WO2014125114A1 - Wind turbine comprising a gimbal-mounted tower - Google Patents

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WO2014125114A1 PCT/EP2014/053071 EP2014053071W WO2014125114A1 WO 2014125114 A1 WO2014125114 A1 WO 2014125114A1 EP 2014053071 W EP2014053071 W EP 2014053071W WO 2014125114 A1 WO2014125114 A1 WO 2014125114A1
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/727—Offshore wind turbines

Definitions

  • the invention relates to a wind turbine according to the preamble of the claim
  • Wind turbines or wind turbines usually consist of a tower at the upper end of a rotor and a generator connected thereto are arranged.
  • the weight of the rotor and generator is very high, ranging up to 800 tons.
  • This high weight at the top of the tower of course requires a corresponding mechanical stability of the tower, which significantly increases the cost of construction of the wind turbine.
  • z. B are known from DE 20100588 U1, this leads to the fact that the anchoring on the seabed is very expensive.
  • the alignment of the tower with rotor in the wind can be done regardless of the exact location of the support device.
  • motors can be used, as in the case of conventional bevel gears, which engage on the rotatable cardanic suspension.
  • the carrier device can perform at least small changes in position relative to the ground. This makes it possible to use the wind turbine on less solid ground, such as on a landfill.
  • the tower can be made slimmer, since only the part of the tower above the gimbal has to be designed for carrying the rotor and possibly the generator.
  • lightweight grid structures can be used for the tower. The erection of the wind turbine is thereby cheaper.
  • the position of the gimbal is chosen so that the tower with rotor and generator in a substantially vertical orientation takes a stable balance - claim 2.
  • the part of the tower on the gimbal suspension can be made even slimmer and easier, since he only needs to carry the weight of the rotor and a part of the traction drive.
  • the tower with rotor remains in a stable equilibrium in substantially vertical positives. on. Due to the rotatable suspension on the carrier device, the tower with rotor can be aligned in the wind.
  • the advantageous embodiment of the invention according to claim 6 represents a preferred and simple embodiment of the gimbal and in the axial direction rotatable suspension of the tower on the support means.
  • the traction means of the at least one traction mechanism drive do not change their position relative to the inner and outer ring, the traction means can be guided between the tower and / or between the inner and outer ring. As a result, a guide of the traction means is provided at the same time - claim 7.
  • the advantageous embodiment according to claim 1 1 is in the traction drive to a cable drive as is known, for example, of cable cars for ski lifts or maritime cranes, etc.
  • a cable drive as is known, for example, of cable cars for ski lifts or maritime cranes, etc.
  • rope drives are technically mature and can be used without problems in wind turbines or wind turbines according to the present invention.
  • the cable drive or the traction means is tensioned with various measures, so that the power transmission can take place without slippage.
  • the traction mechanism is protected against the effects of weather. This may be possible in particular in offshore installations, since the salty seawater could attack the traction means, in particular in the form of steel cables.
  • the protection of the traction mechanisms can also be achieved in that they extend at least in part - preferably in the lower region - in the interior of the tower. Due to the advantageous embodiment of the invention according to claim 17, it is possible to prefer a translation between the rotor shaft and the ultimately driven generator shaft. Thus, the rotational speed of the rotor can be optimally adapted to the generator and to the power to be transmitted.
  • both sides of the tower on both sides extending traction means - claim 18 - the tower will be braced in the manner of a mast of a sailing ship.
  • the traction drives can run on both sides of the tower - claim 18 - or according to the advantageous embodiment of the invention according to claim 19 in the upper region on one side and in the lower region on the opposite side.
  • different building materials are used for different sections of the tower.
  • fiber-reinforced building materials can be used for the spire, or reinforced concrete for the middle area of wood or aluminum and for the lowest section. In this way, high tower heights are possible at low total weight.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a first embodiment of the invention as an off-shore wind turbine
  • Fig. 2 is a sectional view taken along line A - A in Figure 3, and
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment with a tower 1, which has an upper and a lower end 3, 4.
  • a rotor 5 with a horizontally extending rotor shaft 7 is arranged.
  • a generator 1 1 is arranged with a generator shaft 13 on a rigidly connected to the tower 1 generator support 9.
  • the coupling between the generator 11 and the rotor 5 takes place via a cable drive 15.
  • the cable drive 15 comprises a rotor shaft 17 mounted on the rotor shaft 7 and a generator shaft 19 mounted on the generator shaft 13.
  • the generator shaft 19 and the rotor shaft 17 are connected by a steel cable 21 entwined as traction means.
  • Rotor 5 and generator 1 1 are arranged on opposite sides of the tower 1.
  • the cable drive 15 is on the side of the generator 1 1 along the tower. 1
  • a plurality of steel cables 21 can be used in parallel, which loop around the rotor shaft wheel 17 and the generator shaft wheel 19.
  • the tower 1 with rotor 5, cable drive 14 and generator 1 1 is connected to a carrier device 25 at a position 26 by means of a cardanic suspension 23, which is rotatable about the axial direction of the tower 1.
  • the support means 25 comprises two floating bodies 27 rigidly connected to one another, from which four support beams 29 extend obliquely upwards starting from the corners of a square and act on the gimballed rotatable suspension 23.
  • the carrier Ger can be anchored by anchor elements, not shown, on the seabed.
  • the support means 25 with the floats 27 and the support beam 29 and the position 26 of the suspension 23 are designed so that the generator support 9 comes to rest with generator 1 1 above the sea level. As a result, the generator is less exposed to corrosive seawater.
  • the rotatable cardanic suspension 23 will be described below with reference to FIGS. 2 and 3.
  • the suspension 23 comprises an inner ring 31 which is connected by means of two opposing first bearing pin 33 about a first axis 35 tiltably connected to the tower 1.
  • the inner ring 31 is enclosed at a distance therebetween by an outer ring 37, which is mounted by means of two second bearing pin 39 about a second axis 41 tiltably on the inner ring 31.
  • the two axes 35 and 41 lie in a horizontal plane and are perpendicular to each other.
  • the outer ring 37 is rotatably supported about a third axis 47 via rolling bearings 43 on a rigidly connected to the four support beams 29 pivot bearing ring 45.
  • the third axis 47 substantially corresponds to the longitudinal axis of the tower 1 and is perpendicular to the first and second axes 35 and 41.
  • the position of the suspension 23 on the tower 1 is selected so that the tower 1 with rotor 5 and generator 1 1 assumes a stable equilibrium in a substantially vertical orientation of the tower 1.
  • the tower 1 with rotor 5 and generator 1 1 can be aligned in the wind.
  • the suspension 23 compensates for movements and swaying of the carrier device 25 due to waves.
  • the steel cable 21 is guided between the tower 1 and inner ring 31 left and right next to one of the two first bearing pin 33, since at this position, the least movement between the inner and outer ring 31, 37 takes place.
  • the steel cable 21 can also be guided between the outer and inner rings 37, 31 on the left and on the right of one of the second bearing pins 39.

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Abstract

The invention relates to a wind turbine that allows simplified construction of the anchoring or foundations for off-shore use or for use of the wind turbines on substructures that have little stability, e.g. waste disposal sites. As a result of the tower being gimbal-suspended such that it can rotate about its axial direction in a carrier device, the alignment of the tower with the rotor in the wind takes place independently of the exact position of the carrier device, meaning that said carrier device can implement at least minor changes in position with regard to the substructure. This allows the wind turbine to be used on substructures that have less solidity such as, for example, waste disposal sites. In addition, the tower can have a slimmer design since only the part of the tower above the gimbal suspension needs to be designed to support the rotor and, if necessary, the generator. Moreover, light grid structures can be used for the tower, and constructing the wind turbine thus becomes more cost-effective.

Description

Beschreibung  description
WINDKRAFTANLAGE MIT EINEM KARDANISCH MONTIERTEN TURM WIND POWER PLANT WITH A CARDANIALLY MOUNTED TOWER
Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage nach dem Oberbegriff des AnspruchsThe invention relates to a wind turbine according to the preamble of the claim
1 . 1 .
Windkraftanlagen bzw. Windräder bestehen üblicherweise aus einem Turm an dessen oberen Ende ein Rotor sowie ein damit verbundener Generator angeordnet sind. Bei elektrischen Leistungen im Multi-Megawattbereich wird das Gewicht von Rotor und Generator sehr hoch und liegt im Bereich von bis zu 800 Tonnen. Dieses hohe Gewicht am oberen Ende des Turms erfordert natürlich eine entsprechend mechanische Stabilität des Turms, was die Baukosten der Windkraftanlage wesentlich erhöht. Insbesondere bei Off-Shore-Windkraftanlagen, wie sie z. B aus der DE 20100588 U1 bekannt sind, führt dies dazu, dass die Verankerung auf dem Meeresgrund sehr aufwendig wirkt. Wind turbines or wind turbines usually consist of a tower at the upper end of a rotor and a generator connected thereto are arranged. For multi-megawatt electrical power, the weight of the rotor and generator is very high, ranging up to 800 tons. This high weight at the top of the tower of course requires a corresponding mechanical stability of the tower, which significantly increases the cost of construction of the wind turbine. In particular, in off-shore wind turbines, as z. B are known from DE 20100588 U1, this leads to the fact that the anchoring on the seabed is very expensive.
Um das hohe Gewicht und die damit verbundene massive Bauweise des Turms zu vermeiden, lehrt sowohl die DE 10 2008 024 829 B4 als auch die DE-OS 28 17 483 am oberen Ende des Turms nur den Rotor anzuordnen und den Generator im Bodenbereich des Turms. Die Rotorwelle am oberen Ende des Turms ist mit der Generatorwelle über einen Zugmitteltrieb verbunden. Da der Turm nur das Gewicht des Rotors und der Windlasten tragen muss, ergibt sich für den Turm eine einfachere bzw. weniger massi- ve Konstruktion und damit geringere Kosten. Da bei der Windkraftanlage gemäß der DE 10 2008 024 829 B4 der gesamte Turm mit Rotor und Generator drehbar ausgestaltet werden muss wird die Verankerung bzw. die Trägereinrichtung wieder vergleichsweise aufwendig. Die komplizierte Umlenkmechanik für den Seiltrieb macht die Konstruktion gemäß der DE-OS 28 17 483 ungeeignet für Windkraftanlagen im Megawattbereich. In order to avoid the high weight and the associated massive construction of the tower, teaches both DE 10 2008 024 829 B4 and DE-OS 28 17 483 at the top of the tower to arrange only the rotor and the generator in the bottom area of the tower. The rotor shaft at the upper end of the tower is connected to the generator shaft via a traction mechanism drive. Since the tower only has to carry the weight of the rotor and the wind loads, the tower has a simpler or less massive construction and thus lower costs. Since in the wind turbine according to DE 10 2008 024 829 B4 the entire tower with rotor and generator must be made rotatable the anchoring or the support device is again comparatively expensive. The complicated deflection mechanism for the cable drive makes the construction according to DE-OS 28 17 483 unsuitable for wind turbines in the megawatt range.
Ausgehend von der DE 20100588 U1 ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Windkraftanlage anzugeben, die bei Off-Shore-Einsatz oder bei Einsatz der Wind- kraftanlagen auf wenig stabilem Untergrund, z. B. Abfalldeponien, eine vereinfachte Konstruktion der Verankerung oder des Fundaments erlaubt. Starting from DE 20100588 U1, it is an object of the present invention to specify a wind power plant which can be used for off-shore use or when using wind turbines. power plants on less stable ground, z. As landfills, a simplified construction of the anchorage or the foundation allowed.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1 . The solution of this object is achieved by the features of claim 1.
Dadurch, dass Turm kardanisch und um seine axiale Richtung drehbar in einer Trägereinrichtung aufgehängt ist, kann die Ausrichtung des Turms mit Rotor im Wind unabhängig von der genauen Lage der Trägervorrichtung erfolgen. Hierzu lassen sich wie bei herkömmlichen Winkrädern Motoren einsetzen, die an der drehbaren kardani- sehen Aufhängung angreifen. D. h. die Trägereinrichtung kann gegenüber dem Untergrund zumindest kleine Lageänderungen durchführen. Damit ist es möglich die Windkraftanlage auf weniger festem Untergrund, wie zum Beispiel auf einer Mülldeponie einzusetzen. Zudem kann der Turm schlanker gebaut werden, da nur der Teil des Turms über der kardanischen für das Tragen des Rotors und gegebenenfalls des Generators ausgelegt werden muss. Auch lassen sich leichte Gitterkonstruktionen für den Turm einsetzen. Das Errichten der Windkraftanlage wird dadurch kostengünstiger. Characterized in that the tower is gimbaled and rotatably suspended about its axial direction in a support means, the alignment of the tower with rotor in the wind can be done regardless of the exact location of the support device. For this purpose, motors can be used, as in the case of conventional bevel gears, which engage on the rotatable cardanic suspension. Ie. the carrier device can perform at least small changes in position relative to the ground. This makes it possible to use the wind turbine on less solid ground, such as on a landfill. In addition, the tower can be made slimmer, since only the part of the tower above the gimbal has to be designed for carrying the rotor and possibly the generator. Also, lightweight grid structures can be used for the tower. The erection of the wind turbine is thereby cheaper.
Vorzugsweise ist die Position der der kardanischen Aufhängung so gewählt ist, dass der Turm mit Rotor und Generator in einer im wesentlichen vertikalen Ausrichtung ein stabiles Gleichgewicht einnimmt - Anspruch 2. Preferably, the position of the gimbal is chosen so that the tower with rotor and generator in a substantially vertical orientation takes a stable balance - claim 2.
Gemäß der vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 3 kann der Teil des Turms über der kardanischen Aufhängung noch schlanker und einfacher ausgeführt werden, da er nur das Gewicht des Rotors und einen Teil des Zugmitteltriebs tragen muss. According to the advantageous embodiment of the invention according to claim 3, the part of the tower on the gimbal suspension can be made even slimmer and easier, since he only needs to carry the weight of the rotor and a part of the traction drive.
Durch die starre Verbindung des Generators gemäß Anspruch 4 vereinfacht sich Konstruktion des wenigstens einen Zugmitteltriebs. Irgendwelche Umlenkrollen im unteren Bereich des Turms sind nicht nötig. Due to the rigid connection of the generator according to claim 4, construction of the at least one traction mechanism drive is simplified. Any pulleys in the lower part of the tower are not necessary.
Gemäß der vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 5 verbleibt der Turm mit Rotor in einem stabilen Gleichgewicht in im Wesentlichen vertikaler Positi- on. Durch die drehbare Aufhängung an der Trägereinrichtung kann der Turm mit Rotor im Wind ausgerichtet werden. According to the advantageous embodiment of the invention according to claim 5, the tower with rotor remains in a stable equilibrium in substantially vertical positives. on. Due to the rotatable suspension on the carrier device, the tower with rotor can be aligned in the wind.
Die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 6 stellt eine bevorzug- te und einfache Ausgestaltung der kardanischen und in axialer Richtung drehbaren Aufhängung des Turms an der Trägereinrichtung dar. The advantageous embodiment of the invention according to claim 6 represents a preferred and simple embodiment of the gimbal and in the axial direction rotatable suspension of the tower on the support means.
Da die Zugmittel des wenigstens einen Zugmitteltriebs ihre Lage gegenüber dem inneren und äußeren Ring nicht verändern, kann das Zugmittel zwischen dem Turm und/oder zwischen innerem und äußerem Ring geführt werden. Hierdurch wird gleichzeitig eine Führung der Zugmittel bereit gestellt - Anspruch 7. Since the traction means of the at least one traction mechanism drive do not change their position relative to the inner and outer ring, the traction means can be guided between the tower and / or between the inner and outer ring. As a result, a guide of the traction means is provided at the same time - claim 7.
Die vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung nach den Ansprüchen 8 bis 10 richtet sich auf Off-Shore-Windkraftanlagen, bei denen die Trägereinrichtung als schwimmende bzw. schwimmfähige Plattform ausgebildet ist. The advantageous embodiments of the invention according to claims 8 to 10 is directed to off-shore wind turbines in which the support means is formed as a floating or buoyant platform.
Gemäß der vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 1 1 handelt es sich bei dem Zugmitteltrieb um einen Seiltrieb wie dies beispielsweise von Seilbahnen für Skilifte oder maritime Kräne etc. bekannt ist. Derartige Seiltriebe sind technisch ausgereift und können ohne Probleme bei Windkraftanlagen bzw. Windrädern gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Der bzw. die Seiltriebe können, wie bei bekannten Seiltrieben, ein oder mehrere Stahlseile aufweisen, die über ein Wellenrad laufen. According to the advantageous embodiment according to claim 1 1 is in the traction drive to a cable drive as is known, for example, of cable cars for ski lifts or maritime cranes, etc. Such rope drives are technically mature and can be used without problems in wind turbines or wind turbines according to the present invention. The rope drives or, as in known cable drives, one or more steel cables which run over a shaft wheel.
Gemäß den vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung nach Anspruch 12 bis 14 wird der Seiltrieb bzw. das Zugmittel mit verschiedenen Maßnahmen gespannt, so dass die Kraftübertragung ohne Schlupf erfolgen kann. According to the advantageous embodiments of the invention according to claim 12 to 14, the cable drive or the traction means is tensioned with various measures, so that the power transmission can take place without slippage.
Durch die Schutzhülle gemäß der vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 15 wird der Zugmitteltrieb gegen Witterungseinflüsse geschützt. Dies kann insbesondere bei Offshore-Anlagen möglich sein, da das salzige Seewasser das Zugmittel insbesondere in Form von Stahlseilen angreifen könnte. Gemäß der vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 16 kann der Schutz der Zugmitteltriebe auch dadurch erreicht werden, dass diese wenigstens zum Teil - vorzugsweise im unteren Bereich - im Inneren des Turms verlaufen. Durch die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 17 ist es möglich, eine Übersetzung zwischen der Rotorwelle und der letztendlich angetriebenen Generatorwelle vorzuziehen. Damit kann die Drehgeschwindigkeit des Rotors optimal an den Generator und an die zu übertragende Leistung angepasst werden. Durch die beidseitig des Turms beidseitig verlaufenden Zugmittel - Anspruch 18 - wird der Turm nach Art eines Mastes eines Segelschiffes verspannt werden. Hierdurch wird die Stabilität des Turms erhöht, ohne dass der Turm massiver ausgeführt werden müsste. Folglich kann der Turm bei gleichem Gewicht höher gebaut werden. Die Zugmitteltriebe können beidseitig des Turms verlaufen - Anspruch 18 - oder gemäß der vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 19 im oberen Bereich auf einer Seite und im unteren Bereich auf der gegenüberliegenden Seite. Due to the protective cover according to the advantageous embodiment of the invention according to claim 15, the traction mechanism is protected against the effects of weather. This may be possible in particular in offshore installations, since the salty seawater could attack the traction means, in particular in the form of steel cables. According to the advantageous embodiment of the invention according to claim 16, the protection of the traction mechanisms can also be achieved in that they extend at least in part - preferably in the lower region - in the interior of the tower. Due to the advantageous embodiment of the invention according to claim 17, it is possible to prefer a translation between the rotor shaft and the ultimately driven generator shaft. Thus, the rotational speed of the rotor can be optimally adapted to the generator and to the power to be transmitted. By both sides of the tower on both sides extending traction means - claim 18 - the tower will be braced in the manner of a mast of a sailing ship. As a result, the stability of the tower is increased, without the tower would have to be made massive. Consequently, the tower can be built higher at the same weight. The traction drives can run on both sides of the tower - claim 18 - or according to the advantageous embodiment of the invention according to claim 19 in the upper region on one side and in the lower region on the opposite side.
Gemäß der vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 20 wird die Möglichkeit den Turm zu verspannen und damit noch eine leichtere Konstruktion zu ermöglichen, noch verbessert. According to the advantageous embodiment of the invention according to claim 20, the possibility to brace the tower and thus allow a lighter construction, even better.
Gemäß der vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 21 werden für unterschiedliche Abschnitte des Turms unterschiedliche Baumaterialien eingesetzt. Beispielsweise kann für die Turmspitze faserverstärkte Baumaterialien, für den mittleren Bereich Holz oder Aluminium und für den untersten Abschnitt Stahlbeton eingesetzt werden. Auf diese Weise sind hohe Turmhöhen bei geringem Gesamtgewicht möglich. According to the advantageous embodiment of the invention according to claim 21 different building materials are used for different sections of the tower. For example, fiber-reinforced building materials can be used for the spire, or reinforced concrete for the middle area of wood or aluminum and for the lowest section. In this way, high tower heights are possible at low total weight.
Durch die Führungseinrichtungen gemäß Anspruch 22 wird das Zugmittel sicher entlang des Turmes geführt. Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen. By the guide means according to claim 22, the traction means is guided safely along the tower. Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description with reference to the drawings.
Es zeigt: It shows:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung als Off-Shore-Windkraftanlage, 1 is a schematic representation of a first embodiment of the invention as an off-shore wind turbine,
Fig. 2 eine Schnittansicht entlang Linie A - A in Fig.3, und Fig. 2 is a sectional view taken along line A - A in Figure 3, and
Fig. 3 eine Schnittansicht entlang Linie B - B in Fig. 2. 3 is a sectional view taken along line B - B in Fig. 2nd
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform mit einem Turm 1 , der ein oberes und ein unteres Ende 3, 4 aufweist. Am oberen Ende 3 des vertikal angeordneten Turms 1 ist ein Rotor 5 mit einer horizontal verlaufenden Rotorwelle 7 angeordnet. Am unteren Ende 4 des Turms 1 ist auf einem starr mit dem Turm 1 verbundenen Generatorträger 9 ein Generator 1 1 mit einer Generatorwelle 13 angeordnet. Die Kopplung zwischen Generator 1 1 und Rotor 5 erfolgt über einen Seil- trieb 15. Der Seiltrieb 15 umfasst ein an der Rotorwelle 7 montiertes Rotorwellenrad 17 und ein an der Generatorwelle 13 montiertes Generatorwellenrad 19. Das Generatorwellenrad 19 und das Rotorwellenrad 17 werden durch ein Stahlseil 21 als Zugmittel umschlungen. Rotor 5 und Generator 1 1 sind auf einander gegenüberliegenden Seiten des Turms 1 angeordnet. Der Seiltrieb 15 ist auf der Seite des Generators 1 1 entlang dem Turm 1 . Anstelle eines Stahlseils 21 können parallel mehrere Stahlseile 21 genutzt werden, die das Rotorwellenrad 17 und das Generatorwellenrad 19 umschlingen. Fig. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment with a tower 1, which has an upper and a lower end 3, 4. At the upper end 3 of the vertically arranged tower 1, a rotor 5 with a horizontally extending rotor shaft 7 is arranged. At the lower end 4 of the tower 1, a generator 1 1 is arranged with a generator shaft 13 on a rigidly connected to the tower 1 generator support 9. The coupling between the generator 11 and the rotor 5 takes place via a cable drive 15. The cable drive 15 comprises a rotor shaft 17 mounted on the rotor shaft 7 and a generator shaft 19 mounted on the generator shaft 13. The generator shaft 19 and the rotor shaft 17 are connected by a steel cable 21 entwined as traction means. Rotor 5 and generator 1 1 are arranged on opposite sides of the tower 1. The cable drive 15 is on the side of the generator 1 1 along the tower. 1 Instead of a steel cable 21, a plurality of steel cables 21 can be used in parallel, which loop around the rotor shaft wheel 17 and the generator shaft wheel 19.
Der Turm 1 mit Rotor 5, Seiltrieb 14 und Generator 1 1 ist mittels einer kardani- schen und um die axiale Richtung des Turms 1 drehbare Aufhängung 23 an einer Posi- tion 26 mit einer Trägereinrichtung 25 verbunden. Die Trägereinrichtung 25 umfasst zwei starr miteinander verbunden Schwimmkörper 27 von denen sich ausgehend von den Ecken eines Quadrats vier Trägerbalken 29 schräg nach oben aufeinander zu erstrecken und an der kardanischen drehbaren Aufhängung 23 angreifen. Die Trä- gereinrichtung kann durch nicht dargestellte Ankerelemente auf dem Meeresboden verankert werden. Die Trägereinrichtung 25 mit den Schwimmkörpern 27 und den Trägerbalken 29 und die Position 26 der Aufhängung 23 sind so ausgelegt, dass der Generatorträger 9 mit Generator 1 1 über dem Meeresspiegel zu liegen kommt. Dadurch ist der Generator weniger dem korrosiven Meerwasser ausgesetzt. The tower 1 with rotor 5, cable drive 14 and generator 1 1 is connected to a carrier device 25 at a position 26 by means of a cardanic suspension 23, which is rotatable about the axial direction of the tower 1. The support means 25 comprises two floating bodies 27 rigidly connected to one another, from which four support beams 29 extend obliquely upwards starting from the corners of a square and act on the gimballed rotatable suspension 23. The carrier Gereinrichtung can be anchored by anchor elements, not shown, on the seabed. The support means 25 with the floats 27 and the support beam 29 and the position 26 of the suspension 23 are designed so that the generator support 9 comes to rest with generator 1 1 above the sea level. As a result, the generator is less exposed to corrosive seawater.
Die drehbare kardanische Aufhängung 23 wird nachfolgend anhand der Figuren 2 und 3 beschrieben. Die Aufhängung 23 umfasst einen inneren Ring 31 der mittels zwei einander gegenüberliegenden ersten Lagerbolzen 33 um eine erste Achse 35 kippbar mit dem Turm 1 verbunden ist. Der innere Ring 31 wird mit Abstand dazwischen von einem äußeren Ring 37 umschlossen, der mittels zwei zweiter Lagerbolzen 39 um eine zweite Achse 41 kippbar an dem inneren Ring 31 montiert ist. Die beiden Achsen 35 und 41 liegen in einer horizontalen Ebene und stehen senkrecht aufeinander. Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, ist der äußere Ring 37 über Wälzlager 43 auf einem starr mit den vier Trägerbalken 29 verbunden Drehlagerring 45 um eine dritte Achse 47 drehbar gelagert. Die dritte Achse 47 entspricht im Wesentlichen der Längsachse des Turms 1 und steht auf der ersten und zweiten Achse 35 und 41 senkrecht. Die Position der Aufhängung 23 am Turm 1 ist so gewählt, dass der Turm 1 mit Rotor 5 und Genera- tor 1 1 in einer im Wesentlichen vertikalen Ausrichtung des Turms 1 ein stabiles Gleichgewicht einnimmt. Durch diese Positionierung und durch die beschriebene Ausgestaltung der drehbaren kardanischen Aufhängung 23 kann sich der Turm 1 mit Rotor 5 und Generator 1 1 im Wind ausgerichtet werden. Zudem werden durch die Aufhängung 23 Bewegungen und Schwanken der Trägereinrichtung 25 aufgrund von Wellengang aus- geglichen. Das Stahlseil 21 wird zwischen Turm 1 und innerem Ring 31 links und rechts neben einem der beiden ersten Lagerbolzen 33 geführt, da an dieser Position die die geringste Bewegung zwischen innerem und äußerem Ring 31 , 37 erfolgt. Alternativ kann das Stahlseil 21 auch zwischen äußerem und innerem Ring 37, 31 links und rechts neben einem der zweiten Lagerbolzen 39 geführt sein. The rotatable cardanic suspension 23 will be described below with reference to FIGS. 2 and 3. The suspension 23 comprises an inner ring 31 which is connected by means of two opposing first bearing pin 33 about a first axis 35 tiltably connected to the tower 1. The inner ring 31 is enclosed at a distance therebetween by an outer ring 37, which is mounted by means of two second bearing pin 39 about a second axis 41 tiltably on the inner ring 31. The two axes 35 and 41 lie in a horizontal plane and are perpendicular to each other. As can be seen from Fig. 3, the outer ring 37 is rotatably supported about a third axis 47 via rolling bearings 43 on a rigidly connected to the four support beams 29 pivot bearing ring 45. The third axis 47 substantially corresponds to the longitudinal axis of the tower 1 and is perpendicular to the first and second axes 35 and 41. The position of the suspension 23 on the tower 1 is selected so that the tower 1 with rotor 5 and generator 1 1 assumes a stable equilibrium in a substantially vertical orientation of the tower 1. By this positioning and by the described embodiment of the rotatable gimbal 23, the tower 1 with rotor 5 and generator 1 1 can be aligned in the wind. In addition, the suspension 23 compensates for movements and swaying of the carrier device 25 due to waves. The steel cable 21 is guided between the tower 1 and inner ring 31 left and right next to one of the two first bearing pin 33, since at this position, the least movement between the inner and outer ring 31, 37 takes place. Alternatively, the steel cable 21 can also be guided between the outer and inner rings 37, 31 on the left and on the right of one of the second bearing pins 39.
Hinsichtlich der verschieden Möglichkeiten der Ausgestaltung der mechanischen Kopplung zwischen Rotor 5 und Generator 1 1 mittels einem oder mehrerer Seiltriebe 15 wird vollinhaltlich auf die Anmeldengen DE102013202156.9, DE102013202158.5 und DE202013001 179.3 hinterlegten Schutzrechtsanmeldungen des Anmelders der vorliegenden Anmeldung verwiesen. With regard to the various possibilities of the design of the mechanical coupling between the rotor 5 and generator 1 1 by means of one or more cable drives 15 is fully contained in the logs DE102013202156.9, DE102013202158.5 and DE202013001 179.3 filed patent applications of the applicant of the present application.
Bezugszeichenliste: LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Turm  1 tower
3 oberes Ende von 2  3 upper end of 2
4 unteres Ende von 2  4 lower end of 2
5 Rotor  5 rotor
7 Rotorwelle  7 rotor shaft
9 Generatorträger  9 generator carrier
1 1 Generator  1 1 generator
13 Generatorwelle  13 generator shaft
15 Seiltrieb  15 rope drive
17 Rotorwellenrad  17 rotor shaft wheel
19 Generatorwellenrad  19 generator shaft wheel
21 Stahlseil, Zugmittel  21 Steel cable, traction means
23 drehbare, kardanische Aufhängung 23 rotatable cardan suspension
25 Trägereinrichtung 25 carrier device
26 Position der Aufhängung 23 am Turm 2 26 position of the suspension 23 on the tower 2
27 Schwimmkörper 27 floats
29 Trägerbalken  29 support beams
31 innerer Ring  31 inner ring
33 erste Lagerbolzen  33 first bearing pin
35 erste Achse  35 first axis
37 äußerer Ring  37 outer ring
39 zweite Lagerbolzen  39 second bearing pin
41 zweite Achse  41 second axis
43 Wälzlager  43 rolling bearings
45 starrer Drehlagerring  45 rigid rotary bearing ring
47 dritte Achse  47 third axis

Claims

Ansprüche  claims
Windkraftanlage zur Erzeugung elektrischer Energie, mit Wind turbine for generating electrical energy, with
einem Turm (1 ), der ein oberes und ein unteres Ende (3, 4) aufweist, a tower (1) having upper and lower ends (3, 4),
einem an dem oberen Ende (3) angeordneten Rotor (5), a rotor (5) arranged at the upper end (3),
einem Generator, der mit dem Turm verbunden ist und mechanisch mit dem Rotor (5) gekoppelt ist, a generator connected to the tower and mechanically coupled to the rotor (5),
und and
einer Trägereinrichtung (25) an der der Turm (1 ) montiert ist, a carrier device (25) on which the tower (1) is mounted,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der Turm (1 ) kardanisch und um seine axiale Richtung (47) drehbar in der Trägereinrichtung (25) montiert ist und dass die drehbare kardanische Aufhängung (23) zwischen Rotor (5) und Generator (1 1 ) am Turm (1 ) angreift. in that the tower (1) is mounted cardanically and rotatably about its axial direction (47) in the carrier device (25) and that the rotatable cardanic suspension (23) between the rotor (5) and the generator (11) engages the tower (1) ,
Windkraftanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, Wind turbine according to claim 1, characterized in that
dass die Position der kardanischen Aufhängung so gewählt ist, dass der Turm (1 ) mit Rotor (5) und Generator (1 1 ) in einer im wesentlichen vertikalen Ausrichtung ein stabiles Gleichgewicht einnimmt. that the position of the gimbal is chosen so that the tower (1) with rotor (5) and generator (1 1) assumes a stable balance in a substantially vertical orientation.
Windkraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, Wind turbine according to claim 1 or 2, characterized
dass der Generator (1 1 ) im Bereich des unteren Endes (4) des Turms (1 ) angeordnet ist, und that the generator (1 1) in the region of the lower end (4) of the tower (1) is arranged, and
dass die mechanische Kopplung zwischen Rotor (5) und Generator (1 1 ) über wenigstens einen Zugmitteltrieb (15) erfolgt, der jeweils ein Zugmittel (21 ) um- fasst, das zwei im Abstand zueinander angeordnete Zugmitteltriebwellen (7, 13) umschlingt und das die Drehbewegung der Rotorwelle (7) auf die Generatorwelle (13) überträgt. Windkraftanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (1 1 ) im Bereich des unteren Endes (4) starr mit dem Turmin that the mechanical coupling between the rotor (5) and the generator (11) takes place via at least one traction mechanism (15) which in each case encloses a traction means (21) which wraps around two mutually spaced traction drive shafts (7, 13) and transmits the rotational movement of the rotor shaft (7) to the generator shaft (13). Wind turbine according to claim 3, characterized in that the generator (1 1) in the region of the lower end (4) rigid with the tower
(1 ) verbunden ist. (1) is connected.
Windkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Position (26) der drehbaren kardanischen Aufhängung (23) am Turm (1 ) so gewählt ist, dass der Turm (1 ) mit Rotor (5) und Generator (1 1 ) in vertikaler Ausrichtung (47) in einer stabilen Gleichgewichtslage ist. Wind turbine according to one of the preceding claims, characterized in that the position (26) of the rotatable gimbal (23) on the tower (1) is selected so that the tower (1) with rotor (5) and generator (1 1) in vertical alignment (47) in a stable equilibrium position.
Windkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, Wind turbine according to one of the preceding claims, characterized
dass die drehbare kardanische Aufhängung (23) einen inneren Ring (31 ) aufweist, an dem der Turm (1 ) um eine erste Achse (35) kippbar gelagert ist, das die kardanische Aufhängung (23) einen äußeren Ring (35) aufweist, an dem der innere Ring (31 ) um eine zweite Achse (41 ) kippbar gelagert ist, in that the rotatable cardanic suspension (23) has an inner ring (31) on which the tower (1) is tiltably mounted about a first axis (35) which has the cardanic suspension (23) an outer ring (35) in that the inner ring (31) is tiltably mounted about a second axis (41),
dass der äußere Ring (37) und eine dritte Achse (47) drehbar an der Trägereinrichtung (25) montiert ist, und that the outer ring (37) and a third axis (47) are rotatably mounted on the support means (25), and
das die drei Achsen (35, 41 , 47) im Wesentlichen senkrecht aufeinander stehen. that the three axes (35, 41, 47) are substantially perpendicular to each other.
Windkraftanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, Wind power plant according to claim 6, characterized
dass der wenigstens eine Zugmitteltrieb (15) zwischen Turm (1 ) und inneremthat the at least one traction mechanism drive (15) between tower (1) and inner
Ring (31 ) und/oder zwischen innerem und äußerem Ring (31 , 37) geführt ist. Ring (31) and / or between the inner and outer ring (31, 37) is guided.
Windkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, Wind turbine according to one of the preceding claims, characterized
dass die Trägereinrichtung (25) eine schwimmende Plattform ist. in that the carrier device (25) is a floating platform.
Windkraftanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, Wind turbine according to claim 8, characterized in that
dass die schwimmende Plattform (25) Befestigungsmittel umfasst, mittels der die schwimmende Plattform (25) relativ zum Meeresgrund örtlich fixierbar ist. in that the floating platform (25) comprises fastening means by means of which the floating platform (25) can be fixed locally relative to the seabed.
10. Windkraftanlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (1 1 ) über dem Meeresspiegel angeordnet ist. 10. Wind turbine according to claim 8 or 9, characterized in that the generator (1 1) is arranged above the sea level.
1 1 . Windkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Zugmitteltrieb ein Seiltrieb (15) ist. 1 1. Wind power plant according to one of the preceding claims, characterized in that the traction mechanism drive is a cable drive (15).
12. Windkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zugmitteltrieb (15) eine Spannvorrichtung für das Zugmittel (21 ) umfasst. 12. Wind power plant according to one of the preceding claims, characterized in that the traction mechanism drive (15) comprises a tensioning device for the traction means (21).
13. Windkraftanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung das Gewicht des Generators (1 1 ) nutzt. 13. Wind turbine according to claim 12, characterized in that the tensioning device uses the weight of the generator (1 1).
14. Windkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Zugmitteltriebwelle entlang des Turmes14. Wind turbine according to one of the preceding claims 2 to 12, characterized in that at least one traction drive shaft along the tower
(1 ) längsbeweglich angeordnet ist. (1) is arranged longitudinally movable.
15. Windkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Turm (1 ) und der wenigstens eine Zugmitteltrieb (15) mit einer Schutzhülle umgeben sind. 15. Wind turbine according to one of the preceding claims 2 to 13, characterized in that the tower (1) and the at least one traction mechanism drive (15) are surrounded by a protective cover.
16. Windkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Zugmitteltrieb (15) zumindest zum Teil im Inneren des Turms (1 ) verläuft. 16. Wind turbine according to one of the preceding claims 2 to 14, characterized in that the at least one traction mechanism drive (15) extends at least partially in the interior of the tower (1).
17. Windkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Zugmitteltriebwellen (7, 13) Wellenräder (17, 19) mit unterschiedlichen Durchmessern angeordnet sind. 18. Windkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein erster und ein zweiter Zugmitteltrieb vor- gesehen sind, die auf einander gegenüberliegend Seiten des Turmes (1 ) entlang des Turmes (1 ) verlaufen. 17. Wind turbine according to one of the preceding claims 2 to 15, characterized in that on the traction drive shafts (7, 13) shaft wheels (17, 19) are arranged with different diameters. 18. Wind power plant according to one of the preceding claims 3 to 17, characterized in that at least a first and a second traction mechanism drive forward seen running on opposite sides of the tower (1) along the tower (1).
19. Windkraftanlage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, 19. Wind power plant according to claim 18, characterized
dass der erste Zugmitteltrieb im oberen Bereich des Turmes (1 ) und der zweite Zugmitteltrieb im unteren Bereich des Turmes (1 ) verläuft, und  that the first traction mechanism drive in the upper region of the tower (1) and the second traction mechanism drive in the lower region of the tower (1), and
dass eine Zugmitteltriebwelle den Turm (1 ) durchsetzt.  a traction drive shaft passes through the tower (1).
20. Windkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens drei Zugmitteltriebe vorgesehen sind, die jeweils abwechselnd auf einander gegenüberliegend Seiten des Turmes (1 ) entlang des Turmes angeordnet sind. 20. Wind turbine according to one of the preceding claims, characterized in that at least three traction mechanisms are provided, which are each arranged alternately on opposite sides of the tower (1) along the tower.
21 . Windkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Turm (1 ) abschnittsweise unterschiedliche Baumaterialien aufweist. 21. Wind power plant according to one of the preceding claims, characterized in that the tower (1) has sections of different construction materials.
22. Windkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugmittel (21 ) der Zugmitteltriebe (15) durch Führungseinrichtungen entlang des Turmes (1 ) geführt sind. 22. Wind power plant according to one of the preceding claims, characterized in that the traction means (21) of the traction mechanism drives (15) are guided by guide means along the tower (1).
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