WO2013156497A1

WO2013156497A1 - Verstellvorrichtung für ein rotorblatt einer windturbine

Info

Publication number: WO2013156497A1
Application number: PCT/EP2013/057945
Authority: WO
Inventors: Stefan Grazianski; Felix Braun; René BROUSIL
Original assignee: Suzlon Energy Gmbh
Priority date: 2012-04-16
Filing date: 2013-04-16
Publication date: 2013-10-24
Also published as: DE102013206878A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verstellvorrichtung für ein Rotorblatt (Pitchantrieb) eines Rotors einer Windturbine. Die Windturbine umfasst einen Turm, ein drehbar auf dem Turm gelagertes Maschinenhaus, ein in dem Maschinenhaus angeordneter Triebstrang und einen Rotor. Der Rotor ist an den Triebstrang angeordnet, und umfasst eine Nabe und mindestens ein drehbar an der Nabe gelagertes Rotorblatt. Die Blattverstellung einer Windturbine dient der Leistungsregelung und zur Abschaltung der Anlage. Durch verstellen des Anstellwinkels des Rotorblatts kann die angeströmte Fläche des Rotorblatts variiert werden, somit ändert sich auch die vom Wind auf den Triebstrang der Windturbine abgegebenen Leistung. Um die Funktion einer Windturbine zu gewährleisten, ist eine Blattwinkelverstellung von etwa 100° erforderlich. Die Verstellvorrichtung umfasst einen Riementrieb mit einem Antrieb und mindestens einen Riemen.

Description

Versteilvorrichtung für ein Rotorblatt einer Windturbine

Die Erfindung betrifft eine Versteilvorrichtung für ein Rotorblatt (Pitchantrieb) eines Rotors einer Windturbine. Die Windturbine umfasst einen Turm, ein drehbar auf dem Turm gelagertes Maschinenhaus, ein in dem Maschinenhaus angeordneter Triebstrang und einen Rotor. Der Rotor ist an den Triebstrang angeordnet, und umfasst eine Nabe und mindestens ein drehbar an der Nabe gelagertes Rotorblatt. Die Blattverstellung einer Windturbine dient der Leistungsregelung und zur Abschaltung der Anlage. Durch verstellen des Anstellwinkels des Rotorblatts kann die angeströmte Fläche des Rotorblatts variiert werden, somit ändert sich auch die vom Wind auf den Triebstrang der Windturbine abgegebenen Leistung. Um die Funktion einer Windturbine zu gewährleisten, ist eine Blattwinkelverstellung von etwa 100° erforderlich. Die Versteilvorrichtung umfasst einen Riementrieb mit einem Antrieb und mindestens einen Riemen. In bekannten Windturbinen wird die Blattverstellung meistens über einen elektro- mechanischen Antrieb realisiert. Der elektro-mechanische Antrieb umfasst einen Elektromotor, ein von dem Elektromotor angetriebenes Planetengetriebe mit Abtriebsritzel und ein Blattlager mit Innenverzahnung. Aufgrund des typischen Betriebsverhaltens für Blattverstellantriebe in Windturbinen, wobei der Betrieb im Wesentlichen um einen begrenzten Winkelbereich um 0° konzentriert ist, kommt es in diesem Bereich oft zu frühzeitigen Alterserscheinungen und/oder Beschädigungen der Verzahnung. Dies kann zu einem sehr aufwendigen und kostspieligen Austausch des Lagers führen. Um dieses Problem zu umgehen wurden Versuche gemacht Riemenantriebe als Versteilvorrichtung einzusetzten. Eine solche Versteilvorrichtung wird in der DE102008013926 beschrieben. Die Versteilvorrichtung weist hierbei einen das Rotorblatt umhüllenden Riemenantrieb auf. Der Elektromotor des Riemenantriebs ist außen an der Nabe angeordnet und überträgt ein Drehmoment auf den außen an dem Rotorblatt angeordneten Riemen. Durch die dem Rotorblatt umhüllenden Anordnung des Antriebsriemens wird eine gleichmäßigere Kraftverteilung in der Versteilvorrichtung erreicht.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine alternative Versteilvorrichtung anzugeben, welche die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet. Insbesondere soll eine robuste, wartungsarme und langlebige Blattverstellung angegeben werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst, indem die Versteilvorrichtung mit Hilfe eines Riementriebs ein Drehmoment auf das Rotorblatt ausübt. Der Riementrieb ist dabei im Wesentlichen innerhalb eines Nabenbereichs angeordnet, was mit einschließt, dass sich Teile des Antriebssystems innerhalb der Rotornabe, des Blattlagers oder einer Blattwurzel befinden können, also in dem Bauraum der vom Inneren der Rotornabe zugänglich ist.

Ausgiebige Untersuchungen haben nämlich ergeben, dass die aus der DE102008013926 bekannten Versteilvorrichtung durch die außenseitige Montage stark dem Wind und Wetter ausgesetzt ist, dies führt zu einem erhöhten Verschleiß der Antriebskomponenten. Da die bekannte Versteilvorrichtung nur von einer aus Kompositmaterial hergestellten Nabenabdeckung geschützt wird, kann es im Falle eines Blitzeinschlags zu einem frühzeitigen Ausfall der Versteilvorrichtung führen. Die Erfindungsgemäße Versteilvorrichtung ist durch die Montageposition im inneren der Nabe sowohl gegen Witterung als auch gegen Blitzeinschlag geschützt, da die gegossene Nabe wie ein Faradayscher Käfig wirkt und die Blitzströme von der Versteilvorrichtung wegleitet. Die Erfindungsgemäße, innerhalb der Rotornabe montierte, Versteilvorrichtung hat auch weitere Vorteile. Durch die Anordnung in der Nabe wird die Wartung der Versteilvorrichtung deutlich vereinfacht, Servicekräfte können nun die Wartungsarbeiten von Innen durchführen und müssen nicht erst an die Außenseite der Nabe klettern, was die Arbeitsposition und die Sicherheit deutlich verbessert. Da die Versteilvorrichtung von der Nabe an sich geschützt wird, kann bei der erfindungsgemäßen Versteilvorrichtung auf die verhältnismäßig teure Nabenabdeckung verzichtet werden, was die Kosten und das Gewicht der Windturbine reduziert. Durch die innen in der Nabe angeordnete Versteilvorrichtung lässt sich die erfindungsgemäße Versteilvorrichtung, im Vergleich zu der aus der DE102008013926 bekannten Versteilvorrichtung, auch sehr einfach nachrüsten. Bei den meisten bekannten Windturbinen mit verstellbaren Rotorblättern werden die Rotorblätter an den Innenring des Blattlagers angeordnet. Bei diesen Windturbinen kann die vorhandene Versteilvorrichtung einfach gegen die erfindungsgemäße Versteilvorrichtung ausgetauscht werden, ohne dass größere Umbaumaßnahmen an Nabe und Rotorblatt vorgenommen werden müssen. Um die aus der DE102008013926 bekannten Versteilvorrichtung nachzurüsten, müsste das gesamte Lagerungskonzept verändert werden, so dass das Rotorblatt an den Außenring und die Nabe an den Innenring des Blattlagers angeordnet ist.

Die in der Rotornabe angeordnete Versteilvorrichtung umfasst einen Riementrieb, wobei der Riementrieb mindestens einen Riemen, der entweder als Zahnriemen oder Flachriemen ausgebildet sein kann, eine Riemenscheibe, einen Antrieb und einen Abtriebsflansch umfasst. Die Riemenscheibe wird von dem Antrieb entweder direkt oder über ein Getriebe angetrieben. Der Antrieb mit Riemenscheibe ist an der Rotornabe befestigt und die Riemenscheibe treibt den Riemen an, der entweder über Befestigungselemente, Zahnpaarung oder Reibschluss ein Drehmoment auf das Rotorblatt ausübt. Selbstverständlich kann der Riementrieb auch andersrum montiert werden, so dass der Antrieb mit Riemenscheibe an dem Rotorblatt befestigt ist und der Riemen mit der Rotornabe verbunden ist. Der Antrieb kann entweder einseitig oder zweiseitig an der Nabe gelagert sein.

In einer ersten Ausführungsform umfasst die Versteilvorrichtung einen Abtriebsflansch. Der Abtriebsflansch stellt bei diesem Konzept zum einen die Abtriebswelle und zum anderen die Riemenführung dar. Der Abtriebsflansch ist mit dem Ring des Blattlagers verbunden, an dem auch das Rotorblatt befestigt ist. Der andere Ring des Blattlagers ist an der Rotornabe befestigt. In einer ersten Ausführungsform ist der Abtriebsflansch ringförmig ausgebildet. Der Abtriebsflansch wird vom Riemen angetrieben. Über ihn wird das Antriebsmoment auf das Blattlager und somit auf das Blatt übertragen. Vorzugsweise dient der Abtriebsflansch in diesem Fall zudem als Positionsführung des Riemens. Der Riemen legt sich auf natürliche Weise an die Kontur des Abtriebsflanschs an. Im Bereich der Riemenscheibe und der eventuell in diesem Bereich positionierten Umlenkrollen/Spannrollen löst sich der Riemen tangential vom Abtriebsflansch ab. Durch den Abtriebsflansch weist der Riemen einen kontinuierlichen tangentialen Winkel zu dem Antrieb auf.

Um die Anzahl der eingreifenden Zähne der Riemenscheibe zu erhöhen kann der Riemen über eine Umlenkrolle geleitet werden. Das Prinzip ist in Fig. 2 dargestellt. Die Umlenkrolle kann gleichzeitig als Spannrolle ausgeführt werden, um den Riemen ausreichend zu spannen.

Um die notwendige Spannung des Riemens und die bei einem Zahnriemen notwendige Zahneingriffszahl an der Riemenscheibe zu gewährleisten, können auch mehrere Spannrollen, mehrere Umlenkrollen oder auch eine Kombination aus Umlenkrollen und Spannrollen eingesetzt werden. Die Umlenkrolle, Spannrolle und Riemenscheibe werden so positioniert, dass der Riemen über den Verstellwinkel von etwa 100° mit einem konstanten Hebelarm tangential an dem Abtriebsflansch angreift. Wäre dies nicht der Fall würde sich die Summe der Längen des belasteten und des unbelasteten Tangenten des Riemens während der Drehung des Rotorblattes ändern. Dies würde zu einem Blockieren des Antriebs führen.

Denkbar wäre aber auch, dass sich der Radius des Abtriebsflanschs verändert. Damit würde sich der Hebelarm, mit dem der Riemen am Abtriebsflansch angreift verändern. Aus der resultierenden Kinematik bei variierendem Abtriebsflanschradius ergibt sich eine variable Umfangsgeschwindigkeit und somit eine variable Blattverstellgeschwindigkeit. Diese Optimierung wäre z.B. sinnvoll, wenn für regelmäßige Betriebssituationen niedrigere Abtriebsmomente aber dafür schnelles Verstellen des Blattes gewünscht sind, oder umgekehrt, höhere Abtriebsmomente bei niedrigeren Verstellgeschwindigkeiten gewünscht sind.

Der verwendete Riemen kann als Endlosriemen den kompletten Abtriebsflansch und die Riemenscheibe umschlingen. Das Drehmoment kann entweder über Reibschluss oder Formschluss übertragen werden. Eine formschlüssige Zahnpaarung zwischen Zahnriemen und Abtriebsflansch kann mit einer komplett oder teilweise umlaufenden Verzahnung des Abtriebsflanschs realisiert werden. Eine andere Möglichkeit sind am Abtriebsflansch befestigte bzw. eingelassene Zahnsegmente um eine Zahnpaarung zu gewährleisten. Die Anzahl der Zahnsegmente ist variabel. Das Drehmoment kann aber auch über Reibschluss übertragen werden, wobei weder Verzahnung, Zahnsegmente oder Befestigungselemente notwendig sind. Vorteilhafterweise wird das Drehmoment aber über Formschluß übertragen, da der Reibschluß eine sehr hohe Vorspannung benötigt um ein Durchrutschen des Riemens zu verhindern.

Da die Versteilvorrichtung nur in einem Bereich von im Wesentlichen 100° betrieben wird, kann zur Gewichts- und Kostenoptimierung die Länge des Riemens und die Ausführung des Abtriebsflanschs reduziert werden. Dies wird durch Einsatz eines Riemens mit definierter Länge, der über Befestigungselemente, wie zum Beispiel Riemenschellen am Abtriebsflansch befestigt ist realisiert. Somit sind Zahnsegmente bzw. eine Verzahnung des Abtriebsflanschs nicht mehr notwendig. Die Kraftübertragung vom Riemen auf den Abtriebsflansch wird über die Befestigungselemente realisiert. Wenn der Riemen mit Befestigungselementen am Abtriebsflansch befestigt ist, muss der Riemen nur so lang sein, dass er bis zu den beiden Befestigungselementen reicht. Genauso muss der Abtriebsflansch nur soweit ausgeführt werden, dass er bis zu den Positionen der Befestigungselementen reicht und die gewünschte Führung des Riemens gewährleistet ist. Die Form des Abtriebflanschs und damit auch die Führung des Riemens, ist individuell zu gestalten. Auch bei einem Endlosriemen der den Abtriebsflansch komplett umschlingt, muss der Abtriebsflansch keine Kreisform darstellen. Bei entsprechendem Design der Befestigungselemente, kann der Riemen über die Befestigungselemente gespannt werden. Somit wird ein Spannen des Riemens über die Befestigung am Abtriebsflansch ermöglicht und es kann auf eine Spannrolle verzichtet werden. Die Befestigungselemente können entweder außenseitig oder innenseitig an den Abtriebsflansch angeordnet sein. Durch die innenseitige Anordnung der Befestigungselemente kann der Durchmesser des Abtriebsflanschs vergrößert werden, was zu einer geringeren Belastung des Riemens führt. In einer weiteren Ausführung ist der Abtriebsflansch in dem mit dem Innenring des Blattlagers integriert, somit können die Befestigungselemente direkt an dem Innenring des Blattlagers angeordnet werden. Statt eines Riemens können auch mehrere verwendet werden. Für alle Konzeptvarianten kann die Lage des Riemens frei innerhalb des definierten Bauraums innerhalb der Rotornabe gewählt werden. Der Durchmesser des Abtriebsflansches ist dabei nicht durch den Innendurchmesser des Blattlagers begrenzt. Der Abtriebsflansch kann sich in axialer Richtung des Rotorblattes erstrecken, sodass der Durchmesser im Bereich der Rotornabe oder der Blattwurzel größer sein kann als der Durchmesser des Blattlagers. Der Durchmesser des Abtriebsflanschs wird somit, abhängig von der axialen Position, entweder von dem Rotorblatt, des Blattlagers oder der Rotornabe begrenzt. Als Alternative zu dem Zahnriemen kann der Riemen auch als Flachriemen ausgebildet sein. Der Flachriemen hat gegenüber den Zahnriemen den Vorteil, dass er nur über Zugfestigkeit und nicht über Scherfestigkeit der Zahnflanken dimensioniert wird. Somit reduziert sich die benötigte Riemenbreite zum Übertragen des Drehmoments, und die Versteilvorrichtung kann kompakter und kostengünstiger ausgelegt werden. Auch die Herstellungskosten des Riemens reduzieren sich deutlich.

Der Flachriemen hat aber den Nachteil, dass er nur Zugkräfte aufnehmen kann und deshalb nur in Wickelantrieben eingesetzt wird die von einer äußeren Kraft, z.B. Schwerkraft, wieder aufgewickelt werden können. Um den Flachriemen auch in Blattverstellantrieben einsetzen zu können, welche zwei Richtungen betreibbar sein müssen, mussten große Anpassungen der Versteilvorrichtung vorgenommen werden.

Ein erstes Ende des Flachriemens wird Formschlüssig mit der Riemenscheibe verbunden und ein zweites Ende des Flachriemens wird mit einem mit dem Rotorblatt verbindbaren Befestigungselemente verbunden. Die Befestigungselemente können zum Beispiel Riemenschellen sein. Die Befestigungselemente können entweder an den Abtriebsflansch oder direkt an Rotorblatt oder Blattlagerring angeordnet sein. Die Riemenscheibe ist in dieser Ausführungsform als Wickelscheibe ausgebildet und wird von dem Antrieb angetrieben. Wie in der Ausführung mit Zahnriemen ist der Antrieb an der Nabe angeordnet. Beim aufwickeln des Flachriemens entsteht eine Zugkraft die eine Bewegung des Rotorblattes um die Drehachse bewirkt. Um eine Verstellung des Rotorblattes in der entgegengesetzten Richtung zu ermöglichen muss die Versteilvorrichtung aber zusätzlich noch einen zweiten Flachriemen und Wickelscheibe aufweisen, um eine Zugkraft in der entgegengesetzten Richtung aufbringen zu können. Beim Antreiben und aufwickeln des ersten Flachriemens, wird der zweite Flachriemen gleichzeitig abgewickelt und umgekehrt.

Da sich der effektive Durchmesser der Wickelscheibe mit jeder Umdrehung um zwei Mal der Riemenhöhe verändert, variiert auch die aufgewickelte und abgewickelte Riemenlänge pro Umdrehung. Wenn beide Wickelscheiben mit derselben Geschwindigkeit drehen, würde sich die Versteilvorrichtung, aufgrund von der Differenz zwischen auf der einen Wickelscheibe aufgewickelte und von der anderen Wickelscheibe abgewickelte Riemenlänge, nach einer Weile verklemmen. Die Versteilvorrichtung muss daher so ausgebildet sein, dass sie für den Unterschied zwischen aufgewickelter und abgewickelter Riemenlänge kompensieren kann.

Um dieses Problem zu umgehen wurden mehrere Konzepte entwickelt. Bei dem ersten Konzept werden die abweichenden Wickellängen durch sich unterschiedlich schnell drehenden Riemenscheiben kompensiert. Dies kann zum Beispiel durch Verwendung von zwei separaten Antrieben die jeweils eine Riemenscheibe antreiben realisiert werden. In jeder Richtung wird immer nur ein Antrieb betrieben. Der erste Antrieb treibt dabei die Versteilvorrichtung im Uhrzeigersinn und der zweite Antrieb gegen den Uhrzeigersinn an. Während des Verstellvorgangs wird die nicht antreibende Riemenscheibe entkoppelt und läuft einfach mit, so dass der am Rotorblatt angeordnete Riemen die freilaufende Riemenscheibe antreibt und somit die benötigte Riemenlänge frei gibt. Bei Richtungswechsel wechselt auch der antreibende Antrieb und die andere Riemenscheibe wird entkoppelt. Um die Versteilvorrichtung in einer geparkten Position zu halten können die beiden Antrieben und/oder Riemenscheiben mit einer Bremse versehen sein. Die Bremse ist im geparkten Zustand der Versteilvorrichtung aktiviert und wird während des Verstell Vorgangs deaktiviert. Durch die

Die beiden Riemenscheiben können aber auch von einem einzigen Antrieb angetrieben werden. Der Antrieb überträgt in diesem Fall sein Antriebsmoment über ein spezielles Getriebe, welches ein getrenntes Antreiben der ersten und der zweiten Riemenscheibe ermöglicht. Das Getriebe schaltet bei Richtungswechsel zwischen den beiden Riemenscheiben um und versetzt die nicht angetriebene Riemenscheibe in Freilauf. Da die Riemenscheiben unabhängig voneinander die benötigte Riemenlänge freigeben und aufwickeln können, wird kein Abtriebsflansch zum gleichmäßigen Freigeben der Riemenlängen. Dadurch lassen sich die Riemen direkt an dem Rotorblatt und/oder den Blattlagerring anordnen, was den wirksamen Hebelarm im Vergleich zu der Ausführung mit Abtriebsflansch vergrößert.

In einer weiteren Ausführungsform wird das Problem dadurch gelöst, dass die Übersetzung der Riemenscheibe auf maximal 1 :4 begrenzt wird. Da der Blattverstellbereich im Wesentlichen 90° (±5°) beträgt, wird bei einem Übersetzungsverhältnis kleiner als 4 weniger als 360° Drehung der Riemenscheibe benötigt, um eine volle Blattverstellung durchzuführen. Somit ändert sich der effektive Durchmesser der Riemenscheibe nicht während des Verstellvorgangs und die Versteilvorrichtung kann nicht blockieren. Die Riemenscheiben können entweder beide auf derselben Antriebsachse des Antriebs oder über ein spezielles Getriebe parallel angeordnet sein. Bei der Anordnung der Riemenscheiben auf derselben Antriebsachse werden die Riemenscheiben auf unterschiedlicher axialer höhe angeordnet Die abweichenden Wickellängen können auch durch einen speziell ausgeformten Abtriebsflansch der die beiden Riemen freigibt kompensiert werden. Durch eine nicht kreisförmige Form des Abtriebsflanschs ändert sich die freigegebene Riemenlänge mit der Drehung des Rotorblattes und kompensiert somit für die Längenabweichung der beiden Riemen. Um das von den Antrieben aufzubringende Drehmoment zu reduzieren, kann der Riemen auch durch einen Flaschenzug geführt werden. Hierzu werden Umlenkrollen derart mit dem Rotorblatt verbunden und positioniert, so dass der Riemen mehrmals das Rotorblatt angreift. Der Riemen und der Antrieb werden dabei mit der Nabe verbunden und die Drehbewegung wird über die Umlenkrollen an das Rotorblatt weitergeleitet.

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus den Zeichnungen anhand der Beschreibung hervor. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 Eine Windturbine,

Fig. 2 Einen Blattwurzelbereich der Windturbine,

Fig. 3 Eine Versteilvorrichtung mit Zahnriemen, Fig. 4 Eine perspektivische Ansicht der ersten Ausführung mit Zahnriemen,

Fig. 5 Eine perspektivische Ansicht einer Versteilvorrichtung mit Abtriebsflansch,

Fig. 6 Eine Versteilvorrichtung mit Flachriemen und Riemenführung,

Fig. 7 Eine Versteilvorrichtung mit Flachriemen und Wickelscheiben,

Fig. 8 Draufsicht einer ersten Ausführung eines Wickeltriebs, Fig. 9 Draufsicht einer zweiten Ausführung eines Wickeltriebs,

Fig. 10 Draufsicht eines Wickeltriebs ohne Abtriebsflansch,

Fig. 1 1 Draufsicht eines Wickeltriebs ohne Abtriebsflansch und mit Flaschenzug.

In Figur 1 ist eine Windturbine 2 mit einem Turm 3, einem auf dem Turm 3 drehbar gelagerten Maschinenhaus 4 und einen in dem Maschinenhaus 4 angeordneten und mit einem Rotor 5 verbundenen Triebstrang dargestellt. Der Rotor 5 ist drehbar um eine Rotationsachse 31 gelagert und umfasst eine Nabe 6 und drei jeweils um eine Blattachse 8 drehbar gelagerte Rotorblätter 7. Zur Orientierung werden bezüglich dieser Drehachse bzw. der Blattachse 8 eine Axialrichtung 13, eine Radialrichtung 14 und eine Umfangsrichtung 15, auch gültig für die folgenden Ausführungsbeispiele, definiert. Die Windturbine 2 umfasst auch eine im Inneren des, in Figur 2 gezeigten, Nabenbereichs 10 anordenbaren Versteilvorrichtung 1 zum Verstellen des Rotorblatts 7. Die Versteilvorrichtung 1 umfasst einen Antrieb 1 1 und einen von dem Antrieb 1 1 angetriebenen Riemen 12. Der Nabenbereich 10 wird in radialer Richtung 14 durch den an dem Blattlager 9 angeordneten, in axialer Richtung 13 unteren, Bereich des Rotorblatts 7, das Blattlager 9 und die Nabe 6 begrenzt.

Figur 3 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Versteilvorrichtung 1. Die Versteilvorrichtung 1 umfasst hier einen Riementrieb 30, wobei der Riementrieb 30 einen Antrieb 1 1 , eine auf der Antriebsachse 16 des Antriebs 1 1 angeordneten Riemenscheibe 17, einen als Zahnriemen ausgebildeten Riemen 12 und einen Abtriebsflansch 18 umfasst. Der Antrieb 1 1 ist an der Nabe 6 angeordnet und der Abtriebsflansch 18 ist fest mit dem Rotorblatt 7 bzw. den mit dem Rotorblatt 7 verbundenen Lagerring 19 verbunden. Der Abtriebsflansch 18 kann entweder direkt an dem Lagerring 19 angeflanscht oder über Verbindungsstege 20 mit dem Lagerring 19 verbunden sein. Das von dem Antrieb 1 1 abgegebene Drehmoment wird von dem Riemen 12 an den Abtriebsflansch 18 übertragen, der somit das Rotorblatt 7 dreht. Der Abtriebsflansch 18 stellt bei diesem Konzept zum einen eine Abtriebswelle und zum anderen die Riemenführung dar. Durch die Kreisform des Abtriebsflanschs 18 wird sichergestellt, dass der Riemen 12 immer den gleichen Angriffswinkel zu der Riemenscheibe 17 aufweist.

Der verwendete Riemen 12 kann als Endlosriemen den kompletten Abtriebsflansch 18 und die Riemenscheibe 17 umschlingen. Das Drehmoment wird entweder über Reibschluss oder Formschluss übertragen. Eine formschlüssige Zahnpaarung zwischen Zahnriemen und Abtriebsflansch 18 kann mit einer komplett oder teilweise umlaufenden Verzahnung 21 des Abtriebsflanschs 18 realisiert werden. Eine andere Möglichkeit sind am Abtriebsflansch 18 befestigte bzw. eingelassene Zahnsegmente um eine Zahnpaarung zu gewährleisten.

Da die Versteilvorrichtung 1 nur in einem Bereich von im Wesentlichen 100° betrieben wird, kann zur Gewichts- und Kostenoptimierung die Länge des Riemens 12 und die Ausführung des Abtriebsflanschs 18 reduziert werden. Dies wird durch Einsatz eines Riemens 12 mit definierter Länge, der über Befestigungselemente 23 am Abtriebsflansch 18 befestigt ist realisiert. Somit sind die Zahnsegmente 22 bzw. eine Verzahnung des Abtriebsflanschs 18 nicht mehr notwendig. Die Kraftübertragung vom Riemen 12 auf den Abtriebsflansch 18 wird über die Befestigungselemente 23 realisiert. Wenn der Riemen 12 mit Befestigungselemente 23 am Abtriebsflansch 18 befestigt ist, muss der Riemen 12 nur so lang sein, dass er bis zu den beiden Befestigungselementen 23 reicht. Genauso muss der Abtriebsflansch 18 nur soweit ausgeführt werden, dass er bis zu den Positionen der Befestigungselemente 23 reicht und die gewünschte Führung des Riemens 12 gewährleistet ist.

Um die Anzahl der eingreifenden Zähne der Riemenscheibe 17 zu erhöhen kann der Riemen 12 über eine Umlenkrolle 24 geleitet werden. Die Umlenkrolle 24 kann gleichzeitig als Spannrolle 25 ausgeführt werden, um den Riemen 12 ausreichend zu spannen.

Figur 4 zeigt eine Schnittansicht der in Figur 3 gezeigten Versteilvorrichtung 1 . Der Abtriebsflansch 18 ist zwischen Rotorblatt 7 und Blattlager 9 angeordnet und ragt mit der Aufnahmefläche 26 für den Riemen 12 in dem inneren des Blattlagers 9. Der Antrieb 1 1 wird an der Nabe 6 angeordnet und treibt den mit dem Abtriebsflansch 18 angeordneten Riemen 12 an. Der Durchmesser des Abtriebsflanschs 18 wird somit durch den Innendurchmesser des Blattlagers 9 und den benötigten Bauraum des Antriebs 1 1 und des Riemens 12 begrenzt. Um den effektiven Durchmesser zu vergrößern, kann sich der Abtriebsflansch 18, wie in Figur 5 gezeigt, in axialer Richtung in den Bereich der Nabe 6 erstrecken. Im Nabenbereich wird der Durchmesser des Abtriebsflanschs 18 durch den größeren Durchmesser der Nabe 6 begrenzt.

In Figur 6 wird eine weitere Ausführung zur Vergrößerung des Durchmessers gezeigt. Hier wird der Riemen 12 nicht au ßen an den Abtriebsflansch 18 angeordnet, sondern ist innen am Abtriebsflansch 18 befestigt. Der Abtriebsflansch 18 kann auch im Rotorblatt 7 oder dem Innenring des Blattlagers 9 integriert sein, so dass der Riemen 12 direkt an dem Rotorblatt 7 oder Lagerring 19 über Befestigungselemente 23, wie zum Beispiel Riemenschellen, befestigt wird. Die Riemenscheibe 17 wird von dem Antrieb 1 1 entweder direkt oder über ein Getriebe angetrieben, wobei der Antrieb 1 1 mit Riemenscheibe 17 an der Nabe 6 befestigt ist. Die Riemenscheibe 17 treibt den Riemen 12 an, der ein Drehmoment auf den Abtriebsflansch 18. Hierbei umschlingt der Riemen 12 den Abtriebsflansch 18 nicht, sondern ist am Abtriebsflansch 18 innen befestigt. Dies geschieht mit Hilfe einer Riemenführung 27 an der der Riemen 12 anliegt. Der Riemen 12 wird mit Hilfe von Umlenkrollen 24 und/oder Führungsschienen 28 geführt, welche mit der Nabe 6 oder auch mit dem Rotorblatt 7 verbunden sind. Die Riemenführung 27 ist fest mit der Nabe 6 verbunden, der Riemen 12 gleitet über die Führungsschiene 28, wobei er an den Kanten über drehbar an der Nabe angeordnete Umlenkrollen 24 geleitet werden kann. Durch die Führungsschiene 28 wird sichergestellt Eine andere Möglichkeit ist, dass der Riemen durch mehrere hintereinander positionierte Umlenkrollen geführt wird, so dass kein Gleiten des Riemens 12 über die Führungsschiene 28 nötig wird. Eine oder mehrere der Umlenkrollen 24 können als Spannrolle 25 ausgeführt werden.

Ein Vorteil hierbei ist, dass die Versteilvorrichtung 1 innerhalb der Nabe 6 angeordnet werden kann und gleichzeitig ein großer Hebelarm bzw. Durchmesser für den Abtriebsflansch 18 ermöglicht wird. Dies ermöglicht wiederum ein großes Übersetzungsverhältnis zwischen Riemenantriebsseite und Riemenabtriebsseite innerhalb des zur Verfügung stehenden Bauraums.

Der Riemen 12 kann als Zahnriemen realisiert sein, bei dem die Riemenscheibe 17 eine entsprechende Verzahnung aufweist, oder als Flachriemen, bei dem die Riemenscheibe 17 als Wickelscheibe ausgebildet ist. In Figur 7 wird eine Ausführung der als Wickelscheibe ausgebildeten Riemenscheibe 17 zum Antreiben eines Flachriemens gezeigt. In dieser Ausführung werden zwei Riemenscheiben 17a, 17b axial versetzt an der Antriebsachse 16 des Antriebs 1 1 angeordnet. Auf den Riemenscheiben 17a, 17b wird jeweils ein als Flachriemen ausgebildeter Riemen 12a, 12b formschlüssig befestigt. Das andere Ende des Flachriemens wird mittels Befestigungselemente 23 an dem Abtriebsflansch 18 befestigt. Die Flachriemen werden dabei derart an den Riemenscheiben 17a, 17b befestigt, so dass sich, bei einem drehen der Antriebsachse 16, der eine Riemen 12 auf der Riemenscheibe 17 aufwickelt und der andere Riemen 12 gleichzeitig von der Riemenscheibe 17 abwickelt. Bei einer Drehung des Rotorblatts 7 im Uhrzeigersinn wird der erste Riemen 12a auf der Riemenscheibe 17a aufgewickelt, der zweite Riemen 12b wird bei einer Drehung des Rotorblatts gegen den Uhrzeigersinn auf der Riemenscheibe 17b aufgewickelt. Beim Aufwickeln übertragen die Riemen 12a, 12b eine Zugspannung auf den Abtriebsflansch 18, was eine Drehung des Rotorblatts 7 bezüglich der Nabe 6 bewirkt. Der keine Zugspannung erzeugende Riemen 12 wird gleichzeitig durch die Drehung der Antriebsachse 16 abgewickelt, so dass sich immer dieselbe Riemenlänge auf der ersten Riemenscheibe 17a auf- bzw. abwickelt wie auf der zweiten Riemenscheibe 17b ab- bzw. aufwickelt. Wäre dies nicht der Fall, würde sich die Versteilvorrichtung 1 blockieren und ein weiteres Verstellen wäre nicht möglich. Um ein Blockieren der Versteilvorrichtung 1 zu verhindern wird das Übersetzungsverhältnis zwischen Riemenscheibe 17 und Abtriebsflansch 18 begrenzt, so dass sich nicht mehr als eine Wicklung der Riemen 12a, 12b auf den Riemenscheiben 17a, 17b befindet. Ohne diese Begrenzung würde sich der Umfang der Riemenscheiben 17a, 17b mit jeder Wicklung um die doppelte Riemenhöhe verändern, was zu einer Differenz der von auf der ersten Riemenscheibe aufgewickelten und von der zweiten Riemenscheibe abgewickelten Riemenlänge führen würde. Bei einem Blattverstellbereich von im Wesentlichen 100° wird das Übersetzungsverhältnis auf im Wesentlichen 1 :4 begrenzt. Somit muss der Durchmesser der Riemenscheibe 17 viermal kleiner sein als der effektive Durchmesser des Abtriebsflanschs 18. Der Antrieb 1 1 ist hier, um die Stabilität zu erhöhen, zweiseitig an der Nabe 6 gelagert. Zum einfacheren Austausch der Riemen 12 kann der Antrieb 1 1 aber auch einseitig an der Nabe 6 gelagert sein. Nicht gezeigt werden hier der mit den Riemen 12 verbundene Abtriebsflansch 18 und die Führungsschienen 28.

Figur 8 zeigt eine Draufsicht der in Figur 7 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Versteilvorrichtung 1 . Die Versteilvorrichtung 1 umfasst hier den Abtriebsflansch 18, den Antrieb 1 1 , zwei Riemen 12a, 12b und zwei Riemenscheiben 17a, 17b. Die Riemen 12a, 12b werden mittels Befestigungselemente 23 an den Abtriebsflansch 18 befestigt. Da die Riemen 12a, 12b eine bestimmte Länge aufweisen, kann zur Gewichtsreduzierung auch der Umfang des Abtriebsflanschs 18 begrenzt werden. Die Durchmesser der Riemenscheiben 17a, 17b und des Abtriebsflanschs 18 werden dabei so gewählt, dass das Übersetzungsverhältnis 1 :4 beträgt. Die Riemenscheiben 17a, 17b können auch aus einbautechnischen Gründen Seite an Seite angeordnet werden, wie in Figur 9 gezeigt. Die Riemenscheiben 17a, 17b können von separaten Antrieben 1 1 , oder von einem Antrieb 1 1 mit einem speziellen Getriebe angetrieben werden. Die Antriebe 1 1 und/oder das Getriebe werden dabei derart ausgebildet, dass die Riemenscheiben 17 jeweils in einer Richtung angetrieben werden und in der anderen Richtung frei laufen können. Die angetriebene Riemenscheibe 17 erzeugt ein Drehmoment und von der freilaufenden Riemenscheibe 17 wird der Riemen 12 durch die Drehung des Rotorblatts 7 abgewickelt. Durch diese Anordnung reduziert sich die Höhe der Versteilvorrichtung 1 . Auch hier darf das Übersetzungsverhältnis nicht 1 :4 übersteigen. Durch die Kreisform des Abtriebsflanschs 18 wird sichergestellt, dass der Angriffswinkel der Riemen 12a, 12b und somit der Hebelarm 29 während des kompletten Blattverstellvorgangs konstant bleibt. Dadurch ist auch die auf der einen Seite des Abtriebsflanschs 18 aufgewickelte und auf der anderen Seite des Abtriebsflansch 18 abgewickelte Riemenlänge gleich.

Figur 10 zeigt eine weitere Ausführungsform der Versteilvorrichtung 1 . Hier werden zwei voneinander unabhängige Antrieben 1 1 und Riemenscheiben 17 verwendet um das Problem mit dem sich veränderten effektiven Durchmesser beim aufwickeln des Riemens 12 zu umgehen. Jeder Riemen 12 wird von einem eigenen Antrieb 1 1 und einer eigenen Riemenscheibe 17 angetrieben, so dass die Drehzahl für jede Riemenscheibe 17 individuell angepasst werden kann. Jeder Riemen 12 ist mit einem an Befestigungselement 23 mit dem Rotorblatt 7 oder der Innenring des Blattlagers 9 verbunden. Der erste Antrieb 1 1 treibt die Versteilvorrichtung 1 im Uhrzeigersinn und der zweite Antrieb 1 1 gegen den Uhrzeigersinn an. Während des Verstellvorgangs wird die nicht antreibende Riemenscheibe 17 entkoppelt und läuft einfach mit, so dass der am Rotorblatt 7 angeordnete Riemen 12 die freilaufende Riemenscheibe 17 antreibt und somit immer die benötigte Riemenlänge frei gibt. Dadurch kann auch bei unterschiedlichen effektiven Durchmessern der beiden Riemenscheiben 17 sichergestellt werden, die selbe Riemenlänge von der ersten Riemenscheibe 17 aufgewickelt wie von der zweiten Riemenscheibe 17 abgewickelt wird. Da die die Riemenlängen nun nicht mehr voneinander abhängig sind, kann auf einen separaten Abtriebsflansch 18 um eine konstante tangentiale Freigabe des Riemens 12 verzichtet werden. Dies reduziert die Kosten, das Gewicht und den Einbauraum der Versteilvorrichtung 1 . Durch den Wegfall des Abtriebsflanschs 18 verändern sich aber die Hebelarme 29 der Riemen 12 während des Blattverstellvorgangs. Um den maximalen Hebelarm 29 der Riemen 12 zu optimieren, werden Umlenkrollen 24 an dem Rotorblatt montiert. In dem hier gezeigten Beispiel wird pro Riemen 12 eine Umlenkrolle 24 eingesetzt, es wäre aber durchaus denkbar mehrere Umlenkrollen 24 entlang des Umfangs der Versteilvorrichtung 1 anzuordnen. Durch die Umlenkrollen 24 wird auch verhindert, dass sich die Riemen 12 um die Befestigungselemente 23 bewegen, was sonst zu Beschädigungen an Riemen 12 oder Befestigungselemente 23 führen könnte.

Eine ähnliche Ausführung zeigt auch Figur 1 1 . Der Unterschied zu der in Figur 10 gezeigten Ausführung ist, dass die Riemen 12 hier durch einen Flaschenzug geführt werden. Auch hier werden zwei unabhängige Antriebe 1 1 und Riemenscheiben 17 angeordnet. Die Riemen 12a, 12b werden jeweils um eine auf dem Rotorblatt 7 angeordnete Umlenkrolle 24 herum geführt und werden, statt auf dem Rotorblatt 7, an der Nabe 6 mit Befestigungselementen 23 verankert. Somit greifen die Riemen 12a, 12b das Rotorblatt 7 zweimal an. Der effektive Hebelarm des Riementriebs 30 wird hier von der Summe des tangentialen Abstands 29 des hin- und rücklaufenden Abschnitts der Riemen 12a, 12b definiert. Die benötigte Riemenlänge vergrößert sich durch den Flaschenzug, da sich aber der effektive Hebelarm auch vergrößert reduzieren sich die Belastungen auf den Riemen 12a, 12b und den Antrieb 1 1. Durch die geringere Belastung kann die Breite des Riemens 12 und die Höhe der Riemenscheibe 17 reduziert werden. Da die Belastungen kleiner werden ist es auch ausreichend den Antrieb 1 1 einseitig zu lagern. Dies erleichtert die Wartung und den Austausch der Riemen, was zusätzlich Kosten spart. Diese Ausführungsform kann auch mit einem Antrieb 1 1 und einem speziellen Getriebe realisiert werden, wobei das Getriebe in jeder Richtung immer nur eine Riemenscheibe 17 antreibt und die andere Riemenscheibe 17 gleichzeitig in den Freilauf versetzt. Um sicherzustellen, dass die hin- und rücklaufenden abschnitte der Riemen 12a, 12b nicht miteinander in Kontakt kommen, was zu Beschädigungen an den Riemen 12a, 12b führen könnte, können auch Führungsschienen 28 an gefährdeten Stellen angeordnet werden.

Die in den beschriebenen Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmalskombinationen sollen nicht limitierend auf die Erfindung wirken, vielmehr sind auch die Merkmale der unterschiedlichen Ausführungen miteinander kombinierbar. Insbesondere kann die Riemenführung durch einsetzen von Umlenkrollen beliebig angepasst werden. Bezugszeichenliste

1 Versteilvorrichtung 17 Riemenscheibe

2 Windturbine 17a erste Riemenscheibe

3 Turm 17b zweite Riemenscheibe

4 Maschinenhaus 18 Abtriebsflansch

5 Rotor 19 Lagerring

6 Nabe 20 Verbindungssteg

7 Rotorblatt 21 Verzahnung

8 Blattachse 22 Zahnsegmente

9 Blattlager 23 Befestigungselemente

10 Nabenbereich 24 Umlenkrolle

1 1 Antrieb 25 Spannrolle

12 Riemen 26 Aufnahmefläche

12a erster Riemen 27 Riemenführung

12b zweiter Riemen 28 Führungsschiene

13 Axial richtung 29 Hebelarm

14 Radial richtung 30 Riementrieb

15 Umfangsrichtung 31 Rotationsachse

16 Antriebsachse

Claims

Ansprüche

1. Vorrichtung (1 ) zum Verstellen eines Rotorblatts (7) einer Windturbine (2) umfassend

einen Riementrieb (30) mit einem Antrieb (1 1 ) und mindestens einem Riemen (12),

wobei der Antrieb (1 1 ) fest mit einer Nabe (6) der Windturbine (2) und der

Riemen (12) fest mit dem Rotorblatt (7) verbindbar sind, oder umgekehrt, und wobei der Riemen (12) ein von dem Antrieb (1 1 ) erzeugtes Drehmoment oder Drehbewegung auf das Rotorblatt (7) übertragen kann,

dadurch gekennzeichnet, dass der Riementrieb (30) derart ausgebildet ist, dass dieser im Wesentlichen innerhalb eines Nabenbereichs (10) anordenbar ist.

2. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Riementrieb (30) mindestens eine auf einer Antriebsachse (16) des Antriebs (1 1 ) angeordnete Riemenscheibe (17) zum Übertragen des Drehmoments auf den mindestens einen Riemen (12), und einen Abtriebsflansch (18) zum Übertragen des Drehmoments von dem mindestens einen Riemen (12) auf dem Rotorblatt (7) umfasst.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Riemen (12) durch Formschluss mit der Riemenscheibe (17) und/oder den Abtriebsflansch (18) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Formschluss durch Befestigungselemente (23) hergestellt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Formschluss durch Verzahnungen (21 ) hergestellt wird.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Riemen (12) als Zahnriemen ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Riemen (12) als Flachriemen ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Riemenscheibe (17) als Wickelscheibe ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Riemen (12) in radialer Richtung außen an den Abtriebsflansch (18) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Riemen (12) in radialer Richtung innen an den Abtriebsflansch (18) angeordnet ist.

1 1 . Vorrichtung nach Anspruch einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) derart mit einer Riemenführung (27) ausgebildet ist, so dass der Riemen (12) während einen gesamten Verstellvorgang des Rotorblattes (7) einen konstanten tangentialen Angriffswinkel zu der Riemenscheibe (17) aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) zwei Riemenscheiben (17) und zwei Riemen (12) umfasst, wobei die erste Riemenscheibe (17a) und der erste Riemen (12a) das Drehmoment bei einer Drehung des Rotorblatts (7) im Uhrzeigersinn überträgt, und die zweite Riemenscheibe (17b) und der zweite Riemen (12b) das Drehmoment bei einer Drehung des Rotorblatts (7) gegen den Uhrzeigersinn überträgt.

13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) mindestens eine Umlenkrolle (24) zum Führen des mindestens einen Riemen (17) umfasst.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Umlenkrolle (24) derart angeordnet ist, so dass der mindestens eine Riemen (17) in einen Flaschenzug geführt wird.

15. Windturbine (2) umfassend einen Turm (3), ein drehbar auf dem Turm (3) gelagertes Maschinenhaus (4), ein in dem Maschinenhaus angeordneten Triebstrang und einen fest mit dem Triebstrang angeordneten und um eine Rotationsachse (31 ) drehbaren Rotor (5), wobei der Rotor (5) eine Nabe (6) und mindestens ein auf der Nabe (6), drehbar um eine Blattachse (8), angeordnetes Rotorblatt (7) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Windturbine (2) eine Vorrichtung (1 ) zum Verstellen des Rotorblatts (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 umfasst.