DE102004007763A1

DE102004007763A1 - Windenergiekonverter mit einer Rotorblattbeheizung

Info

Publication number: DE102004007763A1
Application number: DE102004007763A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Grever
Original assignee: W2E WIND TO ENERGY GmbH
Current assignee: W2E WIND TO ENERGY GmbH
Priority date: 2004-02-18
Filing date: 2004-02-18
Publication date: 2005-09-08

Abstract

Bei einem Windenergiekonverter weist der Gondelkopf einen Maschinenträger auf, dem eine wenigstens einen Innenraum aufweisende Rotornabe vorgelagert ist. Der Triebstrang der Rotornnabe ist am Eintritt in den Gondelkopf über wenigstens ein Rotorlager am Maschinenträger abgestützt. Das Innere des Gondelkopfes und der Innenraum der Rotornabe sind über wenigstens einen Strömungskanal derart miteinander verbunden, daß der Strömungskanal durch den Innenring des Rotorlagers hindurchgeführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Windenergiekonverter mit einem einen Maschinenträger aufweisenden Gondelkopf, dem eine wenigstens einen Innenraum aufweisende Rotornabe vorgelagert ist, deren Triebstrang am Eintritt in den Gondelkopf über wengistens ein Rotorlager am Maschinenträger abgestützt ist, wobei das Innere des Gondelkopfes und der Innenraum der Rotomabe über wenigstens einen Strömungskanal miteinander verbunden sind.
Die Rotomabe ist Teil des Rotors und trägt ein oder mehrere Rotorblätter. Um eine Eisbildung auf den Rotorblättern zu verhindern, ist es insbesondere bei großen Windenergiekonvertern bekannt, sie mit einer Rotorblattbeheizung auszurüsten.

Die Offenlegungsschrift DE 196 44 355 zeigt einen Windenergiekonverter, mit dem die im Gondelkopf anfallende Generator- bzw. Getriebeabwärme genutzt werden kann. Dazu weist der Strömungskanal eine den Triebstrang umgebende Ringkammer auf, mit der die erwärmte Luft aus dem Gondelkopf in die Rotornabe übergeleitet wird. Hier besteht jedoch ein Problem in der Realisierung einer Verschleiß- und leckagearmen Abdichtung zwischen einer statorseitig und einer rotorseitig angeordneten Kammerhälfte.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Windenergiekonverter der eingangs beschriebenen Gattung aufzuzeigen, mit dem eine nahezu verschleiß- und leckagefreie Überleitung von erwärmter Luft aus dem Gondelkkopf in die Rotomabe möglich ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch einen Windenergiekonverter mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den auf den Patentanspruch 1 rückbezogenen Unteransprüchen 2 bis 17 angegeben.

Der erfindungsgemäße Windenergiekonverter zeichnet sich dadurch aus, daß der Strömungskanal durch den Innenring des Rotorlagers hindurchgeführt ist. Mit einer derartigen Ausbildung ist ein Windenergiekonverter geschaffen, mit dem eine nahezu verschleiß- und leckagefreie Überleitung von erwärmter Luft aus dem Gondelkopf in die Rotomabe möglich ist. Die erwärmte Luft kann beispielsweise mittels eines in den Gondelkopf integrierten Heizaggregates erzeugt werden. Zudem kann auch die im Gondelkopf anfallende Generator- bzw. Getriebeabwärme zur Erzeugung der erwärmten Luft genutzt werden oder zumindest beitragen.

Nach einer ersten Weiterbildung der Erfindung ist dem Strömungskanal wenigstens ein Strömungserzeuger zugeordnet. Dieser ist bevorzugt in das Innere des Gondelkopfes integriert und ist beispielsweise als Lüfter, oder Gebläse ausgebildet. Der Strömungserzeuger hat die Aufgabe, ein Wärmeübertragungsmittel, insbesondere Luft, von einer Wärmequelle durch den Strömungskanal hindurch in die Rotorflügel zu bewegen.

Der Strömungskanal weist dazu wenigstens eine in den Innenraum der Rotornbe einmündende Ausströmöffnung auf, die bevorzugt vom Innenring des Rotorlagers ausgebildet ist. Es ist jedoch ebenso denkbar, daß der Strömungskanal mehrere rotationssymmetrisch im Innenring verteilt angeordnete Ausströmöffnungen aufweist. Auf dem der Ausströmöffnung gegenüberliegenden Ende weist der Strömungskanal wenigstens eine in das Innere des Gondelkopfes einmündende Einströmöffnung auf. Diese ist beispielsweise in einem Kupplungsrad angeordnet, das in den Triebstrang vorzugsweise im Bereich des Innenringes eingesetzt ist. Vornehmlich weist das etwa scheibenartig ausgebildete Kupplungsrad jedoch mehrere, insbesondere drei Einströmöffnungen auf, die rotationssymmetrisch im Radkörper des Kupplungsrades verteilt angeordnet sind. Bei mehreren Einströmöffnungen ist der Radkörper mit Vorteil auf schmale, die Einströmöffnungen begrenzende Stege oder Speichen reduziert.

Nach einer nächsten Weiterbildung der Erfindung, wird vorgeschlagen, das Kupplungsrad von einem scheibenartig ausgebildeten Bauteil auf ein teller-, topf- bzw. schüsselartig ausgebildetes Bauteil zu erweitern, so daß die Einströmöffnung dann räumlich von der vom Innenring des Rotorlagers geschaffenen Ausströmöffnung abrückt bzw. in das Innere des Gondelkopfes hineinrückt.

Das Kupplungsrad ist erfindungsgemäß über den Innenring des Rotorlagers mit der Rotornabe verbunden, so daß der Innenring ein Bindeglied zwischen dem Kupplungsrad und der Rotornabe ausbildet. Alternativ dazu wird vorgeschlagen, daß das Kupplungsrad ein Teilabschnitt der Rotornabe ist. Bei einer derartigen Ausbildung sitzt das Rotorlager mit seinem Innenring auf der Peripherie der Rotornabe, wobei der das Kupplungsrad ausbildende Teilabschnitt durch den Innenring des Rotorlagers hindurch in das Innere des Gondelkopfes hineinsteht oder zumindest an dieses ansteht.

Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung weist das Kupplungsrad wenigstens ein Arretierlager zum mechanischen Arretieren des gesamten Triebstranges auf. Da der Durchmesser des Kupplungsrades etwa die Größe des Durchmessers des Innenringes aufweist, sind die zum Arretieren des Triebsstranges vom Arretierlager aufzunehmenden Blockierkräfte vorteilhaft klein. Das Arretierlager ist bevorzugt als wenigstens ein in dem Radkörper des Kupplungsrades angeordneter Durchbruch oder Ausbruch ausgebildet, in den ein Riegelorgan einschiebbar ist, welches sich am Maschinenträger abstützt.

Nach einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist dem Kupplungsrad wenigstens eine elastische Kupplung vorgeschaltet. Mit dem Kupplungsrad ist eine besonders effektive Schwingungsentkoppelung zwischen dem Rotor und dem Getriebe realisiert, so daß die Betriebsgeräusche bei dem erfindungsgemäßen Windenergiekonverter deutlich reduziert sind.

Die elastische Kupplung ist als Elastomerkupplung mit wenigstens einem elastischen Übertragungselement ausgebildet. Elastomerkupplungen weisen Verdrehwinkel unter 5° auf und sind für den hier vorliegenden Anwendungsfall besonders geeignet. Es ist bevorzugt vorgesehen, daß die elastische Kupplung eine Bolzenkupplung mit ihren Bolzen zugeordneten Elastomerhülsen ist. Der Einsatz anderer Elastomerkupplungen ist hier jedoch ebenso denkbar.

Es ist besonders günstig, wenn der Antriebsstrang an der Stelle der Schwingungsentkopplung einen möglichst großen Durchmessers aufweist. Dazu ist das Kupplungsrad über die Bolzen der Bolzenkupplung mit wenigstens einem Redezierstück verbunden, mit dem der Nabendurchmesser des Kupplungsrades auf den Durchmesser einer Getriebeeingangswelle reduziert ist. Das Reduzierstück und die Getriebeeingangswelle sind bevorzugt mittels Paßfeder-, Paßstift- oder Schrumpfverbindung miteinander verbunden, wobei die Paßfederverbindung eine Vielzahl längs zur Rotationsachse des Triebstranges angeordnete Stiftfedern aufweist. Mit einer derartigen Ausbildung des Reduzierstückes baut der erfindungsgemäße Triebstrang besonders kurz, so daß konstruktive Maßnahmen zur Schaffung des im Inneren des Gondelkopfes erforderlichen Platzbedarfs, der zum Beschicken der Einströmöffnung mit erwärmter Luft erforderlich ist, maßgeblich vereinfacht sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung aus dem sich weitere konstruktive Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
1 eine perspektivische Teilansicht des Gondelkopfes eines erfindungsgemäßen Windenergiekonverters mit geschnitten dargestelltem Maschinenträger in einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine Seitenansicht des Gondelkopfes eines erfindungsgemäßen Windenergiekonverters mit geschnitten dargestelltem Maschinenträger in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
3 eine Explosionsdarstellung des in 2 dargestellten Gondelkopfes, und
4 eine vergrößerte Teilansicht des in 3 dargestellten Gondelkopfes.
Die 1 zeigt eine perspektivische Teilansicht des Gondelkopfes eines erfindungsgemäßen Windenergiekonverters mit geschnitten dargestelltem Maschinenträger 1 in einem ersten Ausführungsbeispiel. Dem Gondelkopf ist eine Rotornabe 2 mit einem Innenraum 3 vorgelagert. Der Triebstrang 4 der Rotornabe 2 ist am Eintritt in den Gondelkopf über ein Rotorlager 5 am Maschinenträger 1 abgestützt, wobei das Innere 6 des Gondelkopfes und der Innenraum 3 der Rotornabe 2 über wenigstens einen Strömungskanal miteinander verbunden sind. Die Pfeile geben die im Strömungskanal vorherrschende Strömungsrichtung an. Im Inneren 6 des Gondelkopfes ist der Triebstrang 4 mit einer Getriebeeingangswelle 7 eines Getriebes 8 verbunden.
Erfindungsgemäß ist der Strömungskanal durch den Innenring des Rotorlagers 5 hindurchgeführt. Dazu weist der Strömungskanal eine in den Innenraum der Rotomabe 2 einmündende Ausströmöffnung auf, die vom Innenring 14 des Rotorlagers 5 ausgebildet wird. Auf dem der Ausströmöffnung gegenüberliegenden Ende weist der Strömungskanal drei in das Innere 6 des Gondelkopfes einmündende Einströmöffnungen 10 auf. Diese sind in einem Kupplungsrad 9 angeordnet, das in den Triebstrang 4 im Bereich des Innenringes 14 eingesetzt ist. Das einen etwa scheibenartig ausgebildeten Radkörper aufweisende Kupplungsrad 9 ist über den Innenring des Rotorlagers 5 mit der Rotomabe 2 verbunden.
Die 2 zeigt eine Seitenansicht des Gondelkopfes eines erfindungsgemäßen Windenergiekonverters mit geschnitten dargestelltem Maschinenträger 1 in einem zweiten Ausführungsbeispiel. Dem Gondelkopf ist ebenfalls eine Rotomabe 2 mit einem Innenraum 3 vorgelagert. Der Triebstrang 4 der Rotornabe 2 ist am Eintritt in den Gondelkopf über ein Rotorlager 5 am Maschinenträger 1 abgestützt, wobei auch hier das Innere 6 des Gondelkopfes und der Innenraum 3 der Rotornabe 2 über wenigstens einen Strömungskanal miteinander verbunden sind. Im Inneren 6 des Gondelkopfes ist der Triebstrang 4 mit einer Getriebeeingangswelle 7 eines Getriebes 8 verbunden. Das einen etwa schlüsselartig erweiterten Radkörper aufweisende Kupplungsrad 9 ist über den Innenring des Rotorlagers 5 mit der Rotomabe 2 verbunden und weist ein Arretierlager 11 zum mechanischen Arriteren des gesamten Triebstranges 4 auf. Zwischen dem Kupplungsrad 9 und der Getriebeeingangswelle 7 ist eine elastische Kupplung 12 mit einem Reduzierstück 13 angeordnet, mit dem der Nabendurchmesser des Kupplungsrades 9 auf den Durchmesser der Getriebeeingangswelle 7 reduziert ist.
Die 3 zeigt eine Explosionsdarstellung des in 2 dargestellten Gondelkopfes. Das Rotorlager 5 weist einen Innenring 14, einen Außenring 15 und Wälzkörper 16 auf. Aus der 3 ist erkennbar, daß das Kupplungsrad 9 über den die Auströmöffnung 14' ausbildenden Innenring 14 mit der Rotornabe 2 verbunden ist. Der Außenring 15 des Rotorlagers 5 stützt sich am geschnitten dargestellten Maschinenträger 1 ab. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszahlen versehen.
Die 4 zeigt eine vergrößerte Teilansicht des in 2 dargestellten Gondelkopfes, aus der erkennbar ist, daß die elastische Kupplung 12 eine Bolzenkupplung mit ihren Bolzen 17 zugeordneten Elastomerhülsen 18 ist. In montiertem Zustand ist das als schüsselartiges Hohlteil ausgebildete Kupplungsrad 9 über die die Bolzenkupplung ausbildenden Bolzen 17 mit dem Reduzierstück 13 verbunden. Das Reduzierstück 13 und die Getriebeeingangswelle 7 sind mittels Paßfederverbindung 19 miteinander verbunden, die eine Vielzahl längs zur Rotationsachse des Triebstranges 4 angeordnete Stiftfedern 20 aufweist. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszahlen versehen.

Claims

Windenergiekonverter mit einem einen Maschinenträger aufweisenden Gondelkopf, dem eine wenigstens einen Innenraum aufweisende Rotornabe vorgelagert ist, deren Triebstrang am Eintritt in den Gondelkopf über wenigstens ein Rotorlager am Maschinenträger abgestützt ist, wobei das Innere des Gondelkopfes und der Innenraum der Rotomabe über wenigstens einen Strömungskanal miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal durch den Innenring (14) des Rotorlagers (5) hindurchgeführt ist.
Windenergiekonverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Strömungskanal wenigstens ein Strömungserzeuger zugeordnet ist.
Windenergiekonverter nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal wenigstens eine in den Innenraum (3) der Rotornabe (2) einmündende Ausströmöffnung (14') aufweist, die vom Innenring (14) des Rotorlagers (5) ausgebildet wird.
Windenergiekonverter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal wenigstens eine in das Innere (6) des Gondelkopfes einmündende Einströmöffnung (10) aufweist, die in einem Kupplungsrad (9) angeordnet ist, welches in den Triebstrang (4) im Bereich des Innenringes (14) eingesetzt ist.
Windenergiekonverter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsrad (9) einen schüsselartig ausgebildeten Radkörper aufweist.
Windenergiekonverter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsrad (9) einen scheibenartig ausgebildeten Radkörper aufweist.
Windenergiekonverter nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsrad (9) mehrere rotationssymmetrisch in seinem Radkörper verteilt angeordnete Einströmöffnungen (10) aufweist.
Windenergiekonverter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Radkörper auf die Einströmöffnungen (10) begrenzende Stege reduziert ist.
Windenergiekonverter nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsrad (9) über den Innenring (14) des Rotorlagers (5) mit der Rotornabe (2) verbunden ist.
Windenergiekonverter nach Anspruch einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsrad (9) ein Teilabschnitt der Rotornabe (2) ist.
Windenergiekonverter nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsrad (9) wenigstens ein Arretierlager (11) zum mechanischen Arretieren des gesamten Triebstranges (4) aufweist.
Windenergiekonverter nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kupplungsrad (9) wenigstens eine elastische Kupplung (12) vorgeschaltet ist.
Windenergiekonverter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Kupplung (12) als Elastomerkupplung mit wenigstens einem elastischen Übertragungselement ausgebildet ist.
Windenergiekonverter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Kupplung (12) eine Bolzenkupplung mit ihren Bolzen (17) zugeordneten Elastomerhülsen (18) ausgebildet ist.
Windenergiekonverter nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsrad (9) über die Bolzen (17) der Bolzenkupplung mit wenigstens einem Reduzierstück (13) verbunden ist, mit dem der Nabendurchmesser des Kupplungsrades (9) auf den Durchmesser einer Getriebeeingangswelle reduziert ist.
Windenergiekonverter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduzierstück (13) und die Getriebeeingangswelle (7) mittels Paßfederverbindung (19) miteinander verbunden sind.
Windenergiekonverter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Paßfederverbindung (19) eine Vielzahl, längs zur Rotationsachse des Triebstranges (4) angeordnete Stiftfedern (20) aufweist.