WO2005038286A1 - Azimutbremse für windkraftanlagen - Google Patents

Azimutbremse für windkraftanlagen

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WO2005038286A1
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Gabor-Josef Agardy
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Hanning & Kahl Gmbh & Co. Kg
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    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention relates to a Anzimutbremse for wind turbines, with at least two arranged on a common brake disc brake shoe pairs, which in each case an actuator is assigned.
  • Wind turbines have a nacelle which carries the impeller and which is rotatable about a vertical axis, so that the impeller can be directed into the wind.
  • the azimuth brake serves to fix the nacelle in its respective azimuthal position and / or to dampen the rotational movement of the nacelle.
  • the azimuth brake has a horizontal annular brake disc on which a plurality of pairs of brake shoes, for example, 4 to 24 pairs of brake shoes are arranged, so that a sufficiently high holding force can be exerted on the brake disc.
  • the brake bearing pairs are hydraulically actuated.
  • a brake for the impeller of a wind turbine which can be actuated electromechanically.
  • the actuator of this brake has a lever which is pivotable about an axis perpendicular to the plane of the brake disc, and a transmission for implementing the pivotal movement of this lever in an axial pressing movement of the brake shoes against the brake disc.
  • a drive engages on the lever, which is preferably an electromechanical drive, for example a motor with a spindle drive. Due to the lever arm of the lever and the power transmission in the gearbox, a high pressure force of the brake shoes is achieved.
  • the object of the invention is to provide an azimuth brake of the type mentioned, which is characterized by a simple structure.
  • each actuator has a lever, which is pivotable about an axis perpendicular to the plane of the brake disc, and a gearbox for converting the pivoting movement of the lever into an axial position. having pressing movement of the brake shoes against the brake disc and da-ß the levers of the at least two actuators are coupled by a common drive.
  • the drive can be coupled with the two levers so that the levers are pivoted in opposite directions.
  • Each lever can also serve as an abutment for the drive for adjusting the lever of the other actuator.
  • levers can also be pivoted in the same direction.
  • the levers may also be designed as toothed segments, which mesh with a common gear of the drive. If this gear is arranged as a central wheel, more than two or even all brake shoe pairs can be actuated by a common drive.
  • the two brake shoes of each pair are mounted in a saddle, which is rigidly mounted on the circumference of the annular brake disc, preferably on the inner circumference, and in which the transmission is integrated.
  • the levers of the two actuators which are assigned to a common drive, are preferably in the The same direction from their respective saddles and have for example with respect to the brake disc about radially inward.
  • the common drive which pulls the free ends of the lever together or pushes apart, the two levers are thus pivoted in opposite directions.
  • the two gears are mirror images, so that the pivotal movement of the lever is implemented in both cases in a pressing movement of the brake shoes.
  • the two levers protrude in opposite directions from their saddles, for example, one inwardly and the other outwards, so that the levers are pivoted in the same direction of rotation when their free ends together by the common drive - Mugenzogen or pressed apart.
  • the two gears can be designed the same, for example as a spindle gear or ball screw transmission with right-hand thread.
  • each actuator has a spring assembly which biases the brake shoes against the brake disc, while the lever and the transmission are adapted to release the brake shoes against the force of the spring assembly of the brake disc. This design ensures fail-safety of the brake.
  • Figure 1 is a schematic plan view of an azimuth brake according to the invention.
  • FIG. 2 shows a partial view of the brake in the direction of the arrows II-II in FIG. 1.
  • the brake shown in Figure 1 has an annular brake disk 10, which in a known manner, not shown here, rigid with the rotatable nacelle of a Wind turbine is connected and in the example shown six Bremsbak- kenprese 12A, 12B, 14A, 14B and 16A, 16B attack.
  • Each brake shoe pair has a saddle 18, which is held by means of a holder 20 in the direction of rotation of the brake disc 10 fixed to a not shown, rigidly connected to the mast of the wind turbine component.
  • the reverse arrangement is conceivable in which the brake disc 10 is held stationary on the mast and the brackets 20 are rotatable with the nacelle.
  • Each saddle 18 has a gear housing 22, which receives a gear 24 ( Figure 2) for converting a rotational movement into a linear movement.
  • a gear 24 which may be, for example, a spindle gear, a ball screw gear or a spindle with planetary roller thread
  • two brake shoes 26 of the respective pair of brake shoes are turned against the brake disk 10 from opposite sides to apply a braking force to the brake disk exercise.
  • the transmission 24 has a central input shaft 28 which projects out of the transmission housing 22 and from which a lever 30 projects radially inwardly with respect to the brake disk 10.
  • the levers 30 of two pairs of brake shoes are coupled together by a common electromechanical drive 32.
  • the drive 32 is formed in the example shown by a spindle drive 34 with associated electric motor 36. From the spindle drive 34 go from two push rods 38, which are each hingedly connected to the free end of the lever 30.
  • the spindle drive 36 is driven by the electric motor 36, the push rods 38 are pulled back in opposite directions, so that the associated levers 30 are pivoted in opposite directions of rotation.
  • the two associated gear 24 are mirror images, so that the pivotal movement of the lever 30 causes in both cases that the brake shoes 26 are clamped axially against the brake disk 10. To this In each case with the help of a single drive 32 two associated brake shoe pairs 12A and 12B, 14A and 14B, 16A and 16B are operated simultaneously.
  • the saddles 18 of the pair of brake shoes which are coupled by a common drive 32, are fastened in the example shown by means of bolts on a common bracket 20.
  • the saddles 18 are formed as floating calipers. However, it is also a construction with fixed calipers possible with arranged on both sides of the brake disc 10 actuators, each one of the brake shoes 26 actuate. The levers of these actuators can again be coupled to a common drive.

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Abstract

Azimutbremse für Windkraftanlagen, mit mindestens zwei an einer gemeinsamen Bremsscheibe (10) angeordneten Bremsbackenpaaren (12A, 12B; 14A, 14B; 16A, 16B), denen jeweils ein Aktor (24, 30) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Aktor einen Hebel (30), der um eine zur Ebene der Bremsscheibe (10) senkrechte Achse schwenkbar ist, und ein Getriebe (24) zur Umsetzung der Schwenkbewegung des Hebels (30) in eine axiale Andrückbewegung der Bremsbacken (26) gegen die Bremsscheibe (10) aufweist und dass die Hebel (30) der mindestens zwei Aktoren durch einen gemeinsamen Antrieb (32) gekoppelt sind.

Description

AZIMUTBREMSE FÜR INDKRAFTA XAGEN
Die Erfindung betrifft eine Anzimutbremse für Windkraftanlagen, mit mindestens zwei an einer gemeinsamen Bremsscheibe angeordneten Bremsbackenpaaren, de- nen jeweils ein Aktor zugeordnet ist.
Windkraftanlagen weisen eine Gondel auf, die das Flügelrad trägt und die um eine senkrechte Achse drehbar ist, damit das Flügelrad in den Wind gerichtet werden kann. Die Azimutbremse dient dazu, die Gondel in ihrer jeweiligen azimutalen Posi- tion zu fixieren und/oder die Drehbewegung der Gondel zu dämpfen. Die Azimutbremse weist eine waagerecht liegende ringförmige Bremsscheibe auf, an der mehrere Paare von Bremsbacken, beispielsweise 4 bis 24 Bremsbackenpaare angeordnet sind, so daJ3 eine ausreichend hohe Haltekraft auf die Bremsscheibe ausgeübt werden kann. Bei herkömmlichen Azimutbremsen dieser Art werden die Bremsbak- kenpaare hydraulisch betätigt.
In DE 202 03 794 U wird eine Bremse für das Flügelrad einer Windkraftanlage vorgeschlagen, die elektromechanisch betätigt werden kann. Der Aktor dieser Bremse weist einen Hebel, der um eine zur Ebene der Bremsscheibe senkrechte Achse schwenkbar ist, und ein Getriebe zur Umsetzung der Schwenkbewegung dieses Hebels in eine axiale Andrückbewegung der Bremsbacken gegen die Bremsscheibe auf. Zur Betätigung der Bremse greift an dem Hebel ein Antrieb an, bei dem es sich vorzugsweise um einen elektromechanischen Antrieb, beispielsweise einen Motor mit Spindeltrieb handelt. Durch den Hebelarm des Hebels und durch die Kraftübersetzung im Getriebe wird eine hohe Andruckkraft der Bremsbacken erreicht.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Azimutbremse der Eingangs genannten Art zu schaffen, die sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemä-ß dadurch gelöst, daj3 jeder Aktor einen Hebel, der um eine zur Ebene der Bremsscheibe senkrechte Actise schwenkbar ist, und ein Getriebe zur Umsetzung der Schwenkbewegung des Hebels in eine axiale An- drückbewegung der Bremsbacken gegen die Bremsscheibe aufweist und da-ß die Hebel der mindestens zwei Aktoren durch einen gemeinsamen Antrieb gekoppelt sind.
Diese Lösung hat den Vorteil, da-ß für die Aktoren von je zwei Bremsbackenpaaren nur ein einziger Antrieb benötigt wird. Die durch den gemeinsamen Antrieb gekoppelten Hebel der beiden Aktoren werden mit Hilfe des Antriebs simultan Richtungen verschwenkt. Auf diese Weise läßt sich eine erhebliche Vereinfachung der Konstruktion erreichen. Wie bei der in DE 202 03 794 U beschriebenen Bremse wird durch die Hebelwirkung und das Getriebe eine hohe Kraftverstärkung erreicht, so da-ß als Antrieb ein verhältnismäßig schwacher elektromechanischer Antrieb, beispielsweise ein Motor mit Spindeltrieb, ein Linearmotor oder dergleichen eingesetzt werden kann.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Antrieb kann so mit den beiden Hebeln gekoppelt sein, da-ß die Hebel gegensinnig verschwenkt werden. Dabei kann jeder Hebel zugleich als Widerlager für den Antrieb zum Verstellen des Hebels des anderen Aktors dienen.
In einer modifizierten Ausführungsform können die Hebel auch gleichsinnig ver- schwenkt werden.
Die Hebel können auch als Zahnsegmente ausgebildet sein, die mit einem gemeinsamen Zahnrad des Antriebs kämmen. Wenn dieses Zahnrad als Zentralrad angeordnet ist, können auch mehr als zwei oder gar sämtliche Bremsbackenpaare durch einen gemeinsamen Antrieb betätigt werden.
Bevorzugt sind die beiden Bremsbacken jedes Paares in einem Sattel gelagert, der starr am Umfang der ringförmigen Bremsscheibe, vorzugsweise am inneren Umfang, montiert ist und in den das Getriebe integriert ist. Die Hebel der beiden Aktoren, die einem gemeinsamen Antrieb zugeordnet sind, stehen vorzugsweise in der gleichen Richtung von ihren jeweiligen Sätteln ab und weisen beispielsweise in be- zug auf die Bremsscheibe etwa radial nach innen. Durch den gemeinsamen Antrieb, der die freien Enden der Hebel zusammen zieht oder auseinander drückt, werden die beiden Hebel somit gegensinnig verschwenkt. Dementsprechend sind die beiden Getriebe spiegelbildlich ausgebildet, so daß die Schwenkbewegung der Hebel in beiden Fällen in eine Andrückbewegung der Bremsbacken umgesetzt wird.
Wahlweise ist jedoch auch eine Konstruktion denkbar, bei der die beiden Hebel in entgegengesetzte Richtungen von ihren Sätteln abstehen, beispielsweise einer nach innen und der andere nach außen, so daß die Hebel im gleichen Drehsinn verschwenkt werden, wenn ihre freien Enden durch den gemeinsamen Antrieb zusam- mmengezogen oder auseinander gedrückt werden. In diesem Fall können die beiden Getriebe gleich ausgebildet sein, beispielsweise als Spindelgetriebe oder Kugel- spindelgetriebe mit Rechtsgewinde.
In einer modifizierten Ausführungsform ist es auch denkbar, daß jeder Aktor ein Federpaket aufweist, das die Bremsbacken gegen die Bremsscheibe vorspannt, während der Hebel und das Getriebe dazu ausgebildet sind, die Bremsbacken ge- gen die Kraft des Federpakets von der Bremsscheibe zu lösen. Durch diese Bauweise wird eine Ausfallsicherheit der Bremse erreicht.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 einen schematischen Grundriß einer Azimutbremse gemäß der Er- findung; und
Figur 2 eine Teilansicht der Bremse in Richtung der Pfeile II - II in Figur 1.
Die in Figur 1 gezeigte Bremse weist eine ringförmige Bremsscheibe 10 auf, die in an sich bekannter, hier nicht gezeigter Weise starr mit der drehbaren Gondel einer Windkraftanlage verbunden ist und an der im gezeigten Beispiel sechs Bremsbak- kenpaare 12A, 12B, 14A, 14B und 16A, 16B angreifen. Jedes Bremsbackenpaar weist einen Sattel 18 auf, der mit Hilfe einer Halterung 20 in Drehrichtung der Bremsscheibe 10 ortsfest an einem nicht gezeigten, starr mit dem Mast der Windkraftanlage verbundenen Bauteil gehalten ist. Selbstverständlich ist auch die umgekehrte Anordnung denkbar, bei der die Bremsscheibe 10 ortsfest am Mast gehalten ist und die Halterungen 20 mit der Gondel drehbar sind.
Jeder Sattel 18 weist ein Getriebegehäuse 22 auf, das ein Getriebe 24 (Figur 2) zur Umsetzung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung aufnimmt. Mit Hilfe des Getriebes 24, bei dem es sich beispielsweise um ein Spindelgetriebe, ein Kugelspindelgetriebe oder eine Spindel mit Planetenrollengewinde handeln kann, werden zwei Bremsbacken 26 des betreffenden Bremsbackenpaares von entgegengesetzten Sei- ten her gegen die Bremsscheibe 10 angestellt, um eine Bremskraft auf die Bremsscheibe auszuüben. Das Getriebe 24 weist eine zentrale Eingangswelle 28 auf, die aus dem Getriebegehäuse 22 heraus ragt und von der ein Hebel 30 radial nach innen in bezug auf die Bremsscheibe 10 absteht. Durch Schwenken des Hebels 30 kann somit das Bremsbackenpaar zwischen der wirksamen und der unwirksamen
Position verstellt werden, d. h., der Hebel 30 bildet zusammen mit dem Getriebe 24 einen Aktor für das betreffende Bremsbackenpaar.
Die Hebel 30 von je zwei Bremsbackenpaaren, beispielsweise der Bremsbackenpaa- re 12A und 12B, sind durch einen gemeinsamen elektromechanischen Antrieb 32 miteinander gekoppelt. Der Antrieb 32 wird im gezeigten Beispiel durch einen Spindeltrieb 34 mit zugehörigem Elektromotor 36 gebildet. Von dem Spindeltrieb 34 gehen zwei Schubstangen 38 aus, die jeweils gelenkig mit dem freien Ende eines der Hebel 30 verbunden sind. Wenn der Spindeltrieb 36 durch den Elektromotor 36 angetrieben wird, so werden die Schubstangen 38 in entgegengesetzte Richtungen zurück gezogen, so daß die zugehörigen Hebel 30 in entgegengesetztem Drehsinn verschwenkt werden. Die beiden zugehörigen Getriebe 24 sind spiegelbildlich ausgebildet, so daß die Schwenkbewegung des Hebels 30 in beiden Fällen bewirkt, daß die Bremsbacken 26 axial gegen die Bremsscheibe 10 gespannt werden. Auf diese Weise werden jeweils mit Hilfe eines einzigen Antriebs 32 zwei zugehörige Bremsbackenpaare 12A und 12B, 14A und 14B, 16A und 16B simultan betätigt.
Die Sättel 18 der beiden Bremsbackenpaare, die durch einen gemeinsamen Antrieb 32 gekoppelt sind, sind im gezeigten Beispiel auch mit Hilfe von Bolzen auf einer gemeinsamen Halterung 20 befestigt.
Da die Hebel 30 im gezeigten Beispiel in bezug auf die Bremsscheibe 10 nach innen vorspringen, läßt sich der gesamte Antriebsmechanismus für die Azimutbremse innerhalb des Grundrisses der Bremsscheibe 10 unterbringen.
Im gezeigten Beispiel sind die Sättel 18 als Schwimmsättel ausgebildet. Es ist jedoch auch eine Konstruktion mit Festsätteln möglich, mit auf beiden Seiten der Bremsscheibe 10 angeordneten Aktoren, die je eine der Bremsbacken 26 betätigen. Die Hebel dieser Aktoren können wieder mit einem gemeinsamen Antrieb gekoppelt sein.
Obgleich die Erfindung hier am Beispiel einer Azimutbremse für Windkraftanlagen beschrieben wurde, versteht es sich, daß das Grundprinzip der Erfindung auch bei anderen Bremsen anwendbar ist, bei denen mindestens zwei Bremsbackenpaare an einer gemeinsamen Bremsscheibe angeordnet sind.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Azimutbremse für Windkraftanlagen, mit mindestens zwei an einer gemeinsamen Bremsscheibe (10) angeordneten Bremsbackenpaaren (12A, 12B; 14A, 14B; 16A, 16B), denen jeweils ein Aktor (24, 30) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Aktor einen Hebel (30), der um eine zur Ebene der Bremsscheibe (10) senkrechte Achse schwenkbar ist, und ein Getriebe (24) zur Umsetzung der Schwenkbewegung des Hebels (30) in eine axiale Andrückbewegung der Bremsbak- ken (26) gegen die Bremsscheibe (10) aufweist und daß die Hebel (30) der mindestens zwei Aktoren durch einen gemeinsamen Antrieb (32) gekoppelt sind.
2. Azimutbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Bremsbackenpaar (12A, 12B; 14A, 14B; 16A, 16B) einen Sattel (18) aufweist, in den das Getriebe (24) integriert ist.
3. Azimutbremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sättel (18) der beiden Bremsbackenpaare (12A, 12B; 14A, 14B; 16A, 16B), denen ein gemeinsamer Aktor (32) zugeordnet ist, auf einer gemeinsamen Halterung (20) gehalten sind.
4. Azimutbremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (32) so mit den beiden Hebeln (30) gekoppelt ist, daß je- der Hebel zugleich ein Widerlager für den Antrieb zum Verstellen des anderen Hebels bildet.
5. Azimutbremse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Antrieb (32) zwei in entgegengesetzte Richtungen ausfahrbare und zurückziehbare Schub- stangen (28) aufweist, die jeweils gelenkig mit dem freien Ende eines der Hebel (30) verbunden sind.
6. Azimutbremse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsbak- ken (26) durch Zurückziehen der Schubstangen (28) gegen die Bremsscheibe (10) anstellbar sind.
7. Azimutbremse nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel (30) der beiden Aktoren in bezug auf die Bremsscheibe (10) in der gleichen radialen Richtung vorspringen und daß die zugehörigen Getriebe (24) gegensinnig wirken.
8. Azimutbremse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel (30) in bezug auf die Bremsscheibe (10) radial nach innen vorspringen.
9. Azimutbremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (32) einen Spindeltrieb (34) aufweist.
10. Azimutbremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (32) einen Elektromotor (36) aufweist.
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