WO2013104580A1 - Windkraftanlage - Google Patents

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WO2013104580A1
WO2013104580A1 PCT/EP2013/050149 EP2013050149W WO2013104580A1 WO 2013104580 A1 WO2013104580 A1 WO 2013104580A1 EP 2013050149 W EP2013050149 W EP 2013050149W WO 2013104580 A1 WO2013104580 A1 WO 2013104580A1
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rotor
transmission
power plant
wind power
energy
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PCT/EP2013/050149
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Ralph Burkhardt
Bernhard Ludas
Manuel Rathgeb
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Voith Patent Gmbh
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    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/80—Arrangement of components within nacelles or towers
    • 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
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    • F05B2260/403—Transmission of power through the shape of the drive components
    • F05B2260/4031—Transmission of power through the shape of the drive components as in toothed gearing
    • F05B2260/40311—Transmission of power through the shape of the drive components as in toothed gearing of the epicyclic, planetary or differential type
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    • 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 wind turbine according to the closer defined in the preamble of claim 1.
  • Wind turbines are known from the general state of the art.
  • such a wind turbine has a wind driven rotor which rotates about a rotor axis.
  • Adjust performance ratios and / or the existing wind speeds are known which must be supplied with point energy in order to adjust the rotor blades can.
  • the adjusting devices are usually formed hydraulically or by electric motor.
  • a central tube is typically arranged as a supply line for the place energy or the line energy transporting line elements around the rotor axis and projects into the rotor.
  • this tube is non-rotatably connected to the rotor and is guided by a direction of power in the direction of the rotor arranged gear.
  • the point energy is then from a fixed structure in the area of
  • Rotor hub The structure makes it necessary that the transmission is designed so that via a spur gear or the like, a displacement of the drive shafts takes place because due to the centrally guided around the rotor axis tube and its implementation by the transmission no power transmitting components in the Range are possible.
  • a spur gear so the main axis of the transmission is typically offset parallel to the rotor axis, so as to ensure the supply of job energy to the adjusting devices for the rotor blades can. This is correspondingly expensive and increases the space required in the area of a rotor bearing pulpit of the wind turbine.
  • the object of the present invention is now to avoid these disadvantages and to provide a compact structure for a wind turbine, which allows a coaxial arrangement of all essential parts of the transmission to the rotor axis and continues to allow small peripheral speeds in the rotary feedthrough.
  • the transmission comprises at least one planetary stage with a fixed planet carrier, and that the supply lines for job energy by the fixed planet carrier and a central arranged around the rotor axis feed channel.
  • Feed channel is formed fixed.
  • a directly connected to the fixed planetary carrier supply channel, which runs in a hollow output shaft of the rotor is ideal in terms of the supply of point energy into the rotor hub.
  • the energy can then be fed directly or via lines extending into the area of the rotor hub via the stationary planet carrier and the supply channel.
  • a rotary feedthrough for passing the point energy from the region of the feed channel are arranged to rotating with the rotor adjusting devices for the rotor blades in the rotor hub.
  • Rotary unions in the area of the rotor hub are particularly easy and efficient to implement, since the rotor hub with a comparatively small
  • Wind turbine it may further be provided that between the rotor and the at least one planetary stage at least one further gear stage is arranged coaxially on the rotor axis.
  • a further optional gear stage which in turn may in turn be designed as a planetary stage, allows a corresponding implementation of the low rotor speed in the required comparatively high speed of an output shaft of the transmission, which at least indirectly drives a generator. Due to the division into several gear stages, the load on the individual gear stages is reduced and the size of the required translations is reduced.
  • Wind turbine it may also be provided that between the transmission and the generator, a variable speed transmission is arranged with at least one hydrodynamic circuit for speed control.
  • this d tunable variable transmission can be formed in particular coaxially to the rotor axis.
  • Such variable-speed transmissions have been known for some time in the field of wind power and are described in more detail in particular by the German patent DE 103 14 757 B3. Their functionality is essentially that of the variable
  • Input speed which is supplied by the fluctuating wind energy through the rotor, in a constant output speed for the generator
  • Figure 1 is a relevant to the invention section of a wind turbine in a first possible embodiment
  • FIG. 2 shows a section corresponding to the illustration in FIG
  • FIG. 3 shows a section corresponding to the illustration in FIG
  • Figure 4 is a schematic diagram of a possible connection of a generator to a wind turbine according to the invention.
  • FIG. 1 In the illustration of Figure 1 is a relevant to explain the present invention section of a wind turbine 1 can be seen.
  • the section consists essentially of a rotor 2, which rotates about a rotor axis 3.
  • the rotor 2 consists of a plurality of rotor blades 4, of which only one is indicated in principle in a section here.
  • the rotor blades 4 converge in a central rotor hub 5.
  • the rotor blades 4 are their own
  • the adjustment of the rotor blades 4 is known from the general state of the art. It typically takes place from the interior of the wheel hub 5 via adjusting devices 8, which are indicated here only as a box. However, the structure of these actuators 8 is known from the general state of the art.
  • Rotor hub 5 are supplied. This is done in the structure shown here by a fixed central supply channel 9, which is arranged around the rotor axis 3 and thus the axis of rotation of the rotor 2. Over with the Reference numeral 10 provided rotary unions at the rotor hub end of the feed channel 9, this job energy is fed to the adjusting devices 8. The rotary feedthroughs 10 rotate together with the adjusting devices 8 and the rotor hub 5 to the supply channel 9. Die
  • Rotary unions 10 can, as shown, outside the
  • Supply channel 9 may be arranged, or be realized as a so-called internal rotor inside the feed channel 9.
  • the adjusting devices 8 can be designed both as hydraulic adjusting devices and as electrical adjusting devices. Depending on whether electrical energy or pressure energy is required to actuate the adjusting devices 8, electrical power or oil pressure is supplied via the supply channel 9, optionally in line elements extending therein.
  • the resulting during rotation of the rotor 2 power is delivered via a trained as a hollow shaft output shaft 11 of the rotor 2 in the region of a transmission 12.
  • the feed channel 9 can be mounted, for example, in the drive shaft 11 or drive shaft 11 on the feed channel 9.
  • the comparatively low speed of the rotor 2 is then typically translated to a higher speed.
  • the gear 12 is constructed so that it has at least one planetary stage 13.
  • Planet stage 13 is formed so that a ring gear 14 is rotatably connected to the output shaft 11 of the rotor 2. About planetary gears 15, of which only one can be seen here, the power is then transferred to a sun gear 16.
  • This sun gear 16 in turn is in direct communication with an output shaft 17 of the transmission 12.
  • An exactly reverse construction of the planetary stage 13 would also be conceivable.
  • the planet gears 15 are held in a planet carrier or planet carrier 18.
  • the peculiarity consists in the fact that this planet carrier 18 is designed rotatably. He is standing towards, for example, a pulpit of the wind turbine 1 and does not run with.
  • This stationary and non-rotating planetary carrier 18 is fixedly connected on its side facing the rotor 2 with one end of the supply channel 9 and in turn has a passage 19 for the supply lines of the body energy.
  • This supply line 19 is in communication with the interior of the supply channel 9. Due to the fact that the planetary carrier 18 is stationary, a connection of the feedthrough 19 to a fixed device for providing the required point energy, for example an electrical
  • the transmission 12 can thus be arranged coaxially about the rotor axis 3 on the rotor axis 3. All in all, this creates a structure that avoids any misalignment and can be realized coaxially overall. The structure can be realized correspondingly compact and efficient.
  • the planetary gears 22 rotate with the output shaft 11 of the rotor 2.
  • the ring gear 14 of the planetary gearset 13 is then driven.
  • the construction described in FIG. 2 differs from the structure described in FIG. 1 only by means of a longer running feed channel 9, which additionally runs through the optional gear stage 20.
  • Another possible embodiment can be seen in the illustration of FIG. Again, the gear 20 is again shown and outlined by the dotted line. It is not absolutely necessary, but can be seen here in particular as an optional supplement.
  • the difference with respect to the structure shown in Figure 2 is located in the region of the planet gears 15 of the planetary stage 13. As already in the structure in Figure 1 and Figure 3 meshes with a planetary gear 15 with the ring gear 14 of
  • the planetary gears 15, 24 of the planetary gear set 13 are so-called
  • Output shaft 17 are driven.
  • the generated electrical power can then be converted via suitable converters to the required mains frequency and voltage and so fed into an electrical supply network.
  • An alternative to this is shown in the representation of FIG.
  • a generator 25 is shown, which is coupled via a speed-controllable gear 26 to the output shaft 17.
  • a generator 25 is shown, which is coupled via a speed-controllable gear 26 to the output shaft 17.
  • the output shaft 17 of the transmission 12 is then connected to an input shaft 27 of the speed-controlled transmission 26 - for example, fixed. Its output shaft 28 drives the generator 25 directly.
  • a speed-controlled transmission is well known in wind turbines from the German patent DE 103 14 757 B3. It consists essentially of a superposition gear 29 for power split and
  • Embodiment should be designed as a hydrodynamic converter.
  • the power direction is shown in a drive through the output shaft 17.
  • the power passes through a central power branch 32 to the hydrodynamic circuit 31.
  • a pump of the hydrodynamic converter via this power branch 32 is driven with.
  • Power is fed back via the planetary gear 30 via a turbine wheel of the converter and superimposed on the superposition gear 29 with the power originating from the output shaft 17 or the drive shaft 27 of the power-controlled gear 26.
  • the generator 25 can be designed as a synchronous generator coupled directly to a power supply 33.
  • the effort in terms of electronic conversion and adjustment of the electrical power generated thus eliminated. This creates a significant cost advantage.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit - einem um eine Rotorachse umlaufenden Rotor, - Rotorblättern, welche in einer zentralen Rotornabe zusammenlaufen und verstellbar ausgebildet sind, - einem Getriebe, welches antriebsseitig zumindest mittelbar mit dem Rotor und abtriebsseitig zumindest mittelbar mit einem Generator verbunden ist, - Zuleitungen für Stellenergie, welche durch das Getriebe geführt sind, und welche in die Rotornabe führen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass - das Getriebe wenigstens eine Planetenstufe mit einem feststehenden Planetenträger umfasst, und - die Zuleitung für Stellenergie durch den feststehenden Planetenträger und einen zentral um die Rotorachse angeordneten Zufuhrkanal verlaufen.

Description

Windkraftanlage
Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Windkraftanlagen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt.
Typischerweise weist eine solche Windkraftanlage einen vom Wind angetriebenen Rotor auf, welcher um eine Rotorachse rotiert. Um eine Regelbarkeit der
Windkraftanlage zu gewährleisten, sind die Rotorblätter, welche in einer zentralen Rotornabe zusammenlaufen, verstellbar ausgebildet. Sie können also um ihre
Längsachse, welche typischerweise senkrecht auf der Rotorachse steht, gedreht werden, um das Profil der einzelnen Rotorblätter den benötigten
Leistungsverhältnissen und/oder den vorhandenen Windgeschwindigkeiten anpassen zu können. Hierfür sind im Bereich der Rotornabe mit dem Rotor umlaufende Stelleinrichtungen bekannt, welche mit Stellenergie versorgt werden müssen, um die Rotorblätter verstellen zu können. Die Stelleinrichtungen sind meist hydraulisch oder elektromotorisch ausgebildet. Somit ist eine Zuführung von elektrischer Leistung oder einem unter Druck stehenden hydraulischen
Arbeitsmedium in den Bereich der Rotornabe notwendig. Um dies realisieren zu können, ist typischerweise ein zentrales Rohr als Zuleitung für die Stellenergie beziehungsweise die die Stellenergie transportierenden Leitungselemente um die Rotorachse angeordnet und ragt in den Rotor. Typischerweise ist dieses Rohr drehfest mit dem Rotor verbunden und wird durch ein in Leistungsrichtung nach dem Rotor angeordnetes Getriebe geführt. Über Drehdurchführungen wird die Stellenenergie dann von einem feststehenden Aufbau in den Bereich der
Rohrleitung geführt und gelangt von dort zu den Stelleinrichtungen in der
Rotornabe. Der Aufbau macht es notwendig, dass das Getriebe so ausgebildet ist, dass über eine Stirnradstufe oder dergleichen ein Versatz der Antriebswellen erfolgt, da aufgrund des zentral um die Rotorachse geführten Rohrs und seine Durchführung durch das Getriebe keine leistungsübertragenden Bauteile in dessen Bereich möglich sind. Über eine solche Stirnradstufe wird also die Hauptachse des Getriebes typischerweise parallel zur Rotorachse versetzt, um so die Zufuhr von Stellenergie zu den Stelleinrichtungen für die Rotorblätter gewährleisten zu können. Dies ist entsprechend aufwändig und erhöht den benötigten Bauraum im Bereich einer den Rotor tragenden Kanzel der Windkraftanlage.
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, diese Nachteile zu vermeiden und einen kompakten Aufbau für eine Windkraftanlage anzugeben, welcher eine koaxiale Anordnung aller wesentlichen Teile des Getriebes zur Rotorachse ermöglicht und weiterhin kleine Umfangsgeschwindigkeiten in der Drehdurchführung zulässt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Windkraftanlage mit den
Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich dabei aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.
Bei der erfindungsgemäßen Windkraftanlage ist es vorgesehen, dass das Getriebe wenigstens eine Planetenstufe mit einem feststehenden Planetenträger umfasst, und dass die Zuleitungen für Stellenergie durch den feststehenden Planetenträger und einen zentral um die Rotorachse angeordneten Zufuhrkanal verlaufen. Die Verwendung wenigstens eines Planetensatzes in dem Getriebe, bei welchem der Planetenträger feststeht, sich also nicht um die Rotorachse dreht, ermöglicht einen koaxialen Aufbau des Getriebes um die Rotorachse und erlaubt dennoch eine Durchführung von Zuleitungen für Stellenergie aus einem nicht rotierenden Bereich durch den feststehenden Planetenträger und einem mit diesem
verbundenen zentralen Zufuhrkanal in die Rotornabe. Die Anordnung kommt so ohne einen Versatz der Antriebswellen aus und kann mit minimalem Aufwand hinsichtlich des Bauraums realisiert werden. In einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Windkraftanlage ist es dabei vorgesehen, dass der
Zufuhrkanal feststehend ausgebildet ist. Ein solcher direkt mit dem feststehenden Planetenträger verbundener Zuführkanal, welcher in einer hohlen Abtriebswelle des Rotors verläuft, ist hinsichtlich der Zufuhr von Stellenergie in die Rotornabe ideal. Über den feststehenden Planetenträger und den Zufuhrkanal kann die Energie dann direkt oder über darin verlaufende Leitungen in den Bereich der Rotornabe geführt werden. In einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung hiervon ist es ferner vorgesehen, dass eine Drehdurchführung zur Weitergabe der Stellenergie aus dem Bereich des Zufuhrkanals zu mit dem Rotor umlaufenden Stelleinrichtungen für die Rotorblätter im Bereich der Rotornabe angeordnet sind. Solche
Drehdurchführungen im Bereich der Rotornabe sind besonders einfach und effizient zu realisieren, da die Rotornabe mit einer vergleichsweise geringen
Drehzahl umläuft und Drehdurchführungen in ihrem Bereich daher entsprechend leicht und verschleißarm zu realisieren sind. Außerdem liegen die
Drehdurchführungen, welche gegebenenfalls gewartet werden müssen, unmittelbar in der Rotornabe und damit im selben Bereich wie die
Stelleinrichtungen. Eine Wartung kann daher leicht und einfach gemeinsam mit der der Stelleinrichtungen erfolgen. Die anderen Bereiche des Zufuhrkanals, welche in einer Hohlwelle und im Inneren des Getriebes verlaufen, müssen dann zu Wartungszwecken nicht zugänglich sein. Hierdurch können Demontagearbeiten am Getriebe, im Falle einer Wartung, reduziert werden.
In einer weiteren günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Windkraftanlage kann es ferner vorgesehen sein, dass zwischen dem Rotor und der wenigstens einen Planetenstufe wenigstens eine weitere Getriebestufe koaxial auf der Rotorachse angeordnet ist. Eine solche weitere optionale Getriebestufe, welche insbesondere wiederum als Planetenstufe ausgebildet sein kann, ermöglicht eine entsprechende Umsetzung der geringen Rotordrehzahl in die benötigte vergleichsweise hohe Drehzahl einer Abtriebswelle des Getriebes, welche zumindest mittelbar einen Generator antreibt. Durch die Aufteilung auf mehrere Getriebestufen wird die Belastung der einzelnen Getriebestufen reduziert und die Größe der benötigten Übersetzungen wird verringert.
In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Windkraftanlage kann es außerdem vorgesehen sein, dass zwischen dem Getriebe und dem Generator ein drehzahlregelbares Getriebe mit wenigstens einem hydrodynamischen Kreislauf zur Drehzahlregelung angeordnet ist. In einer vorteilhaften Weiterbildung hiervon kann dieses d rehzahl regelbare Getriebe insbesondere koaxial zur Rotorachse ausgebildet sein. Solche drehzahlgeregelten Getriebe sind im Bereich der Windkraft bereits seit längerem bekannt und werden insbesondere durch die deutsche Patentschrift DE 103 14 757 B3 näher beschrieben. Ihre Funktionalität ist im Wesentlichen die, dass die variable
Eingangsdrehzahl, welche durch die fluktuierende Windenergie über den Rotor geliefert wird, in eine konstante Ausgangsdrehzahl für den Generator
umgewandelt wird. Dadurch kann als Generator, welcher mit diesem
drehzahlgeregelten Getriebe unmittelbar gekoppelt wird, eine direkt mit dem Stromnetz verbundene Synchronmaschine eingesetzt werden. Auf aufwändige elektrische Umrichter und dergleichen kann bei diesem besonders bevorzugten Aufbau verzichtet werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Windkraftanlage ergeben sich aus den restlichen abhängigen Patentansprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter
Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben wird.
Dabei zeigen: Figur 1 einen für die Erfindung relevanten Ausschnitt aus einer Windkraftanlage in einer ersten möglichen Ausführungsform;
Figur 2 ein der Darstellung in Figur 1 entsprechender Ausschnitt
zweiten möglichen Ausführungsform;
Figur 3 ein der Darstellung in Figur 1 entsprechender Ausschnitt
dritten möglichen Ausführungsform; und
Figur 4 eine Prinzipdarstellung einer möglichen Anbindung eines Generators an eine Windkraftanlage gemäß der Erfindung.
In der Darstellung der Figur 1 ist ein zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung relevanter Ausschnitt aus einer Windkraftanlage 1 zu erkennen. Der Ausschnitt besteht im Wesentlichen aus einem Rotor 2, welcher um eine Rotorachse 3 rotiert. Der Rotor 2 besteht aus mehreren Rotorblättern 4, von welchen hier nur eines in einem Ausschnitt prinzipmäßig angedeutet ist. Die Rotorblätter 4 laufen in einer zentralen Rotornabe 5 zusammen. Die Rotorblätter 4 sind um ihre eigene
Längsachse 6, welche häufig, aber nicht notwendigerweise, senkrecht auf der Rotationsachse 3 steht, verstellbar, wie es durch den mit 7 bezeichneten Pfeil prinzipmäßig angedeutet ist. Die Verstellung der Rotorblätter 4 ist dabei aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Sie erfolgt typischerweise vom Inneren der Radnabe 5 aus über Stelleinrichtungen 8, welche hier lediglich als Box angedeutet sind. Der Aufbau dieser Stelleinrichtungen 8 ist jedoch aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt.
Zum Antrieb der Stelleinrichtungen 8 muss Stellenergie in den Bereich der
Rotornabe 5 zugeführt werden. Dies erfolgt in dem hier dargestellten Aufbau durch einen feststehenden zentralen Zufuhrkanal 9, welcher um die Rotorachse 3 und damit die Rotationsachse des Rotors 2 angeordnet ist. Über mit dem Bezugszeichen 10 versehene Drehdurchführungen an dem rotornabenseitigen Ende des Zufuhrkanals 9 wird diese Stellenergie zu den Stelleinrichtungen 8 geführt. Die Drehdurchführungen 10 drehen sich dabei gemeinsam mit den Stelleinrichtungen 8 und der Rotornabe 5 um den Zufuhrkanal 9. Die
Drehdurchführungen 10 können dabei, wie dargestellt, aussen um den
Zufuhrkanal 9 angeordnet sein, oder auch als sogenannter Innenläufer im Inneren des Zufuhrkanals 9 realisiert werden. Die Stelleinrichtungen 8 können sowohl als hydraulische Stelleinrichtungen als auch als elektrische Stelleinrichtungen ausgebildet sein. Je nachdem, ob elektrische Energie oder Druckenergie zur Betätigung der Stelleinrichtungen 8 benötigt wird, wird über den Zufuhrkanal 9, gegebenenfalls in darin verlaufenden Leitungselementen, elektrische Leistung oder Öldruck zugeführt.
Die beim Umlaufen des Rotors 2 anfallende Leistung wird über eine als Hohlwelle ausgebildete Abtriebswelle 11 des Rotors 2 in den Bereich eines Getriebes 12 abgegeben. Der Zufuhrkanal 9 kann beispielsweise in der Antriebswelle 11 beziehungsweise Antriebswelle 11 auf dem Zufuhrkanal 9 gelagert sein. In dem Getriebe 12 wird die vergleichsweise geringe Drehzahl des Rotors 2 dann typischerweise in eine höhere Drehzahl übersetzt.
In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Getriebe 12 dabei so aufgebaut, dass es wenigstens eine Planetenstufe 13 aufweist. Diese
Planetenstufe 13 ist so ausgebildet, dass ein Hohlrad 14 mit der Abtriebswelle 11 des Rotors 2 drehfest verbunden ist. Über Planetenräder 15, von welchen hier nur eins zu erkennen ist, wird die Leistung dann auf ein Sonnenrad 16 übertragen.
Dieses Sonnenrad 16 steht wiederum mit einer Abtriebswelle 17 des Getriebes 12 in unmittelbarer Verbindung. Ein genau umgekehrter Aufbau der Planetenstufe 13 wäre ebenso denkbar. Die Planetenräder 15 sind in einem Planetenträger beziehungsweise Planetenradträger 18 gehalten. Die Besonderheit besteht nun darin, dass dieser Planetenradträger 18 drehfest ausgeführt ist. Er steht also gegenüber beispielsweise einer Kanzel der Windkraftanlage 1 fest und läuft nicht mit um. Dieser feststehende und nicht rotierende Planetenträger 18 ist auf seiner dem Rotor 2 zugewandten Seite mit dem einen Ende des Zufuhrkanals 9 fest verbunden und weist seinerseits eine Durchführung 19 für die Zuleitungen der Stellenergie auf. Diese Zuleitung 19 steht mit dem Inneren des Zufuhrkanals 9 in Verbindung. Dadurch, dass der Planetenträger 18 feststehend ausgebildet ist, kann ein Anschluss der Durchführung 19 an eine feststehende Einrichtung zur Bereitstellung der benötigten Stellenergie, beispielsweise eine elektrische
Energieeinrichtung oder eine hydraulischen Druck bereitstellende Pumpe, einfach und effizient erfolgen, ohne dass drehende Teile des Getriebes 12 hierdurch beeinträchtigt sind. Das Getriebe 12 kann somit koaxial um die Rotorachse 3 auf der Rotorachse 3 angeordnet werden. Alles in allem entsteht dabei ein Aufbau, welcher jeglichen Achsversatz vermeidet und insgesamt koaxial realisiert werden kann. Der Aufbau lässt sich so entsprechend kompakt und effizient realisieren.
Neben dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind selbstverständlich Varianten denkbar. In der Darstellung der Figur 2 ist beispielsweise eine Variante zu erkennen, welche im Wesentlichen genau so aufgebaut ist, wie die in der Darstellung der Figur 1 beschriebene Windkraftanlage 1. Der einzige Unterschied besteht darin, dass eine zusätzliche Getriebestufe 20 zwischen dem Rotor 2 und dem Planetensatz 13 mit dem feststehenden Planetenträger 18 angeordnet ist. In der Darstellung der Figur 2 ist diese Getriebestufe 20 mit einer
strichzweipunktierten Linie umrandet. Sie ist in dem hier dargestellten
Ausführungsbeispiel als Planetenstufe mit einem feststehenden Hohlrad 21 ausgebildet. Die Planetenräder 22 laufen mit der Abtriebswelle 11 des Rotors 2 um. Über ein Sonnenrad 23 ist dann das Hohlrad 14 des Planetensatzes 13 angetrieben. Der in Figur 2 beschriebene Aufbau unterscheidet sich ansonsten von dem in Figur 1 beschriebenen Aufbau lediglich durch einen länger ausgeführten Zufuhrkanal 9, welcher zusätzlich durch die optionale Getriebestufe 20 verläuft. Eine weitere mögliche Ausführungsform ist in der Darstellung der Figur 3 zu erkennen. Auch hier ist die Getriebestufe 20 wiederum eingezeichnet und durch die strichpunktierte Linie umrandet dargestellt. Sie ist nicht unbedingt notwendig, sondern kann hier insbesondere als optionale Ergänzung gesehen werden. Der Unterschied gegenüber dem in Figur 2 dargestellten Aufbau befindet sich im Bereich der Planetenräder 15 der Planetenstufe 13. Wie bereits beim Aufbau in Figur 1 und Figur 3 kämmt ein Planetenrad 15 mit dem Hohlrad 14 der
Planetenstufe 13. Das Planetenrad 15 kämmt jedoch nicht direkt mit dem
Sonnenrad 16 auf der Abtriebswelle 17, sondern treibt ein drehfest mit ihm verbundenes zweites Planetenrad 24 an, welches dann mit der Sonne 16 kämmt. Die Planetenräder 15, 24 des Planetensatzes 13 sind also als sogenannter
Stufenplanet ausgebildet. Hierdurch wird nochmals eine baulich sehr einfache und kompakte Möglichkeit erzielt, das Übersetzungsverhältnis konstruktiv anpassen zu können.
Über die Abtriebswelle 17 des bisher beschriebenen Aufbaus der Windkraftanlage 1 kann nun ein idealerweise koaxial zur Rotorachse 3 angeordneter Generator angetrieben werden. Der Generator kann insbesondere direkt von der
Abtriebswelle 17 angetrieben werden. Die erzeugte elektrische Leistung kann dann über geeignete Umrichter auf die benötigte Netzfrequenz und Spannung umgerichtet werden und so in ein elektrisches Versorgungsnetz eingespeist werden. Eine Alternative hierzu ist in der Darstellung der Figur 4 angegeben.
Anstelle einer direkten Kopplung des Generators mit der Abtriebswelle 17 ist hier ein Generator 25 gezeigt, welcher über ein drehzahlregelbares Getriebe 26 mit der Abtriebswelle 17 gekoppelt ist. In der Darstellung der Figur 4 ist der Aufbau aus Rotor 2 und Getriebe 12, analog zur Darstellung in Figur 1, zu erkennen. Zur Vereinfachung der Darstellung wurden hier lediglich die Bezugszeichen 2, 12 und 17 nochmals eingezeichnet. Alle anderen Bezugszeichen, welche hier weggelassen worden sind, wären analog zur Darstellung in Figur 1 zu ergänzen. Die Abtriebswelle 17 des Getriebes 12 ist dann mit einer Eingangswelle 27 des drehzahlgeregelten Getriebes 26 - beispielsweise fest - verbunden. Dessen Abtriebswelle 28 treibt den Generator 25 unmittelbar an. Nun ist es so, dass ein solches drehzahlgeregeltes Getriebe bei Windkraftanlagen aus der deutschen Patentschrift DE 103 14 757 B3 bestens bekannt ist. Es besteht im Wesentlichen aus einem Überlagerungsgetriebe 29 zur Leistungsverzweigung und
Zusammenführung. Außerdem aus einer Planetenstufe 30 sowie einem
hydrodynamischen Kreislauf 31, welcher in dem hier dargestellten
Ausführungsbeispiel als hydrodynamischer Wandler ausgebildet sein soll. Über die Pfeile ist dabei die Leistungsrichtung bei einem Antrieb durch die Abtriebswelle 17 dargestellt. Die Leistung gelangt über einen zentralen Leistungszweig 32 zu dem hydrodynamischen Kreislauf 31. Im Fall des hier dargestellten Aufbaus mit einem hydrodynamischen Wandler wird eine Pumpe des hydrodynamischen Wandlers über diesen Leistungszweig 32 mit angetrieben. Über ein Turbinenrad des Wandlers wird Leistung über das Planetengetriebe 30 zurückgeführt und über das Überlagerungsgetriebe 29 mit der von der Abtriebswelle 17 beziehungsweise der Antriebswelle 27 des leistungsgeregelten Getriebes 26 stammenden Leistung überlagert. Durch eine Beeinflussung des hydrodynamischen Kreislaufs 31, insbesondere durch ein Verstellen der Leiträder des hier beispielhaft dargestellten hydrodynamischen Wandlers, lässt sich die zurückgeführte und dem zentralen Leistungszweig 32 überlagerte Leistung hinsichtlich Drehmoment und Drehzahl beeinflussen, wodurch eine Regelung der Drehzahl am Abtrieb 28 des
leistungsgeregelten Getriebes 26 sehr einfach, schnell und exakt möglich wird. Dadurch kann der Generator 25 als direkt mit einem Stromnetz 33 gekoppelter Synchrongenerator ausgebildet werden. Der Aufwand hinsichtlich einer elektronischen Umrichtung und Anpassung der erzeugten elektrischen Leistung entfällt somit. Hierdurch entsteht ein erheblicher Kostenvorteil.

Claims

Patentansprüche
1. Windkraftanlage (1) mit
1.1 einem um eine Rotorachse (3) umlaufenden Rotor (2),
1.2 Rotorblättern (4), welche in einer zentralen Rotornabe (5) zusammenlaufen und verstellbar ausgebildet sind,
1.3 einem Getriebe (12), welches antriebsseitig zumindest mittelbar mit dem
Rotor (2) und abtriebsseitig zumindest mittelbar mit einem Generator (25) verbunden ist,
1.4 Zuleitungen für Stellenergie, welche durch das Getriebe (12) geführt sind, und welche in die Rotornabe (5) führen,
dadurch gekennzeichnet, dass
1.5 das Getriebe (12) wenigstens eine Planetenstufe (13) mit einem
feststehenden Planetenträger (18) umfasst, und
1.6 die Zuleitung für Stellenergie durch den feststehenden Planetenträger (18) und einen zentral um die Rotorachse (3) angeordneten Zufuhrkanal (9) verlaufen.
2. Windkraftanlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Planetenstufe (13) koaxial zur Rotorachse (3) ausgebildet ist.
3. Windkraftanlage (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zufuhrkanal (9) feststehend ausgebildet ist.
4. Windkraftanlage (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
Drehdurchführungen (10) zur Weitergabe der Stellenergie aus dem Bereich des Zufuhrkanals (9) zu mit dem Rotor (2) umlaufenden Stelleinrichtungen (8) für die Rotorblätter (4) im Bereich der Rotornabe (5) angeordnet sind.
5. Windkraftanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die Stellenergie über elektrische Zuleitungen als elektrische Stellenergie zugeführt ist.
6. Windkraftanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die Stellenergie über hydraulische Zuleitungen als hydraulische Stellenergie zugeführt ist.
7. Windkraftanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass zwischen dem Rotor (2) und der wenigstens einen Planetenstufe (13) wenigstens eine weitere Getriebestufe (20) koaxial auf der Rotorachse (3) angeordnet ist.
8. Windkraftanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass die mit dem drehfesten Planetenträger (18) verbundenen Planetenräder (15, 24) als Stufenplaneten ausgebildet sind.
9. Windkraftanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass der Generator (25) koaxial zur Rotorachse (3) mit dem Abtrieb (17) des Getriebes (12) verbunden ist.
10. Windkraftanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass zwischen dem Getriebe (12) und dem Generator (25) ein d rehzahl regelbares Getriebe (26) mit einem hydrodynamischen Kreislauf (31) zur Drehzahlregelung angeordnet ist.
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