegen eine weitere Drehung arretiert wird.
13. Feststellbremse (60) für ein Maschinenhaus mit wenigstens einem Reibbelag (66), einem Anpressstempel (30, 70, 78) und einer Rückstellfeder (74), wobei die Feststellbremse (60) in eingebautem Zustand durch die Rückstellkraft der Rückstellfeder (74) eine Arretierung und/oder ein Bremsen der Gondel bewirkt, und wobei ein direkt oder indirekt mit dem Anpressstempel (30, 70, 78) verbundener oder verbindbarer Hebel (50) bei Betätigung die Rückstellkraft der Rückstellfeder (74) vermindert und dadurch die Arretierung des Maschinenhauses aufhebt, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststellbremse (60) über Mittel (50) zur Übertragung von Momenten und/oder Kräften und/oder Bewegungen derart mit dem Azimutantrieb (40) verbunden ist, so dass sie mit Hilfe eines zur Gieren des Maschinenhauses von dem Azimutantrieb (40) erzeugten Drehmoments und/oder einer hierfür erzeugten Kraft und/oder Bewegung betätigbar ist
14. Feststellbremse (60) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die rückstellende Wirkung der Rückstellfeder (74) mit Hilfe eines Dämpfers (80) gedämpft ist.
15. Windturbine umfassend einen Turm, ein Maschinenhaus, einen im Maschinenhaus drehbar gelagerten Rotor ist, wobei das Maschinenhaus mittels eines Azimutlagers im Wesentlichen vertikal auf dem Turm drehbar gelagert angeordnet ist, gekennzeichnet durch ein Bremssystem nach einem der vorangestellten Ansprüche 1 bis 12.
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