DE102012011268A1

DE102012011268A1 - Windenergieanlage

Info

Publication number: DE102012011268A1
Application number: DE102012011268A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Exner Jochen; Dipl.-Ing. Schulze Hans Ullrich
Original assignee: Centa Antriebe Kirschey GmbH
Current assignee: Centa Antriebe Kirschey GmbH
Priority date: 2012-06-08
Filing date: 2012-06-08
Publication date: 2013-12-12
Also published as: WO2013182175A1

Abstract

Die Erfindung betrifft u. a. eine Windenergieanlage (10), umfassend einen Maschinenträger (11), einen Rotor (12) mit mindestens einem Rotorblatt (13), und einen Antriebsstrang (14), der Antriebsstrangelemente (15, 16), wie Getriebe und/oder Generator, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Kraftleitungsweg zwischen einer Nabe (18) des Rotors (12) und wenigstens einem Antriebsstrangelement (15, 16) eine Kupplungseinheit (100, 110a, 110b) angeordnet ist, die eine antriebsseitige Anschlussvorrichtung (112) zur mittelbaren oder unmittelbaren Verbindung mit der Nabe und eine abtriebsseitige Anschlussvorrichtung (212) zur mittelbaren oder unmittelbaren Verbindung mit dem Antriebsstrangelement aufweist, wobei die Kupplungseinheit zwischen der antriebsseitigen Anschlussvorrichtung (112) und der abtriebsseitigen Anschlussvorrichtung (212) einen Axialversatz, einen Radialversatz, und einen Winkelversatz zulässt, und als Gleichlaufkupplung ausgebildet ist, und unabhängig von der Versatzstellung reaktionskraftfrei oder nahezu reaktionskraftfrei Drehmomente von der Nabe (18) auf das Antriebsstrangelement (15, 16) überträgt.

Description

Die Erfindung betrifft zunächst eine Windenergieanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Windenergieanlagen der gattungsgemäßen Art, die auch als Windkraftmaschinen oder Windturbinen bezeichnet werden, sind bekannt und weit verbreitet. Sie umfassen in der Regel einen drehbaren Rotor mit einem oder mehreren Rotorblättern, der drehbar an einem Maschinenträger gelagert ist. Der Maschinenträger ist am oberen Ende eines Mastes angeordnet.
Die Nabe des Rotors ist mit einem Antriebsstrang verbunden. Typischerweise umfasst der Antriebsstrang ein Getriebe sowie einen Generator. Die Drehbewegung des Rotors wird unter Zuhilfenahme des Getriebes übersetzt. Insbesondere dient das Getriebe der Erzielung höherer Drehzahlen.
Windenergieanlagen des Standes der Technik sind auch in getriebeloser Ausführung bekannt. Die Erfindung bezieht sich auf sämtliche Varianten von Windenergieanlagen.
Im Stand der Technik sind unterschiedliche Bauformen der Antriebsstränge bekannt, die in vollintegrierte, teilintegrierte, oder aufgelöste Bauformen unterschieden werden. Die Klassifikation unterschiedlichen Bauformen beurteilt sich insbesondere danach, ob sich das Getriebe, bzw. der Generator mit der Rotorwelle auf einer gemeinsamen Welle befindet oder nicht.
Probleme bereitet bei Windenergieanlagen des Standes der Technik die Lagerung des Rotors und die Lagerung der Elemente des Antriebsstranges. Auf Grund der großen auftretenden Kräfte und der enorm hohen Antriebsmomente können Kräfte und Drehmomente in das Getriebe, bzw. ggf. sogar in den Generator eingeleitet werden, was zu einem frühzeitigen Verschleiß der Komponenten des Antriebsstranges, bzw. zu verkürzten Lebensdauern führen kann.
Um diesen Problemen entgegen zu wirken, werden die zusammen spielenden Komponenten des Antriebsstranges einschließlich der Nabe und die Lager entsprechend groß dimensioniert, was zu einer sehr biegesteifen und auch schweren Anlage führt.
Im Stand der Technik wurde deshalb bereits Überlegungen angestellt, den Rotor von dem Getriebe durch Anordnung entkoppelnder Verbindungsmittel zu entkoppeln, um eine Übertragung von Axialbewegungen, Radialbewegungen oder Biegebewegungen auf das Getriebe im Wesentlichen zu verhindern. Hierzu schlägt die WO 2011/058185 A2 Verbindungsmittel vor, die von Elastomerkörpern gebildet sind. Der Einsatz von Elastomerkörpern kann bei Windenergieanlagen der gattungsgemäßen Art Probleme bereiten, da hierdurch zum Einen keine hohen Drehmomente übertragen werden können, und zum Anderen auf Grund des zu erwartenden Verschleißes dieser Elastomerkörper nur sehr geringe Lebensdauern zu erwarten sind, bzw. der Wartungsaufwand steigt.
Bekannte Kupplungseinheiten, die Elastomerkörper aufweisen, können optimale Kupplungseigenschaften im Hinblick auf Axialversatz, Radialversatz und Winkelversatz nicht unbedingt erreichen.
Ausgehend von dem geschilderten Stand der Technik liegt die Aufgabe der Erfindung darin, eine Windenergieanlage der eingangs geschilderten Art derartig weiter zu entwickeln, dass die Einwirkung von Zwangsreaktionen oder Zwangskräften auf die Antriebsstrangelemente minimiert oder weitgehend eliminiert wird.
Die Erfindung löst diese Aufgabe zunächst mit den Merkmalen des Anspruches 1, und ist demgemäß insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass im Kraftleitungsweg zwischen einer Nabe des Rotors und wenigstens einem Antriebsstrangelement eine Kupplungseinheit angeordnet ist, die eine antriebsseitige Anschlussvorrichtung zur mittelbaren oder unmittelbaren Verbindung mit der Nabe und eine abtriebsseitige Anschlussvorrichtung zur mittelbaren oder unmittelbaren Verbindung mit dem Antriebsstrangelement aufweist,

– wobei die antriebsseitige Anschlussvorrichtung, wie Flansch, eine antriebsseitige Rotationsachse aufweist und mit einer Vielzahl von antriebsseitigen Befestigungsmitteln versehen ist, welche alle in einer gemeinsamen Radialebene der Rotationsachse und auf einem gemeinsamen Radius um die Rotationsachse der antriebsseitigen Anschlussvorrichtung angeordnet sind,
– wobei die abtriebsseitige Anschlussvorrichtung, wie Flansch, eine abtriebsseitige Rotationsachse aufweist und mit einer Vielzahl von abtriebsseitigen Befestigungsmitteln versehen ist, welche alle in einer gemeinsamen Radialebene der Rotationsachse und auf einem gemeinsamen Radius um die Rotationsachse der abtriebseitigen Anschlussvorrichtung angeordnet sind,
– wobei Verbindungselemente, wie Lenker oder Koppelstange, einerseits an einem antriebsseitigen Befestigungsmittel und andererseits an einem abtriebsseitigen Befestigungsmittel mittels einer drei Freiheitsgerade ermöglichenden Gelenkverbindung, insbesondere einer sphärischen Gelenkverbindung, angeordnet sind,
– wobei der Radius, auf welchem die antriebsseitigen Befestigungsmittel um die antriebsseitige Rotationsachse angeordnet sind und der Radius, auf welchem die abtriebsseitigen Befestigungsmittel um die abtriebsseitige Rotationsachse angeordnet sind betragsmäßig identisch sind,
– und wobei das antriebsseitige Befestigungsmittel und das mit diesem mittels eines Verbindungselementes gekoppelte abtriebsseitige Befestigungsmittel hinsichtlich der antriebsseitigen Rotationsachse um 80 Grad bis 100 Grad, insbesondere 85 Grad bis 95 Grad, insbesondere um im Wesentlichen 90 Grad, umfangsbeabstandet zueinander, angeordnet sind.

Das Prinzip der Erfindung besteht im Wesentlichen darin, eine besondere Kupplungseinheit im Kraftleitungsweg zwischen der Rotornabe und wenigstens einem Antriebsstrangelement anzuordnen. Für den Fall, dass der Antriebsstrang getriebelos arbeitet, ist die Kupplungseinheit zwischen Nabe und Generator angeordnet. Für den Fall, dass der Antriebsstrang ein Getriebe aufweist, ist die Kupplungseinheit zwischen Nabe und Getriebe im Kraftleitungsweg angeordnet.
Die Kupplungseinheit ist im Stande, auch größeren Winkel- und Axialversatz sowie Radialversatz auszugleichen. Sie kann außerdem sehr hohe Drehmomente vom Antrieb auf den Abtrieb übertragen.
Durch Einsatz einer Kupplungseinheit im Kraftweg zwischen Nabe und Antriebsstrangelement, mit der Maßgabe, dass die Kupplungseinheit im Prinzip reaktionskraftfrei eine Drehmomentübertragung zulässt, wobei die Kupplung als Gleichlaufkupplung ausgebildet ist und somit unabhängig von ihrer Versatzstellung die Drehmomente reaktionskraftfrei überträgt, kann das Antriebsstrangelement von der Nabe entkoppelt werden. Zusatzlasten aus dem Antrieb und Versatz- bzw. Windlasten und Schwingungen werden von der Nabe nicht mehr in nachteiliger Weise auf das Antriebsstrangelement übertragen.
Zudem kann die Windenergieanlage mit einer reduzierten Teilezahl konzipiert werden. Schließlich kann der Wartungsaufwand und der Montageaufwand reduziert werden. Fertigungstoleranzen spielen nicht mehr in dem Maße, wie dies im Stand der Technik der Fall war, eine Rolle. Die Anlage kann insgesamt kompakter, das heißt kleiner konzipiert werden, was die erforderlichen Massen der Bauelemente reduziert. Auch kann die Anbringung der Nabe des Rotors an dem Maschinenträger und die Ausgestaltung der Lager vereinfacht erfolgen.
Die Kupplungseinheit ist dadurch kennzeichnet, dass der Radius, auf welchem die antriebsseitigen Befestigungsmittel um die antriebsseitige Rotationsachse angeordnet sind und der Radius, auf welchem die abtriebsseitigen Befestigungsmittel um die abtriebsseitige Rotationsachse angeordnet sind betragsmäßig identisch sind, dass das antriebsseitige Befestigungsmittel und das mit diesem mittels eines Verbindungselementes gekoppelte abtriebsseitige Befestigungsmittel hinsichtlich der antriebsseitigen Rotationsachse um 80 Grad bis 100 Grad, insbesondere 85 Grad bis 95 Grad, insbesondere um im Wesentlichen 90 Grad umfangsbeabstandet zueinander angeordnet sind.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Windenergieanlage ist, dass die Kupplungseinheit ein Gleichlaufgelenk ausbildet, wobei sich die Verbindungselemente, auch Lenker genannt, ohne Zwischenschaltung von längenausgleichenden Elastomeren an Antrieb und Abtrieb festlegen lassen. Dies ist der Tatsache geschuldet, dass die Befestigungselemente von An- und Abtrieb bei einer Umdrehung der Kupplungseinheit ihren Abstand zueinander nicht verändern. Infolgedessen können hochfeste Werkstoffe wie Stähle oder Gewebewerkstoffe genutzt werden, die aufgrund ihrer gegenüber Elastomeren wesentlich höheren Tragfähigkeit im Gesamtsystem der Kupplungseinheit dazu führen, dass vielfach höhere Drehmomente gegenüber dem eingangs zitierten Stand der Technik übertragen werden können.
Hierdurch gelingt es, eine Kupplungseinheit bereitzustellen, die eine homokinetische Kraftübertragung zulässt, und eine Gleichlaufkupplung darstellt. Dies bedeutet, dass die Kupplung eine Kraftübertragung zulässt, ohne dass Kraftwirkungen aus dem Betrieb der Kupplung heraus resultieren. Dies gilt für jede beliebige Versatzstellung der Kupplung. Hierdurch kann eine Übertragung der Drehmomente von der Rotornabe auf das Antriebsstrangelement erfolgen, ohne dass Reaktionskräfte auftreten, bzw. derart, dass nur ein Minimum an Reaktionskräften auftritt.
Das erfindungsgemäße Prinzip lässt sich bei vollintegrierten Bauformen eines Antriebsstranges nutzen, aber gleichermaßen auch bei teilintegrierten und bei aufgelösten Bauformen eines Antriebsstranges. Durch den Einsatz einer einen Freigang ermöglichenden Kupplungseinheit in dem Antriebsstrang werden die auf die Antriebsstrangelemente einwirkenden Kräfte und Momente minimiert. Zugleich können vorteilhafte Festlegungen des Rotors, bzw. der Antriebsstrangelemente unabhängig voneinander an der Tragstruktur, d. h. an dem Maschinenträger, erfolgen. Hierdurch können die Antriebsstrangelemente weitestgehend zwangsfrei angeordnet werden und arbeiten. Es ist nun möglich, in Bezug auf die einzelnen Antriebsstrangselemente eine Modulbauweise einzuführen, da die einzelnen Antriebsstrangelemente nun unabhängig voneinander entwickelt werden können.
Die eingesetzte Kupplungseinheit bietet eine überdurchschnittliche Versatzfähigkeit, die erst durch den Einsatz der Lenker möglich wird. Diese hohen Versatzfähigkeiten sind mit Elastomer-Elementen nicht zu erreichen.
Im Gegensatz zu dem Stand der Technik, der eine steife und damit auch schwere Anlagenstruktur des Antriebsstranges erforderte, können nun leichte und kompacktbauende Antriebsstrangelemente eingesetzt werden, was insgesamt den Einsatz von Material und Masse erheblich reduziert.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht bei Antriebssträngen, die ein Getriebe aufweisen, einen Entfall der Notwendigkeit der Lagerung des Getriebes auf der Rotorwelle des Propellers. Es besteht die Möglichkeit, das Getriebe – gesondert von der Lagerung des Rotors – relativ zum Maschinenträger oder Tragrahmen zu lagern und mit der Abtriebsseite der Kupplungseinheit zu verbinden.
Der Rotor kann momentenfest am Maschinenträger drehbar gelagert werden, wobei diese Lagerung des Rotors völlig unabhängig von den im Kraftfluss der Rotornabe folgenden Antriebsstrangelementen erfolgen. Die Kupplungseinheit, die einen großen Axialversatz und/oder Radialversatz und/oder Winkelversatz zulässt, entkoppelt insoweit die Kräfte.
Das in Kraftflussrichtung hinter der Kupplung angeordnete optionale Getriebe kann ein mechanisches Getriebe oder ein hydraulisches Übersetzungsgetriebe sein. Von der Erfindung umfasst sind Getriebe, die ein hohes Übersetzungsverhältnis (von ca. 1 zu 100) für schnell laufende Generatoren ermöglichen, als auch Ausführungsformen, die mittlere Übersetzungsverhältnisse (von z. B. 1 zu 20 bis 1 zu 30) für sogenannte mittelschnell laufende Generatoren oder permanent erregte Stromerzeuger zulassen.
Von der Erfindung sind schließlich auch umfasst Windenergieanlagen, die getriebelos ausgebildet sind, bzw. deren Antriebsstrang als Direktantrieb bezeichnet wird, bei denen die langsamere Drehzahl des Propellers nicht übersetzt wird.
Die erfindungsgemäße Windenergieanlage ist insbesondere vorteilhaft anwendbar, wenn geringe Drehzahlen des Rotors bis z. B. ca. 30 Umdrehungen pro Minute vorgesehen sind, und Antriebsmomente, eingangsseitig der Kupplungseinheit, im Bereich mehrerer Millionen Newtonmeter auftreten.
Schließlich kann bei der erfindungsgemäßen Windenergieanlage in besonders vorteilhafterweise eine Ausbildung, Dimensionierung und Positionierung der Lager vorgenommen werden. Auch werden besonders kompakte, bzw. wartungsfreundliche und auch leichte Ausbildungen einer Windenergieanlage möglich.
Die erfindungsgemäße Windenergieanlage weist eine Kupplungseinheit auf, bei der die Verbindungselemente, insbesondere die Lenker, mittels einer drei Freiheitsgrade ermöglichenden Gelenkverbindung an den antriebsseitigen Befestigungsmitteln, bzw. an den abtriebsseitigen Befestigungsmitteln angeordnet sind. Eine solche, drei Freiheitsgrade ermöglichende Gelenkverbindung kann beispielsweise von einer sphärischen Gelenkverbindung gebildet sein. Es kommen allerdings auch andere Gelenkverbindungen in Frage, die jeweils ermöglichen, dass der Lenker, bezogen auf die jeweilige Befestigungsstelle – oder, bezogen auf das jeweils andere Ende des Lenkers – drei Freiheitsgrade aufweist.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform mit den Merkmalen des Anspruchs 2, wonach an der Kupplungseinheit drei Verbindungselemente vorgesehen sind, die jeweils ein antriebsseitiges Befestigungsmittel und ein abtriebsseitigen Befestigungsmittel miteinander verbinden und in einem gemeinsamen, sich über einen Axialabschnitt der antriebsseitigen Rotationsachse erstreckenden Radialraum zwischen der antriebsseitigen Anschlussvorrichtung und der abtriebsseitigen Anschlussvorrichtung angeordnet sind und ein Verbindungsmittelterzett bilden.
Von der Erfindung sind Ausführungsformen umfasst, bei denen die Kupplungseinheit weitere Verbindungsmittelterzette zwischen der antriebsseitigen Anschlussvorrichtung und der abtriebsseitigen Anschlussvorrichtung aufweist, die vorteilhaft jeweils drei Verbindungselemente umfassen, und jeweils in einem eigenen Radialraum zwischen der antriebsseitigen Anschlussvorrichtung und der abtriebsseitigen Anschlussvorrichtung angeordnet sind.
Mittels weiterer Verbindungsmittelterzette als Kraft übertragende Glieder zwischen Antrieb und Abtrieb lässt sich die Leistungsfähigkeit der Kupplungseinheit erhöhen.
Es ist von wesentlichem Vorteil, wenn die durch jeweils ein Verbindungsterzett angebundenen Befestigungsmittel Befestigungsmittelgruppen bilden, die auf demselben Radius, jedoch umfangsversetzt zueinander angeordnet sind und/oder die Befestigungsmittel auf unterschiedlichen Radien angeordnet sind.
Wenn man die Befestigungselemente von An- und Abtrieb in Umfangsabstand von 80° bis 100°, insbesondere von 90 Grad, zueinander anordnet, erhält man eine Kupplungseinheit mit drei Verbindungsmitteln, die als einfachste und kinematisch optimale Ausführungsform im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden kann. Um die Leistungsdichte der Kupplungseinheit zu erhöhen, können an- und abtriebsseitig weitere Paare von Befestigungselementen vorgesehen sein, solange auch diese einen Umfangsabstand von 80° bis 100°, insbesondere von 90 Grad zueinander aufweisen. Es ist vorstellbar, diese weiteren Paare von Befestigungselementen auf einen anderen Radius oder umfangsversetzt zu den ersten Paaren von Befestigungsmitteln anzuordnen.
Es ist denkbar, dass die sphärische Gelenkverbindung unter Nutzung von Stahl, Kunststoff, Elastomeren und/oder Gewebewerkstoffen gebildet ist.
Diese Werkstoffe erlauben eine hohe Tragfähigkeit als Gelenkverbindung zwischen den Befestigungsmitteln und Verbindungselementen. In speziellen Einsatzgebieten hat jedoch der Verzicht auf Elastomerverbindungen zwischen den Verbindungselementen und dem An- sowie dem Abtrieb den Vorteil, dass die Gelenkverbindung rückstellkraftfrei ausgebildet werden kann.
Je nach Ausgestaltung der Verbindungselemente ist es vorteilhaft, wenn die Verbindungselemente im Betrieb der Kupplungseinheit gegen ein Verdrehen um Ihre Längsachse gesichert ist. Eine solche Verdrehung um die Längsachse der Verbindungselemente kann zum Beispiel durch Fliehkräfte hervorgerufen werden.
Eine Windenergieanlage, die in erfindungsgemäßer Weise Kupplungseinheiten in doppelkardanischer Anordnung vorsieht, von Ihrem Aufbau her auch in der Lage, erheblichen Axialversatz zwischen der Rotornabe und dem Antriebsstrangelement ausgleichen zu können. Diese Fähigkeit ist u. a. durch die gelenkige Anordnung der Verbindungselemente, deren Ebenenabstand und des Abstandes der Befestigungsmittel zueinander bestimmt.
Bei dem Einsatz zweier Kupplungseinheiten, die mittels einer Welle zu einer doppelkardanisch aufgebauten Wellenkupplung zusammengefügt sind, kann es sinnvoll sein, die axiale Freigängigkeit zu erschweren, um axiale Spielbewegungen der zwischen den Kupplungseinheiten befindlichen Welle zu kontrollieren.
Sowohl die axiale Spielbewegung als auch die Verdrehung der Verbindungselemente um ihre Längsachse lässt sich beispielsweise durch den geschickten Einsatz von Elastomeren eindämmen und/oder verhindern, ohne dass negative Auswirkungen auf die Laufruhe, die Winkel- und Axialausgleichsfähigkeit zu befürchten sind.
Von der Erfindung ist es umfasst, einen Winkelversatz von über 12° Grad, bis theoretisch nahezu 90° auszugleichen und Drehmomente von weit über 500.000 Nm, insbesondere von einigen Millionen Nm, zu übertragen. Bei Ausführungsformen der Erfindung kann ein Winkelversatz von 1 bis 15 Grad oder mehr, ausgeglichen werden, was bei den bisher gängigen Antriebsstangen nicht erreichbar war.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Windenergieanlage nach dem Oberbegriff des Anspruches 8.
Der Erfindung liegt wiederum die Aufgabe zugrunde, eine Windenergieanlage der eingangs geschilderten Art derartig weiter zu entwickeln, dass die Einwirkung von Zwangsreaktionen oder Zwangskräften auf die Antriebsstrangelemente minimiert oder weitgehend eliminiert wird bzw. eine vereinfachte Bauweise möglich wird.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 8.
Eine wesentliche Besonderheit der Erfindung besteht darin, dass eine besondere Kupplungseinheit vorgesehen ist, die einen Axialversatz, einen Radialversatz, und einen Winkelversatz zulässt. Die Kupplung ist darüber hinaus als Gleichlaufkupplung ausgebildet, und kann unabhängig von der Versatzstellung nahezu reaktionskraftfrei Drehmomente von der Nabe auf das Antriebsstrangelement übertragen. Während die Verwendung von Elastomeren zwingend dazu führt, dass Reaktionskräfte mit übertragen werden, wenn sich die Kupplung in einer Versatzstellung befindet, kann erfindungsgemäß eine Windenergieanlage bereitgestellt werden, bei der der Antriebsstrang eine Entkopplung der Rotornabe von den Antriebsstrangelementen vorsieht. Die Kupplungseinheit kann einen Freigang aufweisen, so dass die Übertragung der Drehmomente von der Nabe auf das Antriebsstrangelement reaktionskraftfrei erfolgt. Dabei kann beispielsweise eine Kupplungseinheit zum Einsatz kommen, wie sie zuvor beschrieben worden ist. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Kupplungseinheit als Lenkerkupplung ausgebildet ist.
Die Erfindung betrifft gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung eine Windenergieanlage nach dem Oberbegriff des Anspruches 9.
Der Erfindung liegt wiederum die Aufgabe zugrunde, eine Windenergieanlage der eingangs geschilderten Art derartig weiter zu entwickeln, dass die Einwirkung von Zwangsreaktionen oder Zwangskräften auf die Antriebsstrangelemente minimiert oder weitgehend eliminiert wird bzw. eine vereinfachte Bauweise möglich wird
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 9.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung ist die Windenergieanlage mit einer Kupplungseinheit ausgestattet, die wenigstens drei Lenker aufweist. Die Lenker dienen der Verbindung zwischen der antriebsseitigen Anschlussvorrichtung und der abtriebsseitigen Anschlussvorrichtung.
Die Lenker sind ohne Zwischenschaltung von längenausgleichenden Elastomeren einerends mit der antriebsseitigen Anschlussvorrichtung und andererends mit der abtriebsseitigen Anschlussvorrichtung verbunden. Dies bedeutet, dass die Lenker im Wesentlichen starr, d. h. längenunveränderlich ausgebildet sind. Zwischengeschaltete Elastomerelemente sind nicht erforderlich. Damit können nahezu beliebig große Drehmomente übertragen werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf eine Windenergieanlage nach dem Oberbegriff des Anspruches 10.
Der Erfindung liegt wiederum die Aufgabe zugrunde, eine Windenergieanlage der eingangs geschilderten Art derartig weiter zu entwickeln, dass die Einwirkung von Zwangsreaktionen oder Zwangskräften auf die Antriebsstrangelemente minimiert oder weitgehend eliminiert wird bzw. eine vereinfachte Bauweise möglich wird.
Die Erfindung löst die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 10.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, dass die Kupplungseinheit insbesondere in Abhängigkeit von der Lenkerlänge sowie in Abhängigkeit von der Winkelversatzfähigkeit der gelenkigen Anbindung der Lenker an die Befestigungsstellen einen Axialversatz von mehr als 10 mm vorsieht. Vorteilhaft lässt die Kupplungseinheit einen Axialversatz von mehr als 20 mm zu, weiter vorteilhaft von mehr als 30 mm, weiter vorteilhaft von mehr als 40 mm, weiter vorteilhaft von mehr als 50 mm, weiter vorteilhaft von mehr als 60 mm, weiter vorteilhaft von mehr als 70 mm, weiter vorteilhaft von mehr als 80 mm, weiter vorteilhaft von mehr als 90 mm, weiter vorteilhaft von mehr als 100 mm, weiter vorteilhaft von mehr als 150 mm, weiter vorteilhaft von mehr als 200 mm, weiter vorteilhaft von mehr als 250 mm, weiter vorteilhaft von mehr als 300 mm, weiter vorteilhaft von mehr als 350 mm, weiter vorteilhaft von mehr als 400 mm.
Des Weiteren lässt die Kupplungseinheit insbesondere in Abhängigkeit von der Lenkerlänge sowie in Abhängigkeit von der Winkelversatzfähigkeit der gelenkigen Anbindung der Lenker an die Befestigungsstellen sowie in Abhängigkeit von dem Abstand der zwei bei dieser Windenergieanlage vorhandenen und in Reihe geschalteten Kupplungseinheiten voneinander einen Radialversatz von mehr als 10 mm zu, insbesondere von mehr als 20 mm, insbesondere von mehr als 40 mm, insbesondere von mehr als 50 mm, insbesondere von mehr als 60 mm, insbesondere von mehr als 70 mm, insbesondere von mehr als 80 mm, insbesondere von mehr als 90 mm, insbesondere von mehr als 100 mm.
Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf eine Windenergieanlage nach dem Oberbegriff des Anspruches 11.
Der Erfindung liegt wiederum die Aufgabe zugrunde, eine Windenergieanlage der eingangs geschilderten Art derartig weiter zu entwickeln, dass die Einwirkung von Zwangsreaktionen oder Zwangskräften auf die Antriebsstrangelemente minimiert oder weitgehend eliminiert wird bzw. eine vereinfachte Bauweise möglich wird.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 11 und ist demgemäß dadurch gekennzeichnet, dass im Kraftleitungsweg zwischen einer Nabe des Rotors und wenigstens einem Antriebsstrangelement eine Kupplungseinheit angeordnet ist, die eine antriebsseitige Anschlussvorrichtung zur mittelbaren oder unmittelbaren Verbindung mit der Nabe und eine abtriebsseitige Anschlussvorrichtung zur mittelbaren oder unmittelbaren Verbindung mit dem Antriebsstrangelement aufweist, wobei die Kupplungseinheit zwischen der antriebsseitigen Anschlussvorrichtung und der abtriebsseitigen Anschlussvorrichtung einen Winkelversatz von mehr als 1° zulässt.
Ein wesentliches Prinzip der Erfindung besteht darin, dass die Kupplungseinheit einen Winkelversatz von mehr als 1° zulässt. Vorteilhaft lässt die Kupplungseinheit einen Winkelversatz von mehr als 3° zu, weiter vorteilhaft von mehr als 5°, weiter vorteilhaft von mehr als 7°, weiter vorteilhaft von mehr als 9°, weiter vorteilhaft von mehr als 11°, weiter vorteilhaft von mehr als 13°, weiter vorteilhaft von mehr als 15°, weiter vorteilhaft von mehr als 17°, weiter vorteilhaft von mehr als 19°.
Die vorbeschriebenen unterschiedlichen Erfindungen gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1, 8, 9, 10 und 11 sind zwar zunächst unabhängig voneinander, lassen sich allerdings in beliebiger Weise miteinander kombinieren. Soweit bezüglich einer der näher geschilderten Erfindungen oder bezüglich eines Ausführungsbeispiels einer der mehreren geschilderten Erfindungen Merkmale beschrieben sind, gelten diese auch bezüglich eines anderen Ausführungsbeispiels der gleichen oder einer anderen Erfindung gemäß einem der unabhängigen Ansprüche als offenbart und können mit diesem anderen Ausführungsbeispiel kombiniert werden, soweit einer solchen Kombination nach dem Verständnis des Fachmannes nichts entgegensteht.
Zur Vermeidung von Wiederholungen sind insoweit immer nur bestimmte Ausführungsformen in ihrer konkreten Ausgestaltung und hinsichtlich ihrer Vorteile ausführlich beschrieben, wobei dem Fachmann deutlich ist, dass die jeweils beschriebenen Merkmale auch bei den anderen Erfindungen vorteilhaft eingesetzt werden können.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Aus dieser Beschreibung ergeben sich darüber hinaus weiter Vorteile. Es zeigen:
1 eine antriebsseitige Anschlussvorrichtung einer Kupplungseinheit zum Einsatz in einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage mit einem Verbindungselement in einer ersten Ausführungsform,
2 die Anschlussvorrichtung gemäß 1 mit drei Verbindungselementen,
3 die Anschlussvorrichtung gemäß 1 mit sechs Verbindungselementen,
4 eine isometrische Darstellung einer Anordnung von zwei Kupplungseinheiten gemäß 1,
5 die Anordnung gemäß 4 in Seitenansicht,
6 eine antriebsseitige Anschlussvorrichtung einer Kupplungseinheit zur Verwendung in einer Windenergieanlage mit einem Verbindungselement in einer zweiten Ausführungsform,
7 die Anschlussvorrichtung gemäß 6 mit drei Verbindungselementen in perspektivischer Ansicht,
8 die Anschlussvorrichtung gemäß 7 in Aufsicht,
9 eine isomentrische Darstellung einer Kupplungseinheit zur Verwendung in einer Windenergieanlage in einer zweiten Ausführungsform unter Verwendung einer Anschlussvorrichtung gemäß 6 bis 8 in isometrischer Ansicht,
10 die Kupplungseinheit gemäß 9 in Seitenansicht,
11 in einer schematischen, teilgeschnittenen Ansicht eine Windenergieanlage des Standes der Technik mit einem integrierten Antriebsstrang,
12 in einer schematischen, teilgeschnittenen Ansicht ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage,
13 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage in einer Darstellung gemäß 12,
14 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage in einer Darstellung gemäß 12,
15 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage in einer Darstellung gemäß 12,
16 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage in einer Darstellung gemäß 12, und
17 ein sechstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage in einer Darstellung gemäß 12.
In den 4 und 5 ist eine Wellenkupplung insgesamt mit der Bezugsziffer 100 versehen.
Die Wellenkupplung 100 umfasst zwei insgesamt mit der Bezugsziffer 110 bezeichnete Kupplungseinheiten. Die Kupplungseinheiten 110 sind in Kraftflussrichtung KF axial hintereinander angeordnet und durch eine Welle 114 miteinander gekoppelt. Der Kraftfluss verläuft vom nicht dargestellten Antrieb AN zum ebenfalls nicht dargestellten Abtrieb AB. Ein nachfolgend als antriebsseitig beschriebenes Bauelement ist in der Regel relativ zu einem weiteren Bauelement antriebsseitig angeordnet, ein nachfolgend als abtriebsseitig bezeichnetes Bauelement ist in der Regel relativ zu einem anderen Bauelement abtriebsseitig angeordnet.
In 1 ist eine antriebsseitige Anschlussvorrichtung 112 dargestellt, die auch als antriebsseitiger Flansch 112 oder antriebsseitiger Flanschring 112 bezeichnet wird. Der Flansch 112 ist ringförmig gestaltet und ist mit außenumfänglich angeordneten sternstrahlähnlichen Fortsätzen 115 versehen. Diese Fortsätze 115 können gleichmäßig über den Umfang verteilt sein und tragen die antriebsseitigen Befestigungsmittel 113. Der Ring selbst ist mit sacklochartigen Bohrungen 116 versehen, durch die nicht dargestellte Schraubbolzen zur Befestigung an einem antriebsseitigen Aggregat hindurchgeführt werden.
Dargestellt ist in 1 weiterhin ein Verbindungsmittel, welches mit der Bezugsziffer 117 versehen ist und im Folgenden auch als Lenker 117 oder Koppelstange 117 bezeichnet wird. Ein solcher Lenker 117 weist ein in etwa stabförmiges Zwischenstück 118 auf an dessen einem Ende eine antriebsseitige Aufnahmeöse 119 und an dessen anderem Ende eine abtriebsseitige Aufnahmeöse 120 angeordnet ist. In der dargestellten antriebsseitigen Aufnahmeöse 119 sitzt das antriebsseitige Befestigungsmittel 113 ein, die abtriebsseitige Aufnahmeöse 120 ist zur Aufnahme des abtriebsseitigen Befestigungsmittels 213 vorgesehen.
In 2 ist die bereits vorbeschriebene Anschlussvorrichtung 112 noch einmal dargestellt. Die Darstellung ist um 2 weitere Lenker 117 ergänzt, deren antriebsseitige Aufnahmeösen 119 an antriebsseitigen Befestigungsmitteln 113 angeordnet sind. Auch hier sind die abtriebsseitigen Aufnahmeösen 120 zur Aufnahme abtriebsseitiger Befestigungsmittel 213 vorgesehen.
Wie der 2 zu entnehmen ist, trägt im vorliegenden Ausführungsbeispiel jedes zweite antriebsseitige Befestigungselement 113 einen antriebsseitigen Lenker 117 über dessen antriebsseitige Aufnahmeöse 119. Diese Anordnung ist jedoch für die beschriebene Ausführungsform spezifisch.
Auch 3 zeigt den aus den 1 und 2 bereits bekannten antriebsseitigen Befestigungsflansch 112. Neben den in 2 dargestellten drei antriebsseitigen Lenkern 117 sind nunmehr drei zusätzliche, abtriebsseitige Lenker 217 dargestellt.
Die abtriebsseitigen Lenker 217, auch abtriebsseitige Verbindungsmittel 217 oder abtriebsseitige Koppelstangen 217 genannt, weisen ebenfalls ein Zwischenstück auf, welches mit der Bezugsziffer 218 bezeichnet ist. Jedes abtriebsseitige Zwischenstück 218 weist einenends eine antriebsseitige Aufnahmeöse 219 auf, welche antriebsseitige Befestigungsmittel 113 aufnimmt. Anderenends trägt das abtriebsseitige Zwischenstück 218 abtriebsseitige Aufnahmeösen 220 in 3 für nicht näher bezeichnete, abtriebsseitige Befestigungsmittel.
An der Darstellung der abtriebsseitigen Lenker 217 fällt auf, dass sowohl die antriebsseitige Aufnahmeöse 219 als auch die abtriebsseitige Aufnahmeöse 220 aus der nicht dargestellten Materialebene des Zwischenstücks 218 herausspringt, wobei beide Ösen 219 und 220 in dieselbe Richtung aus der Materialebene des Zwischenstücks 218 ausgestellt sind. Demgegenüber sind die Ösen 119 und 120 der antriebsseitigen Lenker in der Materialebene des Zwischenstückes 117 angeordnet. Diese Konstruktion ermöglicht es, dass die antriebsseitigen Lenker 117 in einer ersten Radialebene der Kupplungseinheit 110 angeordnet sind und die abtriebsseitigen Lenker 217 – und hier insbesondere die Zwischenstücke 218 – in einer zweiten Radialebene der Kupplungseinheit 110 liegen. In Folge dessen kollidieren die antriebsseitigen Lenker 117 bei einer Rotation der Kupplungseinheit 110 nicht mit den abtriebsseitigen Lenkern 217.
Aus Darstellungsgründen ist in den 1 bis 3 die abtriebsseitige Anschlussvorrichtung 212, die wiederum als abtriebsseitiger Flansch 212 oder abtriebsseitiger Flanschring 212 bezeichnet werden kann, nicht dargestellt. Man kann sich jedoch anhand des aus den 1 bis 3 hervorgehenden Aufbaus leicht vorstellen, wie diese abtriebsseitige Anschlussvorrichtung nunmehr in einer weiteren, hinsichtlich der Darstellung der 3 oberhalb der Lenker 217 angeordneten Ebene liegt. Diese in 3 nicht dargestellte, abtriebsseitige Anschlussvorrichtung ist beim konkreten Ausführungsbeispiel komplementär zur antriebsseitigen Anschlussvorrichtung 112 ausgebildet und weist insofern ebenfalls sternstrahlartige Fortsätze 215 auf, welche abtriebsseitige Befestigungsmittel 213 tragen.
In 4 ist die insgesamt mit 100 bezeichnete und insgesamt eine Kupplungseinheit ausbildenden Wellenkupplung in isometrischer Ansicht dargestellt. Diese weist zwei in Kraftflussrichtung KF hintereinander angeordnete und mittels einer Welle 114 gekoppelte Kupplungseinheiten 110 auf. Der Kraftfluss erfolgt von einem nicht dargestellten, in 4 jedoch linksseitig angeordneten Antrieb AN zu einem ebenfalls nicht dargestellten, in 4 jedoch rechtsseitig angeordneten Abtrieb AB. Derartige, als Wellenkupplungen bezeichnete Kupplungseinheiten 100 werden bevorzugt zum Ausgleich von einem Radialversatz zwischen einem Antrieb AN und einem Abtrieb AB in einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage eingesetzt.
In 4 sind der Übersicht halber nicht alle Lenker dargestellt. Auch ist die jeweils antriebsseitige Anschlussvorrichtung 112 nicht baugleich mit der abtriebsseitigen Anschlussvorrichtung 212 ausgebildet. Auf die vorbeschriebene Funktionalität hat dies jedoch keinen Einfluss.
In 5 ist die Wellenkupplung 100 in Seitenansicht unter Darstellung aller Einzelteile gezeigt.
Die Wellenkupplung 100 weist eine Längsmittelachse L auf, die in dieser Darstellung mit der Rotationsachse der Wellenkupplung 100 identisch ist. Darüber hinaus fallen die Längsmittelachsen der Kupplungseinheiten 110 sowie die Rotationsachsen der antriebsseitigen und abtriebsseitigen Anschlussvorrichtungen 112 und 212 zusammen. Diese Situation stellt sich jedoch nur bei einer idealen Ausrichtung von nicht dargestelltem Antrieb AN mit dem nicht dargestellten Abtrieb AB entsprechend 5 dar. Die Radialebenen werden von Radien aufgespannt, die der Rotationsachse der antriebsseitigen Anschlussvorrichtung 112 entspringen.
Aus 5 kann man insbesondere die in Kraftflussrichtung KF einander nachgeordneten einzelnen Radialebenen der Kupplungseinheiten 110 entnehmen. So liegt die jeweils antriebsseitige Anschlussvorrichtung 112 in einer vorgeordneten Ebene VE. Daran schließt sich die erste Ebene E1 an, in welcher die antriebsseitigen Lenker 117 angeordnet sind. In der zweiten Ebene E2 sind die abtriebsseitigen Lenker 217 angeordnet, worauf die nachgeordnete Ebene VN mit der abtriebsseitigen Anschlussvorrichtung folgt. Die Ebenen E1 und E2 sind Teil eines jeweiligen Radialraums, innerhalb dessen drei ein Verbindungsmittelterzett bildende Lenker 117 bzw. 217 angeordnet sind.
Die Befestigungsmittel 113 und 213 sind vorzugsweise sphärisch ausgebildet und bilden zusammen mit den Ösen 119, 120, 219 und 220 ein Kugelgelenk aus, so dass die jeweils antriebsseitige Anschlussvorrichtung 112 winklig zur abtriebsseitigen Anschlussvorrichtung 212 angeordnet werden kann. Auch erlaubt die kugelgelenkartige Anbindung einen Axialversatz von antriebsseitiger Anschlussvorrichtung 112 und abtriebsseitiger Anschlussvorrichtung 212. Hinsichtlich der Darstellung der 5 lässt sich der Abstand zwischen den Anschlussvorrichtung 112 und 212 in Folge dessen vergrößern. Auf diese Weise wird winkliger Versatz und axialer Versatz zwischen Antrieb AN und Abtrieb AB ausgeglichen.
Das Zusammenschalten zweier erfindungsgemäße Kupplungseinheiten 110 zu einer Wellenkupplung 100, wie sie in 5 dargestellt ist, erlaubt es, einen radialen Versatz zweier Aggregate auszugleichen, indem die in Kraftflussrichtung KF erste Kupplungseinheit 110 einen bestimmten Winkel größer 0 Grad zwischen den Anschlussvorrichtungen 112 und 212 aufweist und die abtriebsseitige Kupplungseinheit 110 zwischen ihren Anschlussvorrichtungen 112 und 212 einen entsprechenden Gegenwinkel aufweist. Die gewählte Anordnung der Befestigungsmittel 113 und 213 in Relation zur Drehachse der jeweiligen Anschlussvorrichtung 112 und 212 in Verbindung mit dem Umfangsabstand von 90 Grad zwischen zwei Befestigungsmitteln 113 und 213 eines Lenkers 117 oder 217 erlaubt es, die Lenker ohne Gummilagerung an den Befestigungsmitteln 113 und 213 anzubinden.
Der Umfangsabstand von 90 Grad zwischen zwei Befestigungsmitteln 113 und 213 entspricht einer kinematisch ideal gestalteten Kupplungseinheit 110. In Abhängigkeit von der Baugröße der Kupplungseinheit 110 und den Toleranzen der Bauteile, insbesondere dem summierten Lagerspiel, kann der Umfangsabstand vom Ideal abweichen, solange die dann auftretende Abstandsänderung zwischen den Befestigungsmitteln 113 und 213 durch die Toleranzen oder Materialelastizitäten aufgefangen wird.
Aufgrund dieser Anordnung lässt sich ein Winkelversatz zwischen Antrieb AN und Abtrieb AB ausgleichen, ohne dass der Abstand zwischen den Befestigungsmitteln 113 und 213 eines Lenkers 117 oder 217 einer Änderung unterworfen ist. In Folge dessen ist kein flexibles Element notwendig, welches diese Abstandsänderung kompensiert. Insofern ist die Winkelausgleichsmöglichkeit eines erfindungsgemäßen Kupplungselementes lediglich davon abhängig, dass Lenker 117 und 217 sowie Befestigungsmittel 113 und 213 eine ausreichende Winkelfreigängigkeit gewährleisten, was insbesondere durch die Abstände der Ebenen VE, E1, E2 und VN bestimmt ist.
In der Theorie bedeutet dies, dass Winkel von nahezu 90 überbrückbar wären. Unter Realbedingungen sind ohne Weiteres Winkel von 10 Grad bis zu 45 Grad ausgleichbar, was im Gegensatz zur bisherigen Winkelausgleichsfähigkeit bekannter Lenkerkupplungen des Standes der Technik von maximal zwei Grad eine erhebliche Verbesserung darstellt. Auch eine größere Winkelausgleichsfähigkeit der erfindungsgemäßen Kupplungseinheit 110 ist denkbar.
Der Verzicht auf elastische Elemente zur Anbindung der Anschlussvorrichtungen 113 und 213 an den Lenkern 117 und 217 ermöglicht es darüber hinaus, sehr viel höhere Drehmomente bei uneingeschränkter Winkelausgleichsfähigkeit vom Antrieb AN auf den Abtrieb AB übertragen zu können. So können die vorerwähnten Kugelgelenke beispielsweise aus stählernen Kugeln und ebenfalls stählernen Ösen 119, 219, 120 und 220 gebildet sein. Alternativ sind auch hochleistungsfähige Gewebeverbundstoffe sowie Gelenklagereinheiten aus Hochleistungskunststoffen zur Bildung der sphärischen Gelenke vorstellbar.
Ein Verdrehen der Lenker 117 und 217 um ihre Längsachse oder ein Axialspiel der Welle 114 einer Wellenkupplung 100 im Betrieb lässt sich konstruktiv durch geeignete, die eigentliche Winkel- und Axialausgleichsfunktion nicht beeinträchtigende Dämpfungselemente stark minimieren bzw. ausschließen. Um ein Verkippen der Lenker 117, 217 um ihre Längsachse zu vermeiden, können geeignete Elastomere im Bereich der Gelenkverbindungen vorgesehen sein. Diese können auch zur Vermeidung unkontrollierter Axialbewegungen der Welle 114 dienen. Alternativ oder zusätzlich können Elastomerpuffer an den Anschlussvorrichtungen 112, 212 unkontrollierte Axialbewegungen der Welle 114 verhindern.
Die dargestellte Kupplungseinheit 110 kann in hervorragender Weise Winkelversatz und Axialversatz ausgleichen. Sie kann insbesondere den typischerweise bei Windenergieanlagen auftretenden Problemen begegnen und die rotorseitig auftretenden gossen Biege- und Querkräfte von den Antriebsstrangelementen, insbesondere von dem Getriebe, sowie von dem Generator, fernhalten.
Die Kupplungseinheit ist darüber hinaus in der Lage, die bei einer Windenergieanlage zu übertragenden großen Drehmomente von mehreren Millionen Newtonmetern ohne den Einsatz von verschleißanfälligen Elastomer-Teilen zu ermöglichen. Außerdem kann sie sehr große Axialversätze, sehr große Radialversätze und sehr große Winkelversätze ausgleichen.
Durch den Einsatz zusätzlicher Lenker 117 und 217 sowie weiterer Befestigungsmittel 113 und 213 unter Berücksichtigung der erfindungsgemäßen Merkmale lässt sich die Drehmomentübertragungskapazität weiter erhöhen, ohne Kompromisse hinsichtlich der Winkelausgleichsfähigkeit der Kupplung 100 eingehen zu müssen.
Die 1–5 zeigen Kupplungseinheiten 110, die vom Aufbau der Anschlussvorrichtungen 112 und 212 zur Anordnung von drei Lenkern 117 und drei weiteren Lenkern 217 in Form von zwei Verbindungsmittelterzetten in einem jeweils eigenen Radialraum ausgebildet sind. Hierzu sind die sternstrahlenähnlichen Fortsätze 115 des ersten und zweiten Verbindungsmittelterzetts beziehungsweise der antriebsseitigen Lenker 117 und der abtriebsseitigen Lenker 217 mit den jeweiligen Befestigungsmitteln 113 auf dem selben Radius der jeweiligen Anschlussvorrichtung 112 bzw. 212 jedoch umfangsversetzt zueinander angeordnet.
Die Grundform der erfindungsgemäßen Kupplungseinheit wird nunmehr in der nachfolgenden Beschreibung zu den 6 bis 10 dargestellt. Um eine Unterscheidbarkeit der zwei Ausführungsformen zu gewährleisten, werden auch für gleichartige Bauteile unterschiedliche Bezugsziffern verwendet, obwohl eine identische oder analoge Funktion gegeben ist.
Die Kupplungseinheit der 6 bis 10 ist in Ihrer Gesamtheit in den 9 und 10 dargestellt und insgesamt mit der Bezugsziffer 310 bezeichnet.
In 6 ist zunächst die antriebsseitige Anschlussvorrichtung 312 in Form eines Ringflansches 312 inklusive eines Verbindungsmittels 317 (auch Lenker oder Koppelstange genannt) dargestellt. Die antriebsseitige Anschlussvorrichtung 312 verfügt über drei gleichmäßig über den Umfang verteilte sternstrahlartige Fortsätze 315, die der Anordnung von antriebsseitigen Befestigungsmitteln 313 dienen. Diese antriebsseitigen Befestigungsmittel 313 sind, genau wie im vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel, als an einem Schaft sitzende Gelenkkugeln ausgebildet, die von einem buchsenartigen Ring 330 umschlossen sind. Dieser buchsenartige Ring 330 eines jeden antriebsseitigen Befestigungsmittels 313 wird jeweils in eine antriebsseitige Aufnahmeöse 319 eines jeden Lenkers 317 eingepresst. In gleicher Weise wird mit dem in 6 dargestellten, abtriebsseitigen Befestigungsmittel 413 verfahren, welches in der abtriebsseitigen Aufnahmeöse 320 des Lenkers 317 einsitzt. Die antriebsseitige Aufnahmeöse 319 sowie die abtriebsseitige Aufnahmeöse 320 sind durch das Zwischenstück 318 des Lenkers 317 verbunden.
7 zeigt eine Darstellung entsprechend 6 und somit eine perspektivische Ansicht auf die antriebsseitige Anschlussvorrichtung 312, die hier jedoch an ihren drei Befestigungsmitteln 313 jeweils einen Lenker 317 über dessen antriebsseitige Aufnahmeöse 319 trägt.
Auch bei dieser Grundform der Kupplungseinheit 310 sind die antriebsseitigen Befestigungsmittel 313 und die abtriebsseitigen Befestigungsmittel 413 bezüglich der nicht näher dargestellten Drehachse der antriebsseitigen Anschlussvorrichtung 312 um etwa 90 Grad zueinander beabstandet. Von diesem Idealwinkel mag es durch Materialtoleranzen, Passungsspiel und Materialelastizitäten Abweichungen geben, ohne dass die Funktion der Kupplungseinheit 310 wesentlich beeinflusst wird. Genau wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel geht die Erfindung davon aus, dass der tatsächliche Umfangsabstand der antriebsseitigen Befestigungsmittel 313 sowie der abtriebsseitigen Befestigungsmittel 413 zwischen 80 Grad und 100 Grad variieren kann.
In 8 ist die abtriebsseitige Anschlussvorrichtung 312 gemäß 7 noch einmal in in Axialrichtung betrachteter Ansicht dargestellt. Dieser lässt sich der Umfangswinkel von 90 Grad zwischen antriebsseitigem Befestigungselement 313 und abtriebsseitigem Befestigungselement 413 eines jeden Lenkers 317 sehr gut entnehmen. Die drei dargestellten Lenker 317 bilden ein Verbindungsmittelterzett im Sinne einer Verbindungsmittelgrundanordnung.
Die Kupplungseinheit 310 ist, wie schon vorn ausgeführt, in einer perspektivischen Gesamtdarstellung in 9 gezeigt. Gegenüber der 7 wurde ergänzend die abtriebsseitige Anschlussvorrichtung 412 mit ihren abtriebseitigen Befestigungsmitteln 413 dargestellt, welche in die abtriebsseitigen Befestigungsösen 320 der Lenker 317 eingreifen.
In 10 ist die Kupplungseinheit 310 in einer Seitenansicht dargestellt. Der Kraftfluss KF verläuft, wie auch schon zum vorherigen Ausführungsbeispiel dargestellt, vom Antrieb AN zum Abtrieb AB.
Auffällig im Vergleich zu 5 ist, dass die Lenker 317 nicht parallel zu den Anschlussvorrichtungen 312 bzw. 412 ausgerichtet sind, sondern einen Winkel mit den Anschlussvorrichtungen 312 bzw. 412 einschließen. Dies ist eine Folge des Ausgleichs eines Axialversatzes zwischen Antrieb AN und Abtrieb AB. Infolgedessen nehmen die Lenker 317 einen Radialraum RM ein, der sich über einen Axialabschnitt der hier nicht dargestellten Drehachse der antriebsseitigen bzw. abtriebsseitigen Anschlussvorrichtung 312, 412 erstreckt. Einen Winkelversatz zwischen Antrieb AN und Abtrieb AB würde die Kupplungseinheit 310 ausgleichen, wenn die Anschlussvorrichtungen 312 und 412 nicht parallel zueinander, sondern unter einem Winkel zueinander angeordnet wären.
Aus dem Vergleich der beiden Ausführungsformen lässt sich unschwer erkennen, dass die in den 6 bis 10 dargestellte zweite Ausführungsform die Grundform der Kupplungseinheit darstellt. Sie umfasst ein einziges, die antriebsseitige Anschlussvorrichtung 312 sowie die abtriebsseitige Anschlussvorrichtung 412 kraftschlüssig miteinander verbindendes Verbindungsmittelterzett.
Wie bei dem Ausführungsbeispiel einer Kupplungseinheit in den 1 bis 5 dargestellt, können weitere Verbindungsmittelterzette zwischen einer jeden antriebseitigen Anschlussvorrichtung 312 und einer abtriebsseitigen Anschlussvorrichtung 412 angeordnet sein. Diese nehmen dann einen zweiten Radialraum RM ein und steigern die Leistungsfähigkeit, also die Fähigkeit zur Drehmomentübertragung der Kupplungseinheit 310. Die zu jedem weiteren Verbindungsmittelterzett zugehörigen Befestigungsmittel können entweder radiusgleich jedoch umfangsversetzt zu den Befestigungsmitteln des anderen Verbindungsmittelterzetts an den Anschlussvorrichtungen angeordnet sein. Alternativ ist es denkbar, dass sie auf einem anderen Radius angeordnet sind, was zu unterschiedlichen Lenkerlängen zwischen den Verbindungsmittelterzetten führt.
Von der Erfindung ist es auch umfasst, statt eines weiteren Verbindungsmittelterzetts, lediglich einen oder zwei weitere Lenker vorzusehen.
Bevor nun ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage 10 erläutert wird, wird anhand der 11 eine Windenergieanlage 10' des Standes der Technik beschrieben:
Eine Windenergieanlage 10' des Standes der Technik weist typischer Weise einen Rotor 12' auf, der um eine Rotationsachse L' drehbar an einem Maschinenträger 11' drehbar gelagert ist. Der Rotor 12' weist mehrere Rotorblätter 13a', 13b' auf, die den Rotor 12', eine entsprechende Windstärke vorausgesetzt, in Rotation um die Rotationsachse 11' versetzen.
Die Nabe 18' des Rotors 12' ist das antriebsseitige Ende eines Antriebsstranges 14', der dazu dient, die Rotationsbewegung der Nabe 18' einem Getriebe 15' zuzuführen, welches die langsame Rotationsbewegung der Nabe 18' in eine schnelle Rotationsbewegung einer Welle 26' übersetzt und schließlich einem Generator 16' zuführt. 11 zeigt nicht, weil dieses dem Fachmann verständlich ist, dass von dem Generator 16' aus Spannungsversorgungsleitungen durch den Mast 27' hindurch, also bezüglich 11 nach unten, hin zu dem Fuß des Mastes der Windenergieanlage hin verlaufend, geführt sind, um die erzeugte elektrische Leistung einem Energieverteilungsnetz zuzuführen.
Die 11, die der WO 2011/058185 entnommen ist, verwendet zur Dämpfung der auf den Rotor 12' einwirkenden Kräfte, bzw. zur Dämpfung der durch diese Bewegung entstandenen Kräfte und Momente Elastomerelemente, die das Planetengetriebe 15' von derartigen Zwangskräften freihalten sollen. Dies gelingt mit der in 11 vorgeschlagenen Konstruktion des Standes der Technik allerdings nur teilweise.
Die erfindungsgemäße Lösung soll nun anhand mehrerer Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Windenergieanlagen 10 gemäß der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele der 12 bis 17 erläutert werden. Der nachfolgenden Figurenbeschreibung der Ausführungsbeispiele sei vorausgeschickt, dass auch soweit unterschiedliche Ausführungsbeispiele betroffen sind, gleiche oder miteinander vergleichbare Teile oder Elemente der Einfachheit halber mit gleichen Bezugszeichen, teilweise unter Hinzufügung kleiner Buchstaben bezeichnet sind.
12 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage 10 in einer sehr schematischen Darstellung. Der Rotor der Windenergieanlage 10 ist mit 12 und sein Rotorblatt mit 13 bezeichnet, aber nur abgebrochen dargestellt. Die weiteren Rotorblätter sind der Einfachheit halber nicht dargestellt. Die mit 18 bezeichnete Nabe des Rotors ist in 12 nur hälftig dargestellt. Der bezüglich der Rotationsachse L untere Teil der Nabe 18 ist in 12 nicht dargestellt.
Drehfest mit der Nabe 18 des Rotors 12 ist eine vorzugsweise massive oder gegebenenfalls hohle Welle 28 verbunden, die ebenfalls um die Rotationsachse L drehbar ist. Die Welle 28, und darüber der gesamte Rotor 12, ist über eine momentenfeste Lagerung 19a, 19b drehbar, aber axial fest, mit dem Maschinenträger 11, der auch als Tragrahmen oder Tragstruktur bezeichnet wird, verbunden.
Das abtriebsseitige Ende 29 der Welle 28 ist drehfest mit einem Flansch 30 verbunden. Der Flansch 30 stellt die antriebsseitige Anschlussvorrichtung 112a der, gemäß den 1 bis 10 beschriebenen Kupplungseinheiten 110 bzw. 100, dar.
Die in dem Antriebsstrang 14 der Ausführungsbeispiele von Windenergieanlagen 10 gemäß den 12 bis 17 eingesetzten Kupplungseinheiten 100 entsprechen einer bei den Ausführungsbeispielen von Kupplungseinheiten gemäß den 1 bis 10 als Wellenkupplung 100 bezeichneten Vorrichtung. Jede Kupplungseinheit 100 gemäß den Ausführungsbeispielen der 12 bis 17 weist insoweit jeweils zwei Kupplungseinheiten 110 gemäß der vorherigen Beschreibung der 1 bis 10 in Reihenschaltung unter Zwischenschaltung eines Zwischenstückes 114 auf.
Der Einfachheit halber sind die antriebsseitige Kupplungseinheit in der 12 als 110a, und die abtriebsseitige Kupplungseinheit in 12 mit 110b bezeichnet. Die beiden Kupplungseinheiten 110a, 110b, bilden zusammen mit dem Zwischenstück 114 eine gemeinsame Kupplungseinheit 100 aus.
Die abtriebsseitige Anschlussvorrichtung 212b der abtriebsseitigen Kupplungseinheit 110b ist ebenfalls als Flansch ausgebildet und unmittelbar mit einem Getriebe 15 verbunden. Das Getriebe 15 ist über eine Getriebebefestigung 21 mit dem Maschinenträger 11 verbunden. Die Lagerung des Getriebes 15 an dem Maschinenträger 11 erfolgt also gänzlich unabhängig von der Lagerung des Rotors 12 über die Rotorlagerungen 19a, 19b an dem Maschinenträger 11.
Das Getriebe 15 ist über eine schnell drehende Kupplung 31 mit einem Generator 16 verbunden. Der Generator 16 ist über eine eigene Generatorbefestigung 22 ebenfalls mit dem Maschinenträger 11 verbunden.
Die Kupplungseinheit 100 aus den beiden Kupplungseinheiten 110a und 110b ist selbst nicht gelagert, sondern nur mit ihrem antriebsseitigen Ende 112a über die Welle 28 mit der Nabe 18 und mit ihrem abtriebsseitigen Ende 212b mit dem Getriebe 15 verbunden.
Querkräfte, Schubkräfte, Biegemomente und dergleichen, die über die Rotorblätter 13 auf die Nabe 18 einwirken, können zwar über die Welle 28 noch auf die antriebsseitige Anschlussvorrichtung 112a einwirken. In Folge der vorgenannten Reaktionskraft-Freiheit der Kupplungseinheit 100 kommen diese Kräfte und Momente allerdings nicht auf der Eingangsseite des Getriebes 15, also im Bereich der abtriebsseitigen Anschlussvorrichtung 212b der Kupplungseinheit 100 an. Das Getriebe 15 ist damit von der Nabe 18 hinsichtlich störender Zwangskräfte vollständig oder nahezu vollständig entkoppelt.
Während die 12 ein Ausführungsbeispiel mit einem klassisch aufgelösten Antriebsstrang darstellt, kann ausweislich des Ausführungsbeispiels der 13 auch eine demgegenüber geänderte Anordnung getroffen sein: Hier ist die Rotornabe 18 über eine momentenfeste Lagerung 19a, 19b unter Zuhilfenahme eines fest stehenden Zentralzapfens 24, die auch als Hohlwelle bezeichenbar ist, an dem Maschinenträger 11 gelagert. Die Kupplungseinheit 100 erstreckt sich mit ihrer antriebsseitigen Kupplungseinheit 110a bis an die Nase 32 der Nabe 18. Die antriebsseitige Anschlussvorrichtung 112a ist insoweit von der Nabe 18 her für Wartungszwecke leicht zugänglich.
Die antriebsseitige Kupplungseinheit 110a ist mit der abtriebsseitigen Kupplungseinheit 110b über eine axial länger gestreckte Welle 28 verbunden, die sich zumindest teilweise durch die Nabe 18, entlang der Rotationsachse L, hindurch erstreckt. Das Getriebe 15 und der Generator 16 können bei diesem Ausführungsbeispiel radial außerhalb der Kupplungseinheit 100 angeordnet sein und über ein Lager 21, 22 mit dem Maschinenträger 11 verbunden sein. Eine derartige Ausführungsform ist insbesondere für mittelschnelle und/oder direkt angetriebene Generatoren von Vorteil.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 14 ist eine Anordnung getroffen, die der Ausführungsform der 13 ähnlich ist. Hier ist der Rotor 12 auf gleiche Weise auf einem Zentralzapfen 24, und damit relativ zu dem Maschinenträger 11, gelagert, wie bei dem Ausführungsbeispiel der 13.
Ein Unterschied besteht allerdings darin, dass das Getriebe 15, bzw. der Generator 16 nicht unter Zuhilfenahme eines Lagers 21, 22 an dem Maschinenträger 11 befestigt ist, sondern unter Zuhilfenahme einer Anflanschung 33. Zudem ist bei dem Ausführungsbeispiel der 14 das Getriebe 15 und/oder der Generator 16 radial außerhalb der die beiden Kupplungseinheiten 110a und 110b verbindenden Welle 28 angeordnet, aber axial zwischen den beiden Kupplungseinheiten 110a und 110b.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 15 weist die Nabe 18 eine Schulter 34 auf, auf deren Außenseite die momentenfeste Lagerung 19a, 19b relativ zu dem Maschinenträger 11 angeordnet ist. Die antriebsseitige Kupplungseinheit 110a ist an dem der Nabennase 32 abgewandten Ende dieser Schulter befestigt. Das Getriebe 15 und/oder der Generator 16 sind bei diesem Ausführungsbeispiel wiederum über eine Lagerung 21, 22 mit dem Maschinenträger 11 verbunden und radial außerhalb der Kupplungseinheit 100 angeordnet. Dieses Ausführungsbeispiel kann vorteilhaft eingesetzt werden, wenn der Generator mittelschnell oder getriebelos angetrieben wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 16 weist die Rotornabe 18 einen innenliegenden Hohlraum 35 auf, innerhalb dem die Kupplungseinheit 100 vollständig oder nahezu vollständig untergebracht werden kann. Die maschinenträgerseitige Lagerung des Rotors 13 erfolgt über ein momentenfestes Drehlager 19. Die Kupplungseinheit 100 kann dabei in Axialrichtung (bezogen auf die Rotationsachse L) derartig kurz gehalten sein, dass sie zwischen der Nabennase 32 und dem momentenfesten Lager 19 angeordnet ist.
In dieser Ausführungsform befindet sich insoweit die antriebsseitige Kupplungseinheit 110a nahe der Nase 32 der Nabe 18 und die abtriebsseitige Kupplungseinheit 110b nahe des der Nase 32 fernen Endabschnittes der Nabe 18. Die geometrische Konstruktion ist hier so gewählt, dass die Nabe 18 die antriebsseitige Kupplungseinheit 110a und die abtriebsseitige Kupplungseinheit 110b überdeckt. Zum Verständnis sei angemerkt, dass diese Betrachtung in Axialrichtung, das heißt entlang der Rotationsachse L, erfolgt.
Das Getriebe 15, bzw. ein Generator 16 können wahlweise über eine Lagerung 21, 22 relativ zu dem Maschinenträger 11 angeordnet sein, oder über eine feste, d. h. unbewegliche Befestigung 36. 16 zeigt beide Alternativen in einer gemeinsamen Darstellung, wobei dem Fachmann deutlich ist, dass entweder eine Lagerung des Getriebes oder des Generators relativ zu dem Maschinenträger 11 erfolgt, oder alternativ eine unbewegliche, d. h. feste Anordnung durch eine Befestigung 36.
Das Ausführungsbeispiel der 17 zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel einer Windenergieanlage, bei dem die abtriebsseitige Kupplungseinheit 110b mit einer abtriebsseitigen Anschlussvorrichtung 212b versehen ist, die sich in Radialrichtung, bezogen auf die Rotationsachse L, sehr weit erstreckt und deutlich größer bauend ausgebildet ist, als die antriebsseitige Anschlussvorrichtung 112b der abtriebsseitigen Kupplungseinheit 110b. Hier kann das Getriebe 15 oder ein Generator 16 derart mit der abtriebsseitigen Anschlussvorrichtung 212b zusammenwirken und relativ zu der Kupplungseinheit 100 positioniert sein, dass eine tragrahmen- oder maschinenträgerseitige Lagerung 21, 22 radial innerhalb des Getriebes 15, bzw. des Generators 16 angeordnet ist. Hierdurch können axial sehr kurz bauende Antriebsstränge 14 erzielt werden.
Während in dem Ausführungsbeispiel der 12 Getriebe 15 und Generator 16 getrennt voneinander dargestellt und bezeichnet worden sind, sind in den Ausführungsbeispielen der 13 bis 16 die lediglich schematisch dargestellten, einen Generator oder ein Getriebe und ein Generator dargestellten Bauelemente mit 15, 16 bezeichnet. Diese Darstellung soll verdeutlichen, dass sämtliche Ausführungsbeispiele der 13 bis 17 einen Antriebsstrang 14 darstellen, der ein Getriebe 15 aufweisen kann, aber nicht zwingend ein Getriebe aufweisen muss.
Gleichermaßen sind in den 13 und 15 bis 17 die Lagerungen dieses Bauteils mit 21, 22 bezeichnet, wobei dies dem Fachmann verdeutlichen soll, dass, soweit ein direkt angetriebener Generator, d. h. ein getriebeloser Antriebsstrang vorgesehen, der Generator über ein Lager 22 mit dem Maschinenträger 11 verbunden ist, und für den Fall, dass ein Getriebe 16 vorgesehen ist, je nach Ausführung entweder das Getriebe 15 über eine gesonderte Getriebelagerung 21 und der Generator 16 über eine gesonderte Generatorlagerung 22 oder das Getriebe 15 und der Generator 16 über eine gemeinsame Lagerung an dem Maschinenträger 11 angebunden sein können.
Bezüglich der Ausführungsbeispiele 12 bis 17 wird deutlich, dass in den jeweiligen Ausführungsbeispielen von Windenergieanlagen 10 jeweils Kupplungseinheiten 100 eingesetzt werden, die als Wellenkupplung bezeichenbar sind, und jeweils zwei Kupplungseinheiten aufweisen, und zwar eine antriebsseitige Kupplungseinheit 110a und eine abtriebsseitige Kupplungseinheit 110b. Jede der beiden Kupplungseinheiten 110a, 110b weist jeweils für sich eine antriebsseitige Anschlussvorrichtung 112 und eine abtriebsseitige Anschlussvorrichtung 212 auf. Der Einfachheit halber ist die antriebsseitige Anschlussvorrichtung der antriebsseitigen Kupplungseinheit 110a mit 112a und die abtriebsseitige Anschlussvorrichtung der antriebsseitigen Kupplungseinheit 110a mit 212a bezeichnet, und eine entsprechende Bezeichnung bei der abtriebsseitigen Kupplungseinheit 110b in gleicher Weise erfolgt.
Die antriebsseitige Anschlussvorrichtung 112a der antriebsseitigen Kupplungseinheit 110a ist mit der Nabe 18 unmittelbar oder mittelbar verbunden. Die abtriebsseitige Anschlussvorrichtung 212a der antriebsseitigen Kupplungseinheit 110a ist unter Zuhilfenahme eines Zwischenstückes 114 oder einer entsprechend geeigneten Welle 28 mit der antriebsseitigen Anschlussvorrichtung 112b der abtriebsseitigen Kupplungseinheit 110b verbunden, und die abtriebsseitige Anschlussvorrichtung 212b der abtriebsseitigen Kupplungseinheit 110b ist mit dem entsprechenden Element des Antriebsstranges 14, also insbesondere mit dem Getriebe 15, oder falls der Antriebsstrang getriebelos ausgebildet ist, mit dem Generator 16 mittelbar oder unmittelbar verbunden.
Die in den unabhängigen Ansprüchen zum Ausdruck kommenden Erfindungen umfassen sowohl Ausführungsformen, die jeweils zwei Kupplungseinheiten 110 aufweisen, als auch Ausführungsformen, die nur eine Kupplungseinheit 110 aufweisen.
Die Ausführungsbeispiele der 13 bis 17 machen deutlich, dass von der Erfindung unterschiedliche Ausbildungen und Positionierungen der Kupplungseinheit 100 relativ zu der Nabe 18 und auch relativ zu dem Gestell 11 umfasst sind. Auch sind unterschiedliche Ausbildungen des Tragrahmens 11, wie in den Figuren dargestellt, von der Erfindung mit umfasst.
Den Ausführungsbeispielen der 13 bis 17 ist gemeinsam, dass die Nabe des Rotors als Hohlwelle ausgebildet ist, und innerhalb dieser Hohlwelle die Kupplungseinheit 100 teilweise oder vollständig angeordnet ist. Dies ermöglicht besonders kurze, das heißt in Axialrichtung kurz gehaltene und damit kompakte Bauformen, geringe Massen und die Erzielung einer hohen Gewichtsersparnis im Vergleich zum Stand der Technik.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2011/058185 A2 [0008]
WO 2011/058185 [0119]

Claims

Windenergieanlage (10), umfassend einen Maschinenträger (11), einen Rotor (12) mit mindestens einem Rotorblatt (13), und einen Antriebsstrang (14), der Antriebsstrangelemente, wie Getriebe (15) und/oder Generator (16), aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Kraftleitungsweg zwischen einer Nabe (18) des Rotors und wenigstens einem Antriebsstrangelement (15, 16) eine Kupplungseinheit (100, 110a, 110b) angeordnet ist, die eine antriebsseitige Anschlussvorrichtung (112, 112a, 112b) zur mittelbaren oder unmittelbaren Verbindung mit der Nabe und eine abtriebsseitige Anschlussvorrichtung (212, 212a, 212b) zur mittelbaren oder unmittelbaren Verbindung mit dem Antriebsstrangelement (15, 16) aufweist, – wobei die antriebsseitige Anschlussvorrichtung (112, 112a, 112b), wie Flansch, eine antriebsseitige Rotationsachse aufweist und mit einer Vielzahl von antriebsseitigen Befestigungsmitteln (113) versehen ist, welche alle in einer gemeinsamen Radialebene (E1) der Rotationsachse und auf einem gemeinsamen Radius um die Rotationsachse der antriebsseitigen Anschlussvorrichtung (112, 112a, 112b) angeordnet sind, – wobei die abtriebsseitige Anschlussvorrichtung (212, 212a, 212b), wie Flansch, eine abtriebsseitige Rotationsachse aufweist und mit einer Vielzahl von abtriebsseitigen Befestigungsmitteln (213) versehen ist, welche alle in einer gemeinsamen Radialebene (E2) der Rotationsachse und auf einem gemeinsamen Radius um die Rotationsachse der abtriebseitigen Anschlussvorrichtung (212, 212a, 212b) angeordnet sind, – wobei Verbindungselemente (117, 217), wie Lenker oder Koppelstange, einerseits an einem antriebsseitigen Befestigungsmittel (113) und andererseits an einem abtriebsseitigen Befestigungsmittel (213) mittels einer drei Freiheitsgerade ermöglichenden Gelenkverbindung, insbesondere einer sphärischen Gelenkverbindung, angeordnet sind, – wobei der Radius, auf welchem die antriebsseitigen Befestigungsmittel (113) um die antriebsseitige Rotationsachse angeordnet sind und der Radius, auf welchem die abtriebsseitigen Befestigungsmittel (213) um die abtriebsseitige Rotationsachse angeordnet sind betragsmäßig identisch sind, – und wobei das antriebsseitige Befestigungsmittel (113) und das mit diesem mittels eines Verbindungselementes (117, 217) gekoppelte abtriebsseitige Befestigungsmittel (213) hinsichtlich der antriebsseitigen Rotationsachse um 80 Grad bis 100 Grad, insbesondere 85 Grad bis 95 Grad, insbesondere um im Wesentlichen 90 Grad, umfangsbeabstandet zueinander, angeordnet sind.
Windenergieanlage (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Kraftleitungsweg zwischen der Kupplungseinheit (110a) und dem Antriebsstrangelement (15, 16) eine zweite, zu der ersten Kupplungseinheit (110a) ähnliche oder im wesentlichen baugleiche Kupplungseinheit (110b), zu der ersten Kupplungseinheit (110a) in Reihe geschaltet, angeordnet ist.
Windenergieanlage (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine zwei Kupplungseinheiten (110a, 110b) aufweisende Kupplungseinheit (100) einen den Axialversatz von Antrieb (AN) und Abtrieb (AB) ausgleichenden Freigang aufweist, jedoch gegen axiale Spielbewegung im Kupplungsbetrieb gesichert ist.
Windenergieanlage (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass drei Verbindungselemente (117, 217) vorgesehen sind, die jeweils ein antriebsseitiges Befestigungsmittel (113) und ein abtriebsseitiges Befestigungsmittel (213) miteinander verbinden und in einem gemeinsamen, sich über einen Axialabschnitt der antriebsseitigen Rotationsachse erstreckenden Radialraum zwischen der antriebsseitigen Anschlussvorrichtung (112, 112a, 112b) und der abtriebsseitigen Anschlussvorrichtung (212, 212a, 212b) angeordnet sind, und ein Verbindungsmittelterzett bilden.
Windenergieanlage (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinheit weitere Verbindungsmittelterzette zwischen der antriebsseitigen Anschlussvorrichtung (112, 112a, 112b) und der abtriebsseitigen Anschlussvorrichtung (212, 212a, 212b) aufweist, die jeweils drei Verbindungselemente (117, 217) umfassen, und jeweils in einem eigenen Radialraum zwischen der antriebsseitigen Anschlussvorrichtung (112, 112a, 112b) und der abtriebsseitigen Anschlussvorrichtung (212, 212a, 212b) angeordnet sind.
Windenergieanlage (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung zwischen den Befestigungsmitteln (113, 213) und den Verbindungselementen (117, 217) mittels einer Kugelgelenkverbindung oder einer anders ausgebildeten, drei Freiheitsgrade ermöglichenden Gelenkverbindung gebildet ist und insbesondere unter Nutzung von Stahl, Kunststoff, Elastomeren und/oder Gewebewerkstoffen erfolgt.
Windenergieanlage (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (117, 217) gegen ein Verdrehen im Betrieb der Kupplungseinheit insbesondere um ihre Längsachse gesichert sind.
Windenergieanlage (10), insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend einen Maschinenträger (11), einen Rotor (12) mit mindestens einem Rotorblatt (13), und einen Antriebsstrang (14), der Antriebsstrangelemente (15, 16), wie Getriebe und/oder Generator, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Kraftleitungsweg zwischen einer Nabe (18) des Rotors (12) und wenigstens einem Antriebsstrangelement (15, 16) eine Kupplungseinheit (100, 110a, 110b) angeordnet ist, die eine antriebsseitige Anschlussvorrichtung (112, 112a, 112b) zur mittelbaren oder unmittelbaren Verbindung mit der Nabe und eine abtriebsseitige Anschlussvorrichtung (212, 212a, 212b) zur mittelbaren oder unmittelbaren Verbindung mit dem Antriebsstrangelement aufweist, wobei die Kupplungseinheit zwischen der antriebsseitigen Anschlussvorrichtung (112, 112a, 112b) und der abtriebsseitigen Anschlussvorrichtung (212, 212a, 212b) einen Axialversatz, einen Radialversatz, und einen Winkelversatz zulässt, und als Gleichlaufkupplung ausgebildet ist, und unabhängig von der Versatzstellung reaktionskraftfrei oder nahezu reaktionskraftfrei Drehmomente von der Nabe (18) auf das Antriebsstrangelement (15, 16) überträgt.
Windenergieanlage (10), insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend einen Maschinenträger (11), einen Rotor (12) mit mindestens einem Rotorblatt (13), und einen Antriebsstrang (14), der Antriebsstrangelemente (15, 16), wie Getriebe und/oder Generator, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Kraftleitungsweg zwischen einer Nabe (18) des Rotors und wenigstens einem Antriebsstrangelement (15, 16) eine Kupplungseinheit (100, 110a, 110b) angeordnet ist, die eine antriebsseitige Anschlussvorrichtung (112, 112a, 112b) zur mittelbaren oder unmittelbaren Verbindung mit der Nabe (18) und eine abtriebsseitige Anschlussvorrichtung (212, 212a, 212b) zur mittelbaren oder unmittelbaren Verbindung mit dem Antriebsstrangelement (15, 16) aufweist, wobei die Kupplungseinheit zur Verbindung zwischen der antriebsseitigen Anschlussvorrichtung und der abtriebsseitigen Anschlussvorrichtung mindestens drei Lenker (117) aufweist, die ohne Zwischenschaltung von Längen-ausgleichenden Elastomeren mit ihrem einen Ende an der antriebsseitigen Anschlussvorrichtung und mit ihrem anderen Ende an der abtriebsseitigen Anschlussvorrichtung festgelegt sind.
Windenergieanlage (10), insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend einen Maschinenträger (11), einen Rotor (12) mit mindestens einem Rotorblatt (13), und einen Antriebsstrang (14), der Antriebsstrangelemente (15, 16), wie Getriebe und/oder Generator, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Kraftleitungsweg zwischen einer Nabe (18) des Rotors und wenigstens einem Antriebsstrangelement eine Kupplungseinheit (100, 110a, 110b) angeordnet ist, die eine antriebsseitige Anschlussvorrichtung (112, 112a, 112b) zur mittelbaren oder unmittelbaren Verbindung mit der Nabe (18) und eine abtriebsseitige Anschlussvorrichtung (212, 212a, 212b) zur mittelbaren oder unmittelbaren Verbindung mit dem Antriebsstrangelement aufweist, wobei die Kupplungseinheit zwischen der antriebsseitigen Anschlussvorrichtung und der abtriebsseitigen Anschlussvorrichtung einen Axialversatz von mehr als 10 mm und einen Radialversatz von mehr als 10 mm zulässt.
Windenergieanlage (10), insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend einen Maschinenträger (11), einen Rotor (12) mit mindestens einem Rotorblatt (13), und einen Antriebsstrang (14), der Antriebsstrangelemente (15, 16), wie Getriebe und/oder Generator, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Kraftleitungsweg zwischen einer Nabe (18) des Rotors und wenigstens einem Antriebsstrangelement eine Kupplungseinheit (100, 110a, 110b) angeordnet ist, die eine antriebsseitige Anschlussvorrichtung (112, 112a, 112b) zur mittelbaren oder unmittelbaren Verbindung mit der Nabe (18) und eine abtriebsseitige Anschlussvorrichtung (212, 212a, 212b) zur mittelbaren oder unmittelbaren Verbindung mit dem Antriebsstrangelement (15, 16) aufweist, wobei die Kupplungseinheit zwischen der antriebsseitigen Anschlussvorrichtung (112, 112a, 112b) und der abtriebsseitigen Anschlussvorrichtung (212, 212a, 212b) einen Winkelversatz von mehr als 1° zulässt.
Windenergieanlage (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (18) des Rotors (12) als Hohlwelle ausgebildet ist, und die Kupplungseinheit (100, 110, 110a, 110b) zumindest teilweise in der Hohlwelle angeordnet ist.