DE102014013570A1

DE102014013570A1 - Stellsystem, Windenergieanlage und Verfahren zum Ausrichten und/oder Nachführen eines Maschinenhauses und/oder eines Rotorblattes

Info

Publication number: DE102014013570A1
Application number: DE102014013570.5A
Authority: DE
Inventors: Frank Lülfing
Original assignee: Conveni GmbH
Current assignee: Conveni GmbH
Priority date: 2014-09-18
Filing date: 2014-09-18
Publication date: 2016-03-24
Also published as: WO2016042068A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Stellsystem (10, 40) zum Ausrichten und/oder Nachführen eines Maschinenhauses (11) und/oder eines Rotorblattes (57) einer Windenergieanlage (54) in Bezug zu einer Windrichtung (58) mit mindestens einem Stellantrieb (13, 14, 41, 42, 43, 44). Um eine effizientere und kostengünstigere Konstruktion zum Ausrichten und/oder Nachführen des Maschinenhauses (11) und/oder des Rotorblattes (57) der Windenergieanlage (54) realisieren zu können, ist das Stellsystem (10, 40) dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (13, 14, 41, 42, 43, 44) hydraulisch betätigbar ist und ein schrittweises Drehen des Maschinenhauses (11) und/oder des Rotorblattes (57) ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Stellsystem zum Ausrichten und/oder Nachführen eines Maschinenhauses und/oder eines Rotorblattes einer Windenergieanlage in Bezug zu einer Windrichtung mit mindestens einem Stellantrieb. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Windenergieanlage, insbesondere zum Umwandeln von Windenergie in elektrische Energie, mit einem Maschinenhaus, das einen Rotor mit mindestens einem Rotorblatt aufweist und mit einem Stellsystem, das mindestens einen Stellantrieb zum Ausrichten und/oder Nachführen des Maschinenhauses und/oder des Rotorblattes in Bezug zu einer Windrichtung hat. Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ausrichten und/oder Nachführen eines Maschinenhauses und/oder eines Rotorblattes einer Windenergieanlage in Bezug zu einer Windrichtung, bei dem die Ausrichtung und/oder die Nachführung mittels mindestens einem Stellantrieb durchgeführt wird.
Derartige Stellsysteme, Windenergieanlagen und Verfahren sind dem Fachmann aus dem Bereich der Windenergieanlagen bekannt.
So ist beispielsweise bei Windenergieanlagen mit einer horizontal ausgerichteten Rotationsachse des Rotors eine Ausrichtung bzw. Nachführung des Rotors in Abhängigkeit von der Windrichtung notwendig, um durch eine möglichst optimale Anströmung der Rotorebene bzw. Rotorblattebene die Windkraft optimal nutzen zu können. Darüber hinaus ist es bekannt, ein Rotorblatt um seine Längsachse zu verstellen, um eine optimale Anströmung zu gewährleisten.
Beispielsweise weist bei üblichen Windenergieanlagen das Stellsystem für eine Windnachführung des Maschinenhauses üblicherweise Getriebemotoreinheiten auf. Abtriebszahnräder der Getriebemotoreinheiten greifen in eine Verzahnung einer als Stelllager dienenden Mitnehmerscheibe bzw. eines Mitnehmerringes. Die Getriebemotoreinheiten werden üblicherweise elektrisch angetrieben. Die Antriebe können an einem Turm der Windenergieanlage befestigt sein, um das mit dem Maschinenhaus befestigte Stelllager anzutreiben. Alternativ kann das Stelllager, insbesondere als eine kreisringförmige Mitnehmerscheibe bzw. Mitnehmerring, an dem Turm der Windenergieanlage befestigt sein und die Antriebe sind mit dem Maschinenhaus fest verbunden. Beim Überschreiten einer vorgegebenen Abweichung der Ausrichtung des Maschinenhauses und damit der Ausrichtung des Rotors zur Windrichtung wird das Maschinenhaus zusammen mit dem Rotor mittels des Stellsystems möglichst optimal zur Windrichtung ausgerichtet. Um ein unerwünschtes Drehen des Maschinenhauses und/oder der Rotorblattes außer bei der Ausrichtung bzw. Nachführung zu vermeiden, kann die Lage des Stellantriebes in Bezug zu dem Stelllager festgesetzt werden. Hierzu können zusätzliche Bremsen erforderlich sein, die eine Relativbewegung des Stellantriebes zum Stelllager vermeiden.
Bei üblichen Stellsystemen für Windenergieanlagen mit elektrischen Antrieben ist von Nachteil, dass diese hinsichtlich ihres Aufbaus aufwendig, schwer und kostenintensiv sind. Insbesondere bei größeren Windenergieanlagen müssen mehrere elektrische Getriebemotoreinheiten und oftmals zusätzliche Bremseinheiten eingesetzt werden. In der Regel sind die elektrischen Getriebemotoren zusätzlich mit elektromagnetischen Bremsen ausgestattet, um die Getriebemotoren nach der Bewegung festzusetzen. Die elektrischen Getriebemotoren werden für einen sanfteren Anlauf üblicherweise über Frequenzumformer angesteuert. Aufgrund der hohen Gewichte und der hohen wirkenden Kräfte sind aufwendige Konstruktionen und regelmäßige Inspektionen notwendig, um einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten.
Es ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, ein Stellsystem, eine Windenergieanlage und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine effizientere und kostengünstigere Konstruktion zum Ausrichten und/oder Nachführen eines Maschinenhauses und/oder eines Rotorblattes einer Windenergieanlage realisierbar ist.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch ein Stellsystem, eine Windenergieanlage und ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, wobei der Stellantrieb hydraulisch betätigbar ist und der Stellantrieb ein schrittweises Drehen des Maschinenhauses und/oder des Rotorblattes ermöglicht.
Hierbei ist von Vorteil, dass anstelle von elektrisch angetriebenen Stellantrieben nunmehr hydraulisch betätigbare Stellantriebe vorgesehen sind. Hierdurch ist ein kostengünstigeres und/oder effizienteres Stellsystem realisierbar. Das Stellsystem kann als eine Azimutverstelleinrichtung zum Ausrichten und/oder Nachführen eines Maschinenhauses ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Stellsystem als ein Pitchantrieb zum Verstellen mindestens eines Rotorblattes um die Längsachse des Rotorblattes ausgebildet sein. Insbesondere ist der Verstellweg eines hydraulischen Stellantriebes aufgrund eines vorgegebenen maximalen Hubweges begrenzt. Um ein beliebiges Drehen des Maschinenhauses und/oder des Rotorblattes zu ermöglichen, erfolgt das Drehen mittels des hydraulischen Stellantriebes schrittweise. Vorzugsweise wird das Maschinenhaus und/oder das Rotorblatt nach jedem erfolgten Drehschritt mittels mindestens einem Festsetzmittel festgesetzt. Insbesondere wird bei einem schrittweisen Drehen der hydraulische Stellantrieb nach einem erfolgten Drehschritt in seine Ausgangslage verfahren, um bei Bedarf einen weiteren Drehschritt des Maschinenhauses und/oder des Rotorblattes zu ermöglichen. Vorzugsweise ist unter einem schrittweisen Drehen mittels eines hydraulischen Stellantriebes ein Drehen des Maschinenhauses und/oder des Rotorblattes aufgrund einer Hin- und Herbewegung eines Hydraulikkolbens zu verstehen.
Nach einer weiteren Ausführungsform wirkt der hydraulische Stellantrieb zum Drehen des Maschinenhauses und/oder des Rotorblattes mit einem Stelllager zusammen. Das Stelllager kann als ein Ring, eine Ringscheibe oder eine Scheibe ausgebildet sein. Insbesondere ist das Stelllager als eine Bremsscheibe oder ein Bremsring ausgebildet. Vorzugsweise ist das Stelllager kreisringförmig und/oder aus einem Metall ausgebildet. Insbesondere ist das Stelllager ein Metallring oder eine Metallringscheibe. Das Stelllager kann ein, wie beispielsweise bei herkömmlichen Windenergieanlagen übliches, Zahnrad mit radial nach außen gerichteten Zähnen aufweisen. Das Stelllager kann gelocht sein. Insbesondere sind mehrere Löcher und/oder Bohrungen gleichmäßig voneinander beabstandet kreisringförmig an dem Stelllager angeordnet. Der Stellantrieb kann am Maschinenhaus und das Stelllager an einem Turm der Windenergieanlage befestigt sein. Bei dieser Ausführungsform ist das Stelllager ortsfest mit dem Turm verbunden und der Stellantrieb ist zusammen mit dem Maschinenhaus in Bezug zum Stelllager bzw. dem Turm der Windenergieanlage drehbar. Alternativ kann der Stellantrieb am Turm und das Stelllager am Maschinenhaus befestigt sein. Bei dieser Ausführungsform ist der Stellantrieb ortsfest am Turm befestigt und das Stelllager ist zusammen mit dem Maschinenhaus in Bezug zum Turm der Windenergieanlage und dem Stellantrieb drehbar.
Gemäß einer Weiterbildung hat der hydraulische Stellantrieb einen Hydraulikzylinder und einen, insbesondere innerhalb des Hydraulikzylinders bewegbaren, Hydraulikkolben. Insbesondere bilden der Hydraulikzylinder und der Hydraulikkolben eine hydraulisch betätigbare Kolben-Zylinder-Einheit. Ein Durchmesser des Hydraulikzylinders und/oder des Hydraulikkolbens kann im Bereich von 10 cm bis 30 cm liegen. Insbesondere beträgt der Durchmesser 20 cm. Vorzugsweise ist ein vom Hydraulikkolben und/oder von einer Kolbenstange des Hydraulikkolbens abgewandtes Ende des Hydraulikzylinders an einer Aufnahme befestigt. Die Aufnahme wiederum kann am Maschinenhaus oder am Turm der Windenergieanlage befestigt sein. Insbesondere dient die Aufnahme als ein Widerlager für den Stellantrieb, um über den Stellantrieb geleitete Kräfte aufzunehmen. Der Stellantrieb, insbesondere das vom Hydraulikkolben und/oder der Kolbenstange abgewandte Ende des Hydraulikzylinders, kann drehbar an der Aufnahme gelagert sein. Vorzugsweise ist eine Achse zum Drehen des Stellantriebes und/oder des Hydraulikzylinders an der Aufnahme parallel zu einer Drehachse des Stelllagers, des Maschinenhauses und/oder des Rotorblattes ausgerichtet. Der Hydraulikzylinder kann als ein doppeltwirkender Hydraulikzylinder ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der Hydraulikzylinder, insbesondere zur Erhöhung der Betriebssicherheit, mit einer Druckhalteeinrichtung versehen, die bei einer undichten Hydraulikleitung und/oder einem unzureichenden Hydraulikdruck einen vorgegebenen Druck auf den Hydraulikzylinder und/oder den Hydraulikkolben aufrecht erhält. Die Anzahl und/oder die Anordnung der Stellantriebe und/oder der hydraulikzylinder, insbesondere in Bezug zum Stelllager, sind je nach Anforderung wählbar. Insbesondere befindet sich der Hydraulikkolben in einer Ausgangslage in einer Mittellage, in der der Hydraulikkolben mittig in dem Hydraulikzylinder angeordnet ist. Hierdurch ist der Hydraulikkolben aus der Ausgangslage wahlweise in eine von zwei voneinander abgewandte Betätigungsrichtungen betätigbar. Der maximale Hubweg aus der Ausgangslage des Hydraulikkolbens kann somit die Hälfte des Gesamthubweges des hydraulischen Stellantriebes betragen.
Insbesondere wirkt ein vom Hydraulikzylinder abgewandtes Ende des Hydraulikkolbens und/oder der Kolbenstange mit einem Stelllager zum schrittweisen Drehen des Maschinenhauses und/oder des Rotorblattes zusammen. Vorzugsweise weist der Hydraulikkolben eine Kolbenstange auf, die mindestens teilweise an einem, insbesondere von der Aufnahme abgewandten Ende des Hydraulikzylinders, aus dem Hydraulikzylinder hervorsteht. Das vom Hydraulikzylinder abgewandte Ende der Kolbenstange kann mit dem Stelllager zum schrittweisen Drehen des Maschinenhauses und/oder des Rotorblattes zusammenwirken. Insbesondere greift der Hydraulikkolben und/oder die Kolbenstange zum Drehen des Maschinenhauses und/oder des Rotorblattes mit mindestens einer Kraftkomponente tangential zur Drehrichtung um eine Drehachse des Stelllagers an dem Stelllager an.
Nach einer weiteren Ausführungsform hat der Stellantrieb, insbesondere an einem von einem Hydraulikzylinder abgewandten Ende eines Hydraulikkolbens und/oder einer Kolbenstange, eine Kopplungseinrichtung zum lösbaren Verbinden mit dem Stelllager. Insbesondere ist die Kopplungseinrichtung zum Herstellen und/oder Lösen der Verbindung elektrisch oder hydraulisch betätigbar. Mittels der Kopplungseinrichtung ist der Stellantrieb lösbar mit dem Stelllager zum Drehen, Bremsen und/oder Festsetzen des Maschinenhauses und/oder des Rotorblattes verbindbar. Vorzugsweise ist die Kopplungseinrichtung in einer Führung des Stelllagers geführt. Die Führung kann mindestens eine Nut und einen korrespondierend zu der Nut ausgebildeten Steg aufweisen. Beispielsweise ist in das Stelllager mindestens eine Nut eingebracht, in die ein Steg der Kopplungseinrichtung eingreift, wodurch die Kopplungseinrichtung an dem Stelllager geführt ist. Vorzugsweise umgreift die Kopplungseinrichtung, insbesondere U-förmig, das Stelllager. Insbesondere sind an zwei voneinander abgewandten Seiten des Stelllagers Führungen für die Kopplungseinrichtungen vorgesehen. Hierdurch ist eine besonders zuverlässige Führung der Kopplungseinrichtung an dem Stelllager, insbesondere auf einer Kreisbahn des Stelllagers, realisierbar.
Die Kopplungseinrichtung kann eine reibschlüssig wirkende Bremseinrichtung und/oder eine formschlüssig wirkende Verriegelungseinrichtung aufweisen sein. Bei der Ausbildung als eine Bremseinrichtung kann die Kopplungseinrichtung Bremsbeläge aufweisen, die mit einem vorgebbaren Anpressdruck, insbesondere hydraulisch, auf eine Fläche des Stelllagers gedrückt werden können. Die formschlüssig wirkende Verriegelungseinrichtung kann ein verstellbares Verriegelungselement zum lösbaren in Eingriff bringen mit dem Stelllager aufweisen. Insbesondere ist das Verriegelungselement hydraulisch betätigbar. Das Verriegelungselement kann eine lösbare Rastverbindung mit dem Stelllager ermöglichen. Beispielsweise kann das Verriegelungselement als ein bewegbarer Bolzen ausgebildet sein. Das Verriegelungselement kann in eine korrespondierend ausgebildete Verriegelungsaufnahme des Stelllagers zum Herstellen der lösbaren Verbindung des Stellantriebes mit dem Stelllager eingreifen.
Gemäß einer Weiterbildung weist das Stellsystem mindestens eine separate Feststellbremse zum lösbaren Verbinden mit dem Stelllager auf. Mittels der Feststellbremse kann ein unerwünschtes Drehen des Maschinenhauses und/oder des Rotorblattes verhindert werden. Die Feststellbremse kann hydraulisch oder elektrisch betätigbar sein. Insbesondere ist die Feststellbremse zum reibschlüssigen und/oder formschlüssigen Zusammenwirken mit dem Stelllager ausgebildet. Das Stellsystem kann mehrere Feststellbremsen und/oder mehrere Stellantriebe aufweisen. Insbesondere sind die mehreren Feststellbremsen und/oder die mehreren Stellantriebe, insbesondere gleichmäßig, am Außenumfang des Stelllagers verteilt angeordnet.
Nach einer weiteren Ausführungsform sind, insbesondere sämtliche, hydraulisch betätigbaren Bauteile, insbesondere der mindestens eine Stellantrieb, die Kopplungseinrichtung und/oder die Feststellbremse, an einer gemeinsamen Hydraulikversorgung und/oder Steuerung angeschlossen. Der Stellantrieb, die Kopplungseinrichtung und/oder die Feststellbremse können mittels der Hydraulikversorgung und/oder der Steuerung gesteuert werden. Die Steuerung kann eine elektrische Steuerlogik aufweisen. Vorzugsweise ist der Hydraulikdruck mittels mindestens einen Ventils steuerbar. Insbesondere wird das Stellsystem und/oder der Stellantrieb mittels elektrischer Magnetventile angesteuert. Das Stellsystem kann mindestens eine Dämpfungseinrichtung aufweisen. Die Dämpfungseinrichtung kann ein Druckregelventil und/oder eine Druckspeichereinrichtung haben. Mittels der Dämpfungseinrichtung können innerhalb des Stellsystems und/oder des hydraulischen Stellantriebes wirkende Stöße, die insbesondere aus Lastspitzen resultieren, gedämpft werden.
Eine erfindungsgemäße Windenergieanlage kann ein Maschinenhaus haben, das einen Rotor mit mindestens einem Rotorblatt aufweist. Insbesondere hat die Windenergieanlage ein erfindungsgemäßes Stellsystem, das einen Stellantrieb zum Ausrichten und/oder Nachführen des Maschinenhauses und/oder des Rotorblattes in Bezug zu einer Windrichtung hat. Der Stellantrieb ist hydraulisch betätigbar und ermöglicht ein schrittweises Drehen des Maschinenhauses und/oder des Rotorblattes. Insbesondere kann das Maschinenhaus und/oder das Rotorblatt schrittweise mittels des hydraulischen Stellantriebs in eine erste Richtung um eine Drehachse und in eine von der ersten Drehrichtung abgewandte zweite Drehrichtung um die Drehachse gedreht werden. Die Drehachse kann mit einer Mittelachse eines Turms der Windenergieanlage übereinstimmen und/oder die Drehachse kann parallel zur Längsachse oder Mittelachse des Turms ausgerichtet sein. Insbesondere ist eine beliebige Drehung des Maschinenhauses und/oder des Rotorblattes um die Drehachse in beliebigen Winkelschritten und/oder um mehr als 360° ermöglicht.
Vorzugsweise ist das Maschinenhaus und/oder das Rotorblatt mit einer beliebigen Anzahl von Winkelschritten und/oder Drehschritten schrittweise um eine Drehachse eines Stelllagers drehbar. Die Drehachse des Stelllagers kann mit einer Mittelachse eines Turms der Windenergieanlage übereinstimmen und/oder parallel zur Längsachse oder Mittelachse des Turms ausgerichtet sein. Insbesondere ist die Schrittweite vorgebbar und/oder steuerbar. Der kleinste Winkelschritt und/oder die kleinste Schrittweist kann weniger als ein 1° oder genau 1° sein. Vorzugsweise ist mit Erreichen und/oder Durchfahren eines maximalen Hubweges des Stellantriebes und/oder des Hydraulikkolbens ein Winkelschritt und/oder ein Drehschritt mit einer Schrittweite von bis zu 20°, insbesondere bis zu 10°, realisiert. Insbesondere ist bei Erreichen einer Endlage des Hydraulikkolbens nach Durchfahren eines maximalen Hubweges aus der Ausgangslage ein Winkelschritt und/oder ein Drehschritt mit einer Schrittweite bis zu 20°, insbesondere bis zu 10°, erreicht. Aufgrund mehrerer aufeinanderfolgender Winkelschritte und/oder Drehschritte ist eine beliebige Drehung des Maschinenhauses und/oder des Rotorblattes um die Drehachse ermöglicht.
Gemäß einer Weiterbildung wird der hydraulische Stellantrieb zum Drehen des Maschinenhauses und/oder des Rotorblattes mittels einer Kopplungseinrichtung mit einem, insbesondere kreisringförmigen oder kreisscheibenförmigen, Stelllager verbunden. Um ein schrittweises Drehen zu ermöglichen, ist die Verbindung der Kopplungseinrichtung mit dem Stelllager lösbar. Zum Bewirken der Drehung des Maschinenhauses und/oder des Rotorblattes wird ein Hydraulikkolben des Stellantriebes in Bezug zu einem Hydraulikzylinder des Stellantriebes zum Erzeugen der Drehbewegung bewegt. Insbesondere greift der Hydraulikkolben, eine Kolbenstange des Hydraulikkolbens und/oder die Kopplungseinrichtung bei einer Betätigung des Stellantriebes bzw. beim Bewegen des Hydraulikkolbens mit mindestens einer Kraftkomponente tangential zur Drehrichtung um die Drehachse des Stelllagers an dem Stelllager an. Vorzugsweise greift der Hydraulikkolben, die Kolbenstange und/oder die Kopplungseinrichtung beim Drehen des Maschinenhauses und/oder des Rotorblattes im Bereich eines Außenumfanges, insbesondere einen kreisringförmigen Bereich, des Stelllagers an dem Stelllager an.
Vorzugsweise wird ein Hydraulikkolben des hydraulisch betätigbaren Stellantriebes zum Drehen des Maschinenhauses und/oder des Rotorblattes in eine vorgebbare Soll-Lage des Maschinenhauses und/oder des Rotorblattes bewegt. Insbesondere wird der Hydraulikkolben aus einer Ausgangslage, vorzugsweise einer Mittellage in Bezug zu einem Hydraulikzylinder, bewegt. Vorzugsweise ist der Hydraulikkolben in der Mittellage und/oder Ausgangslage mittig in Bezug zum Hydraulikzylinder angeordnet. Insbesondere befindet sich der Hydraulikkolben In der Ausgangslage und/oder Mittellage auf halbem Wege zwischen einer vollständig eingefahrenen und einer vollständig ausgefahrenen Position. Hierdurch kann der Hydraulikkolben aus der Mittellage und/oder Ausgangslage zum wahlweisen Drehen des Maschinenhauses und/oder des Rotorblattes in eine erste Drehrichtung oder in eine von der ersten Drehrichtung abgewandte zweite Drehrichtung bewegt werden. Insbesondere entspricht der maximale Hubweg des Hydraulikkolbens aus der Mittellage und/oder Ausgangslage im Wesentlichen der Hälfte der maximalen Innenlänge des Hydraulikzylinders. Der Hydraulikkolben kann aus der Mittellage und/oder Ausgangslage wahlweise in eine erste Hubrichtung oder in eine von der ersten Hubrichtung abgewandte zweite Hubrichtung in Längsrichtung des Hydraulikzylinders bewegt werden.
Der Hydraulikkolben kann nach dem Erreichen der Soll-Lage und/oder einer Endlage des Hydraulikkolbens, insbesondere nach Erreichen und/oder Durchfahren eines maximalen Hubweges des Hydraulikkolbens, in die Ausgangslage zurück verfahren werden. Vorzugsweise ist die Endlage bei Erreichen und/oder Durchfahren eines maximalen Hubweges des Hydraulikkolbens aus der Ausgangslage erreicht. Insbesondere wird beim Bewegen des Hydraulikkolbens aus der Endlage in die Ausgangslage eine Relativbewegung des Stellantriebes in Bezug zu einem Stelllager, vorzugsweise mittels einer Bremseinrichtung, einer Verriegelungseinrichtung, einer Feststellbremse und/oder dem Stellantrieb, blockiert. Hierdurch kann eine unerwünschte Bewegung des Maschinenhauses und/oder des Rotorblattes, insbesondere um die Drehachse des Stelllagers, vermieden werden. Somit ist gewährleistbar, dass das Maschinenhaus und/oder das Rotorblatt beim Zurückfahren der Stellantriebe sicher in seiner Position gehalten und beispielsweise durch einwirkende Windkräfte nicht unerwünscht verdreht wird. Das Festsetzen und/oder Bremsen kann ausschließlich mittels des Stellantriebes und/oder dem Hydraulikkolben erfolgen. Bei einer Abweichung der Ist-Lage des Maschinenhauses und/oder des Rotorblattes von der Soll-Lage kann ein mehrfaches Hin- und Herbewegen des Hydraulikkolbens erfolgen, bis die Ist-lage mit der Soll-Lage übereinstimmt.
Insbesondere bei mehreren hydraulischen Stellantrieben wird bei Erreichen eines maximalen Hubweges von Hydraulikkolben der Stellantriebe beim Drehen des Maschinenhauses und/oder des Rotorblattes und einer Abweichung der Ist-Lage von der Soll-Lage zunächst die Verbindung eines einzelnen Stellantriebes mit dem Stelllager gelöst. Anschließend wird der Hydraulikkolben des gelösten Stellantriebes in seine Ausgangslage verfahren. Sodann wird die Verbindung des Stellantriebes in der Ausgangslage mit dem Stelllager wieder hergestellt. Vorzugsweise wird anschließend und nacheinander folgend mit sämtlichen weiteren Stellantrieben analog verfahren, bis sämtliche Stellantriebe in ihrer Ausgangsposition sind. Nachfolgend kann ein weiteres Drehen mittels der Stellantriebe erfolgen, bis die Soll-Lage erreicht ist.
Von besonderem Vorteil ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen Stellsystems, einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage und/oder eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ausrichten und/oder Nachführen eines Maschinenhauses und/oder eines Rotorblattes einer Windenergieanlage in Bezug zu einer Windrichtung. Insbesondere ist bei mehreren Stellantrieben eine sehr gleichmäßige Lastverteilung auf die Stellantriebe, die Hydraulikzylinder und/oder die Hydraulikkolben realisierbar. Die Gefahr von Beschädigungen eines Stellantriebes aufgrund einer ungleichmäßigen Lastverteilung ist deutlich reduzierbar. Insbesondere aufgrund der gleichmäßigen Lastverteilung ergibt sich ein geringerer Verschleiß durch Lastspitzen, die auf die einzelnen Stellantriebe wirken. Aufgrund der Verwendbarkeit von hydraulisch betätigbaren Bauteilen kann im Vergleich zum Stand der Technik auf eine Vielzahl von elektrischen Antrieben verzichtet werden. Vorzugsweise ist lediglich ein einzelner elektrischer Antrieb zum Betrieb einer Hydraulikpumpe erforderlich. Die Bereitstellung einer Verzahnung, insbesondere aus Werkzeugstahl, an dem Stelllager ist verzichtbar. Hierdurch ist das Gewicht des Stelllagers reduzierbar. Die Herstellungskosten für ein Stelllager, insbesondere in der Gestalt einer Mitnehmerscheibe und/oder eines Mitnehmerringes, sind hierdurch ebenfalls deutlich reduzierbar. Anstelle von kostenintensiven elektrisch betätigten Getriebemotoren können deutlich kostengünstigere hydraulisch betätigte Stellantriebe eingesetzt werden. Da bereits mittels der hydraulischen Stellantriebe, insbesondere mittels der Kopplungseinrichtung, ein hinreichendes Festsetzen am Stelllager ermöglicht ist, kann auf den Einsatz von zusätzlichen Feststellbremsen verzichtet werden. Hierdurch ergeben sich erhebliche Gewichts- und/oder Kostenvorteile. Die für elektrische Getriebemotoren als Stellantriebe üblicherweise notwendigen Frequenzumformer sind bei der erfindungsgemäßen Lösung ebenfalls verzichtbar. Hierdurch ergibt sich eine weitere Reduzierung beim Gewicht des Stellsystems und den damit verbundenen Kosten. Insbesondere sind Lastspitzen mittels hydraulischer Stellantriebe, insbesondere in Verbindung mit einer Dämpfungseinrichtung, einem Überdruckventil und/oder Druckspeichervorrichtungen, einfach und effektiv dämpfbar.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage,
2 eine schematische Draufsicht auf ein erstes erfindungsgemäßes Stellsystem,
3 ein Ausschnitt aus dem erfindungsgemäßen Stellsystem gemäß 2,
4 eine schematische Schnittdarstellung des Ausschnitts des Stellsystems gemäß 3,
5 eine schematische Draufsicht auf ein weiteres erfindungsgemäßes Stellsystem,
6 ein Ausschnitt aus dem erfindungsgemäßen Stellsystem gemäß 5, und
7 eine schematische Schnittdarstellung des Ausschnitts des Stellsystems gemäß 6.
1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage 54. Die Windenergieanlage 54 hat einen Turm 39. Der Turm 39 ist hinsichtlich seiner Längsachse im Wesentlichen senkrecht stehend ausgerichtet. Ein erstes, unteres Ende des Turms 39 stützt sich auf einem Fundament 55 ab. Ein Maschinenhaus 11 ist mit einem von dem ersten Ende abgewandten zweiten, oberen Ende des Turms 39 verbunden.
Das Maschinenhaus 11 hat einen Rotor 56. Der Rotor 56 hat eine im Wesentlichen horizontale Rotationsachse und ist mit einem hier nicht näher dargestellten Generator zum Umwandeln mechanischer Energie in elektrische Energie verbunden, der innerhalb des Maschinenhauses 11 angeordnet ist. Der Rotor 56 hat bei diesem Ausführungsbeispiel mehrere Rotorblätter 57.
Der Rotor 56 ist mittels eines Windes, der auf die Rotorblätter 57 wirkt in eine Rotation um die Rotationsachse des Rotors 56 versetzbar. Hierzu muss das Maschinenhaus 11 derart zu einer Windrichtung gemäß dem Pfeil 58 ausgerichtet sein, dass der Wind im Wesentlichen senkrecht auf eine Rotorblattebene des Rotors 56 bzw. der Rotorblätter 57 trifft.
Zum Ausrichten und/oder Nachführen des Maschinenhauses 11, ist das Maschinenhaus 11 um die Längsachse des Turms 39 drehbar an dem Turm 39 gelagert. Für ein steuerbares Nachführen und/oder Ausrichten des Maschinenhauses 11 weist die Windenergieanlage 54 ein nachfolgend näher beschriebenes erfindungsgemäßes Stellsystem 10, 40 auf.
2 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Stellsystem 10. Bei diesem Ausführungsbeispiel dient das Stellsystem 10 zum Ausrichten bzw. Nachführen des Maschinenhauses 11 in Abhängigkeit von einer Windrichtung. Alternativ kann das Stellsystem 10 zum Ausrichten bzw. Nachführen eines Rotorblattes 57 an dem Rotor 56 dienen.
Das Stellsystem 10 hat eine Verstelleinrichtung 12. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist das Stellsystem 10 bzw. die Verstelleinrichtung 12 einen ersten hydraulisch betätigbaren Stellantrieb 13 und einen zweiten hydraulisch betätigbaren Stellantrieb 14 auf. Die Stellantriebe 13, 14 haben jeweils einen Hydraulikzylinder 15, der bei diesem Ausführungsbeispiel als ein doppeltwirkender Hydraulikzylinder 15 ausgebildet ist. Innerhalb des Hydraulikzylinders 15 ist ein Hydraulikkolben 16 verschiebbar geführt.
Zum Betätigen der Stellantriebe 13, 14 bzw. des Hydraulikkolbens 16 ist der Hydraulikzylinder 15 mittels Hydraulikleitungen 17 an eine Hydraulikversorgung 18 angeschlossen. Für eine bessere Übersichtlichkeit sind nicht alle Hydraulikleitungen 17 mit einem Bezugszeichen versehen. Zum Bereitstellen der doppeltwirkenden Funktion sind die Hydraulikzylinder 15 der Stellantriebe 13, 14 jeweils mit zwei Hydraulikleitungen 17 verbunden. Die Hydraulikversorgung 18 hat eine elektrisch betätigte Hydraulikpumpe 19. Die Hydraulikversorgung 18 weist eine hier nicht näher dargestellte Dämpfungseinrichtung auf, die Druckregelventile und eine Druckspeichervorrichtung hat.
Zusätzlich zu den Hydraulikleitungen 17 sind weitere Hydraulikleitungen 20 an die Hydraulikversorgung 18 angeschlossen. Die Hydraulikleitungen 20 führen zu hydraulisch betätigten Bremseinrichtungen 21 und Feststellbremsen 22. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind jeweils zwei Bremseinrichtungen 21 und zwei Feststellbremsen 22 vorgesehen. Die Feststellbremsen 22 sind bei diesem Ausführungsbeispiel fest an dem Maschinenhaus 11 befestigt. Für eine bessere Übersichtlichkeit sind nicht alle Hydraulikleitungen 20 mit einem Bezugszeichen versehen.
Die Hydraulikleitungen 17 und 20 sind mittels steuerbarer Ventile 23 an die Hydraulikversorgung 18 angeschlossen. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Ventile 23 als elektrische Magnetventile ausgebildet. Für eine bessere Übersichtlichkeit sind nicht alle Ventile 23 mit einem Bezugszeichen versehen. Die Ventile 23 und die Hydraulikversorgung 18 sind mit einer hier nicht näher dargestellten Steuerung verbunden.
Der Hydraulikkolben 16 hat eine Kolbenstange 26. Die Kolbenstange 26 tritt abhängig von der Lage des Hydraulikkolbens 16 in Bezug zum Hydraulikzylinder 15 mindestens teilweise aus dem Hydraulikzylinder 15 heraus. Ein von dem Hydraulikkolben 16 bzw. der Kolbenstange 26 abgewandtes Ende des Hydraulikzylinders 15 ist an einer Aufnahme 24 befestigt. Die Aufnahme 24 wiederum ist bei diesem Beispiel ortsfest an dem Maschinenhaus 11 befestigt. Die Stellantriebe 13, 14 bzw. der Hydraulikzylinder 15 ist um eine Achse 25 drehbar an der Aufnahme 24 gelagert. An einem von der Aufnahme 24 abgewandten Ende des Hydraulikkolbens 16 bzw. der Kolbenstange 26 ist eine Kopplungseinrichtung 27 angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Kopplungseinrichtung 27 hydraulisch betätigbar.
Die Kopplungseinrichtung 27, die Bremseinrichtungen 21 und die Feststellbremsen 22 sind an einem Stelllager 28 geführt. Das Stelllager 28 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als eine einzelne Ringscheibe ausgebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Stelllager 28 drehfest an dem hier nicht näher dargestellten Turm 39 der Windenergieanlage 54 befestigt. Ein Mittelpunkt des kreisringförmigen Stelllagers 28 definiert eine virtuelle Drehachse 29, um die das Maschinenhaus 11 drehbar ist. Die Längsachse der Drehachse 29 ist parallel zur Längsachse des Turms 39 der Windenergieanlage 54 ausgerichtet. Des Weiteren sind die Achsen 25 der Aufnahme 24 parallel zur Drehachse 29 ausgerichtet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Bremseinrichtungen 21 Bestandteil der Kopplungseinrichtungen 27. Hiervon abgesehen entspricht der Aufbau und die Funktionsweise der Feststellbremsen 22 im Wesentlichen dem der Bremseinrichtungen 21. Die Kopplungseinrichtungen 27 und die Bremseinrichtungen 21 sind gemeinsam drehbar mit einem von der Aufnahme 24 abgewandten Ende des Hydraulikkolbens 16 bzw. der Kolbenstange 26 verbunden. Mittels des Hydraulikkolbens 16 ist die Kopplungseinrichtung 27 bzw. die Bremseinrichtung 21 kreissegmentartig oder bogenförmig an einer Kreisbahn des Stelllagers 28 führbar.
3 zeigt einen Ausschnitt aus dem Stellsystem 10 gemäß 2. Im Einzelnen ist in der 3 ein Ausschnitt einer Draufsicht auf einen Teil einer Kopplungseinrichtung 27 mit einer Bremseinrichtung 21 gezeigt. Gut zu erkennen ist eine Achse 30, mit der ein vom Hydraulikzylinder 15 abgewandtes Ende der Kolbenstange 26 drehbar an der Kopplungseinrichtung 27 gelagert ist. Hierzu weist das vom Hydraulikzylinder 15 abgewandte Ende der Kolbenstange 26 einen Koppelring 31 auf, der mit der Achse 30 verbunden ist. Die Achse 30 ist parallel zu den Achsen 25 der Aufnahme 24 und der Drehachse 29 ausgerichtet. Eine Schnittlinie A-A zeigt den Schnitt an, der gemäß der nachfolgend beschriebenen 4 gezeigt ist.
4 zeigt eine geschnittene Darstellung des Ausschnitts gemäß 3 und der dort gezeigten Schnittlinie A-A. Das von der Aufnahme 24 bzw. dem Hydraulikzylinder 15 abgewandte Ende der Kolbenstange 26 hat den Koppelring 31, der drehbar an der Achse 30 gelagert ist. Die Kopplungseinrichtung 27 und die Bremseinrichtung 21 umgreift im Wesentlichen U-förmig das Stelllager 28. Hierbei ist die Kopplungseinrichtung 27 bzw. die Bremseinrichtung 21 mittels einer Führung 32 an dem Stelllager 28 geführt. Die Führung 32 weist bei diesem Ausführungsbeispiel Stege 33, 34 und Nuten 35, 36 auf. Die Stege 33, 34 sind an den freien Enden der U-förmigen Kopplungseinrichtung 27 bzw. der Bremseinrichtung 21 angeordnet. Hierbei sind die Stege 33, 34 einander zugewandt. Die Stege 33, 34 greifen in die korrespondierend ausgebildeten Nuten 35, 36 ein. Die Nuten 35, 36 sind an zwei voneinander abgewandten Seiten des Stelllagers 28 eingebracht. Aufgrund der im Querschnitt U-förmigen Gestaltung der Kopplungseinrichtung 27 bzw. der Bremseinrichtung 21 sowie der zusätzlichen Führung 32 ist die Kopplungseinrichtung 27 und die Bremseinrichtung 21 sicher an dem Stelllager 28 gehalten und kreisbahnartig verschiebbar geführt.
Die Bremseinrichtung 21 weist an zwei voneinander abgewandten Seiten des Stelllagers 28 Bremsbeläge 37, 38 auf. Die Bremsbeläge 37, 38 sind hydraulisch mit einem vorgebbaren Druck zum Bremsen oder Festsetzen der Verstelleinrichtung 12 auf zwei voneinander abgewandte Seiten des Stelllagers 28 drückbar. Mittels der Bremseinrichtungen 21 und den Feststellbremsen 22 ist eine Relativbewegung des Maschinenhauses 11 und der Stellantriebe 12, 13 in Bezug zum Stelllager 28 blockierbar bzw. vermeidbar. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Stelllager 28 mit einer Schraubverbindung fest mit dem Turm 39 der Windenergieanlage 54 verbunden. Das Maschinenhaus 11 ist mittels eines Lagers 53 drehbar an dem Turm 39 gelagert.
5 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein weiteres erfindungsgemäßes Stellsystem 40. Das Stellsystem 40 entspricht teilweise dem Stellsystem 10 gemäß 2 bis 4. Gleiche Merkmale tragen die gleichen Bezugszeichen. Insoweit wird auch auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel hat das Stellsystem 40 insgesamt vier hydraulisch betätigbare Stellantriebe 41, 42, 43, 44. Die Stellantriebe 41, 42, 43, 44 sind gleich aufgebaut und bei diesem Beispiel gleichmäßig um ein kreisringförmiges Stelllager 45 verteilt angeordnet. Das Stelllager 45 entspricht weitgehend dem Stelllager 28 gemäß 2 bis 4. Hier weist das Stelllager 45 jedoch zusätzlich eine Vielzahl von Löchern 46 auf, die gleichmäßig und kreisringförmig am Stelllager 45 verteilt angeordnet sind. Für eine bessere Übersichtlichkeit sind nicht sämtliche Löcher 46 mit einem Bezugszeichen versehen.
Der Aufbau und die Funktionsweise der Stellantriebe 41, 42, 43, 44 entspricht weitgehend den Stellantrieben 13, 14 gemäß 2 bis 4. Insoweit wird auch auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen. Die Stellantriebe 41, 42, 43, 44 haben jeweils eine Aufnahme 24 und weisen an einem von der Aufnahme 24 bzw. dem Hydraulikzylinder 15 abgewandten Ende des Hydraulikkolbens 16 bzw. der Kolbenstange 26 jeweils eine Kopplungseinrichtung 47 auf. Für eine bessere Übersichtlichkeit sind nicht sämtliche Kopplungseinrichtungen 47 mit einem Bezugszeichen versehen. Die Kopplungseinrichtung 47 ist hydraulisch betätigbar, wozu pro Kopplungseinrichtung 47 jeweils zwei Hydraulikleitungen 48 vorgesehen sind. Für eine bessere Übersichtlichkeit sind nicht sämtliche Hydraulikleitungen 17 und 48 dargestellt. Die Kopplungseinrichtung 47 weist eine formschlüssig wirkende Verriegelungseinrichtung 49 zum lösbaren Verbinden der Kopplungseinrichtung 47 mit dem Stelllager 45 auf. Die beiden Hydraulikleitungen 48 sind mit der Verriegelungseinrichtung 49 zum hydraulischen Betätigen der Verriegelungseinrichtung 49 verbunden.
6 zeigt einen Ausschnitt aus der Draufsicht des Stellsystems 40 gemäß 5. Im Einzelnen ist in der 6 ein Ausschnitt einer Draufsicht auf einen Teil einer Kopplungseinrichtung 47 mit einer Verriegelungseinrichtung 49 gezeigt. An der Achse 30 der Kopplungseinrichtung 47 ist der Koppelring 31 der Kolbenstage 26 drehbar gelagert. Die Schnittlinie A-A zeigt die Lage des Querschnittes gemäß der nachfolgend beschriebenen 7 an.
7 zeigt einen schematischen Querschnitt des Ausschnittes gemäß 6 entlang der dort gezeigten Schnittlinie A-A. Gleiche Merkmale tragen die gleichen Bezugszeichen wie zuvor. Insoweit wird auch auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen.
Die Verriegelungseinrichtung 49 hat einen Verriegelungskolben 50, der innerhalb eines doppeltwirkenden und hydraulisch betätigten Verriegelungszylinders 51 geführt ist. Der Verriegelungskolben 50 ist an seinem dem Stelllager 45 zugewandten Ende mit einem Verriegelungselement 52 verbunden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Verriegelungselement 52 als ein Bolzen ausgebildet. Der Durchmesser des Verriegelungselementes 52 ist geringfügig kleiner als der Durchmesser der eines Loches 46, um ein Einführen und Ausführen des Verriegelungselementes 52 in bzw. aus dem Loch 46 zu ermöglichen. In der hier dargestellten Entriegelungsposition des Verriegelungselementes 52 ist das Verriegelungselement 52 vollständig aus dem Loch 46 herausgefahren. Hierdurch ist eine Relativbewegung der Kopplungseinrichtung 47 in Bezug zum Stelllager 45 ermöglicht. In einer hier nicht näher dargestellten Verriegelungsposition des Verriegelungselementes 52 ist das Verriegelungselement 52 in das Loch 46 eingefahren, wodurch eine Relativbewegung der Kopplungseinrichtung 47 zum Stelllager 45 blockiert ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel hat das dem Stelllager 45 zugewandte Ende des Verriegelungselementes 52 zugewandte Ende eine Fase und ist somit leicht angespitzt ausgebildet. Hierdurch ist ein Einführen des Verriegelungselementes 52 in das Loch 46 erleichtert.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Stellsysteme 10, 40 anhand der 1 bis 7 näher erläutert:
Das Stellsystem 10, 40 ist hier zur Realisierung eines Azimutantriebes vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich kann ein analog ausgebildetes Stellsystem zur Realisierung eines Pitchantriebes vorgesehen sein.
Mit dem Stellsystem 10, 40 ist das Maschinenhaus 11 in Bezug zu einem kreisringförmigen Stelllager 28, 45, das mit dem Turm 39 der Windenergieanlage 54 drehfest verbunden ist, mittels der Stellantriebe 13, 14, 41, 42, 43, 44, die an dem Maschinenhaus 11 befestigt sind, in eine Drehbewegung versetzbar.
Das Maschinenhauses 11 kann mittels mindestens einem oder mehreren Stellantrieben 13, 14, 41, 42, 43, 44 in eine Drehbewegung in Bezug zum Turm 39 versetzt werden. Hierzu ist mindestens ein Stellantrieb 13, 14, 41, 42, 43, 44 mit dem Stelllager 28, 45 mittels einer geschlossenen Bremseinrichtung 21 oder verriegelten Verriegelungseinrichtung 49 verbunden. Bei der Bremseinrichtung 21 wird mittels der Reibkräfte der Bremsbelege 37, 38 die Kraft des hydraulischen Stellantriebes 13, 14 auf das Stelllager 28 übertragen. Bei der Verriegelungseinrichtung 49 stützen sich die hydraulischen Stellantriebe 41, 42, 43, 44 mittels des Verriegelungselementes 52 in dem Loch 46 an dem Stelllager 45 ab. An dem von der Kopplungseinrichtung 27, 47 abgewandten Ende der Hydraulikzylinder 15 stützt sich der Hydraulikzylinder 15 an der Aufnahme 24 ab.
Die Kopplungseinrichtungen 27, 47, die Bremseinrichtungen 21 und die Verriegelungseinrichtungen 49 der übrigen Stellantriebe 13, 14, 41, 42, 43, 44, die nicht aktiv an der Realisierung Drehbewegung beteiligt sind, sind während der Drehbewegung geöffnet bzw. entriegelt. Die Feststellbremsen 22 sind während der Drehbewegung ebenfalls geöffnet und stehen nicht in Eingriff mit dem Stelllager 28.
Nachdem die Soll-Lage erreicht ist oder der Hydraulikkolben 16 seine Endlage nach Durchfahren des maximalen Hubweges erreicht hat, wird die Bremseinrichtung 21 oder die Verriegelungseinrichtung 49 der Stellantriebe 13, 14, 41, 42, 43, 44 geschlossen bzw. verriegelt, die nicht an der Drehbewegung beteiligt waren. Alternativ oder zusätzlich werden die Feststellbremsen 22 geschlossen. Somit ist eine Relativbewegung der Stellantriebe 13, 14, 41, 42, 43, 44 zum Stelllager 28, 45 verhindert. Sodann wird die Bremseinrichtung 21 oder die Verriegelungseinrichtung 49 des mindestens einen Stellantriebes 13, 14, 41, 42, 43, 44 geöffnet bzw. entriegelt, der die Drehbewegung realisiert hat. Anschließend kann der Hydraulikkolben 16 zusammen mit der Kopplungseinrichtung 27, 47 des mindestens einen die Drehbewegung verursachenden Stellantriebes 13, 14, 41, 42, 43, 44 in seine Ausgangslage verfahren werden.
Weicht die Ist-Lage weiterhin von der Soll-Lage ab, kann anschließend die Drehung in einem weiteren Drehschritt fortgesetzt werden. Dies kann beliebig oft wiederholt werden, bis die Soll-Lage erreicht ist.
Alternativ können für die Realisierung der Drehbewegung die Hydraulikkolben 16 aller Stellantriebe 13, 14, 41, 42, 43, 44 gleichzeitig ausgehend von einer Mittellage des Hydraulikkolbens 16 in Bezug zum Hydraulikzylinder 15 eingefahren oder ausgefahren werden.
In der Ausgangslage oder Mittellage befindet sich der Hydraulikkolben 16 auf halbem Wege zwischen einer vollständig eingefahrenen und einer vollständig ausgefahrenen Position. Da der Hubweg der Hydraulikkolben 16 begrenzt ist, kann mittels eines einzigen Drehschrittes nur eine begrenzte Drehbewegung durchgeführt werden. Nach Erreichen der Endlage der Hydraulikkolben 16 kann eine Bremseinrichtung 21 oder eine Verriegelungseinrichtung 49 eines einzelnen oder mehrere Stellantriebe 13, 14, 41, 42, 43, 44 öffnen und die dazugehörigen Hydraulikkolben 16 können zusammen mit der zugehörigen Kopplungseinrichtung 27, 47 in ihre Ausgangslage verfahren werden. Die Bremseinrichtungen 21 oder Verriegelungseinrichtungen 49 der anderen Stellantriebe 13, 14, 41, 42, 43, 44 bleiben geschlossen bzw. verriegelt.
Sobald die aus der Endlage verfahrenen Hydraulikkolben 16 wieder die Ausgangslage erreicht haben, wird die zugehörige Bremseinrichtung 21 oder Verriegelungseinrichtung 49 geschlossen bzw. verriegelt. Anschließend können die Hydraulikkolben 16 der übrigen Stellantriebe 13, 14, 41, 42, 43, 44 analog hierzu gleichzeitig oder nacheinander folgend in die Ausgangslage verfahren werden. Hierdurch ist gewährleistet, dass das Maschinenhaus 11 sicher gehalten ist.
Weicht die Ist-Lage weiterhin von der Soll-Lage ab, kann anschließend die Drehung in einem weiteren Drehschritt fortgesetzt werden. Dies kann beliebig oft wiederholt werden, bis die Soll-Lage erreicht ist.
Bei der Verriegelungseinrichtung 49 kann das Verriegelungselement 52 in seiner Entriegelungsposition zum Überführen des Verriegelungselementes 52 in die Verriegelungsposition in Richtung des Stelllagers 45 gedrückt werden. Hierzu wird der Verriegelungskolben 50 in Richtung des Stelllagers 45 mindestens leicht unter Druck gesetzt. Hierbei setzt ein dem Stelllager 45 zugewandtes Ende des Verriegelungselementes 52 auf einer dem Verriegelungselement 52 zugewandten Seite des Stelllagers 45 auf. Überfährt die Kopplungseinrichtung 47 bzw. die Verriegelungseinrichtung 49 bei einer Bewegung des zugehörigen Hydraulikkolbens 16 ein Loch 46, wird das Verriegelungselement 52 automatisch in seine Verriegelungsposition verfahren. Hierdurch ist eine selbsttätige Verriegelung der Verriegelungseinrichtung 49 mit dem in Verfahrrichtung des Hydraulikkolbens 16 nächstliegend Loches 46 ermöglicht. Mittels einer Sensoreinheit kann die Lage des Verriegelungselementes 52 und/oder des Hydraulikkolbens 16 bestimmt werden.
Sämtliche hydraulisch betätigten Bauteile, nämlich die Stellantriebe 13, 14, 41, 42, 43, 44, die Kopplungseinrichtungen 27, 47 mit der Bremseinrichtung 21 bzw. der Verriegelungseinrichtung 49 und die Feststellbremsen 22 werden von einer gemeinsamen Hydraulikversorgung 18 betätigt. Insbesondere die Stellantriebe 13, 14, 41, 42, 43, 44 bzw. die Hydraulikzylinder 15 sind an einem gemeinsamen Hydraulikreislauf angeschlossen.
Wenn keine Drehbewegung erforderlich oder eine Drehbewegung unerwünscht ist, sind alle Bremseinrichtungen 21, Feststellbremsen 22 und Verriegelungseinrichtungen 49 geschlossen bzw. verriegelt. Alternativ oder zusätzlich kann ein Bremsen und/oder Feststellen mittels der Stellantriebe 13, 14, 41, 42, 43, 44 bzw. der Hydraulikkolben 16 selbst erfolgen. Die hydraulischen Stellantriebe 13, 14, 41, 42, 43, 44 dämpfen Drehmomentspitzen, die beispielsweise bei Starkwind oder Böen auf das Maschinenhaus 11 und/oder ein Rotorblatt wirken. Zur Dämpfung können, insbesondere während der Drehbewegung aufgrund mindestens eines Stellantriebes 13, 14, 41, 42, 43, 44, ein oder mehrere Hydraulikkolben 16 passiv mitlaufen.
Die Stellantriebe 13, 14, 41, 42, 43, 44 können in Kombination mit einer oder mehreren separaten Feststellbremsen 22 oder alternativ ohne eine separate Feststellbremse 22 vorgesehen sein.
Das erfindungsgemäße Stellsystem 10, 40 ermöglicht ein hydraulisches Drehen eines Maschinenhauses 11 und/oder des Rotorblattes 57, wobei eine Begrenzung der Drehbewegung aufgrund des begrenzten Hubweges des Hydraulikkolbens 16 durch ein aufeinander folgendes Drehen, Festsetzen des Maschinenhauses 11 und/oder des Rotorblattes 57, Zurückführen des Hydraulikkolbens 16 in seine Ausgangslage und bei Bedarf erneutes Drehen aufgehoben ist.
Bezugszeichenliste

10: Stellsystem
11: Maschinenhaus
12: Verstelleinrichtung
13: Stellantrieb
14: Stellantrieb
15: Hydraulikzylinder
16: Hydraulikkolben
17: Hydraulikleitung
18: Hydraulikversorgung
19: Hydraulikpumpe
20: Hydraulikleitung
21: Bremseinrichtung
22: Feststellbremse
23: Ventil
24: Aufnahme
25: Achse
26: Kolbenstange
27: Kopplungseinrichtung
28: Stelllager
29: Drehachse
30: Achse
31: Koppelring
32: Führung
33: Steg
34: Steg
35: Nut
36: Nut
37: Bremsbelag
38: Bremsbelag
39: Turm
40: Stellsystem
41: Stellantrieb
42: Stellantrieb
43: Stellantrieb
44: Stellantrieb
45: Stelllager
46: Loch
47: Kopplungseinrichtung
48: Hydraulikleitung
49: Verriegelungseinrichtung
50: Verriegelungskolben
51: Verriegelungszylinder
52: Verriegelungselement
53: Lager
54: Windenergieanlage
55: Fundmament
56: Rotor
57: Rotorblatt
58: Pfeil

Claims

Stellsystem zum Ausrichten und/oder Nachführen eines Maschinenhauses (11) und/oder eines Rotorblattes (57) einer Windenergieanlage (54) in Bezug zu einer Windrichtung (58) mit mindestens einem Stellantrieb (13, 14, 41, 42, 43, 44), dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (13, 14, 41, 42, 43, 44) hydraulisch betätigbar ist und ein schrittweises Drehen des Maschinenhauses (11) und/oder des Rotorblattes (57) ermöglicht.
Stellsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Stellantrieb (13, 14, 41, 42, 43, 44) zum Drehen des Maschinenhauses (11) und/oder des Rotorblattes (57) mit einem Stelllager (28, 45) zusammenwirkt, insbesondere ist der Stellantrieb (13, 14, 41, 42, 43, 44) am Maschinenhaus (11) und das Stelllager (28, 45) an einem Turm (39) der Windenergieanlage (54) oder der Stellantrieb (13, 14, 41, 42, 43, 44) am Turm (39) und das Stelllager (28, 45) am Maschinenhaus (11) befestigt, vorzugsweise ist das Stelllager (28, 45) als ein Ring, eine Ringscheibe oder eine Scheibe ausgebildet.
Stellsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (13, 14, 41, 42, 43, 44) einen, insbesondere doppeltwirkenden, Hydraulikzylinder (15) und einen innerhalb des Hydraulikzylinders (15 bewegbaren Hydraulikkolben (16) hat, vorzugsweise ist ein vom Hydraulikkolben (16) und/oder einer Kolbenstange (26) des Hydraulikkolbens (16) abgewandtes Ende des Hydraulikzylinders (15), insbesondere drehbar, an einer Aufnahme (24) befestigt, insbesondere wirkt ein vom Hydraulikzylinder (15) abgewandtes Ende des Hydraulikkolbens (16) und/oder der Kolbenstange (26) mit einem Stelllager (28, 45) zum schrittweisen Drehen des Maschinenhauses (11) und/oder des Rotorblattes (57) zusammen.
Stellsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (13, 14, 41, 42, 43, 44), insbesondere an einem von einem Hydraulikzylinder (15) abgewandten Ende eines Hydraulikkolbens (16) und/oder einer Kolbenstange (26), eine, insbesondere hydraulisch betätigbare, Kopplungseinrichtung (27, 47) zum lösbaren Verbinden mit einem Stelllager (28, 45) hat, vorzugsweise ist die Kopplungseinrichtung (27, 47) in einer Führung (32) des Stelllagers (28, 45) geführt.
Stellsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die, insbesondere hydraulische, Kopplungseinrichtung (27, 47) eine reibschlüssig wirkende Bremseinrichtung (21) und/oder eine formschlüssig wirkende Verriegelungseinrichtung (49) aufweist, insbesondere ist der Kopplungseinrichtung (27, 47) mindestens eine Sensoreinheit zum Feststellen des Kopplungszustandes zugeordnet, vorzugsweise hat die formschlüssig wirkende Verriegelungseinrichtung (49) ein, insbesondere hydraulisch, verstellbares Verrieglungselement (52) zum lösbaren in Eingriff bringen mit dem Stelllager (28, 45).
Stellsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine separate Feststellbremse (22) zum lösbaren Verbinden mit einem Stelllager (28, 45), wobei vorzugsweise die Feststellbremse (22) hydraulisch betätigbar ist und/oder zum reibschlüssigen und/oder formschlüssigen Zusammenwirken mit dem Stelllager (28, 45) ausgebildet ist.
Stellsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass hydraulisch betätigbare Bauteile, insbesondere mindestens ein Stellantrieb (13, 14, 41, 42, 43, 44), eine Kopplungseinrichtung (27, 47) und/oder eine Feststellbremse (22), an einer gemeinsamen Hydraulikversorgung (18) und/oder Steuerung angeschlossen sind, vorzugsweise ist der Hydraulikdruck mittels Ventilen (23) steuerbar und/oder ist mindestens eine Dämpfungseinrichtung, insbesondere ein Druckregelventil und/oder eine Druckspeichereinrichtung, vorgesehen.
Windenergieanlage mit einem Stellsystem (10, 40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Ausrichten und/oder Nachführen eines Maschinenhauses (11) und/oder eines Rotorblattes (57) einer Windenergieanlage (54), insbesondere nach Anspruch 8, in Bezug zu einer Windrichtung (58), bei dem die Ausrichtung und/oder Nachführung mittels mindestens einem Stellantrieb (13, 14, 41, 42, 43, 44) durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (13, 14, 41, 42, 43, 44) hydraulisch betätigt wird und das Maschinenhaus (11) und/oder das Rotorblatt (57) schrittweise mittels des Stellantriebes (13, 14, 41, 42, 43, 44) gedreht wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinenhaus (11) und/oder das Rotorblatt (57) mit einer beliebigen Anzahl von Winkelschritten, insbesondere mit einer vorgebbaren Schrittweite, schrittweise um eine Drehachse (29) eines Stelllagers (28, 45) drehbar ist, vorzugsweise ist mit Erreichen eines maximalen Hubweges des Stellantriebes (13, 14, 41, 42, 43, 44) und/oder des Hydraulikkolbens (16) ein Winkelschritt und/oder ein Drehschritt mit einer Schrittweite von bis zu 20°, insbesondere bis zu 10°, realisiert.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Stellantrieb (13, 14, 41, 42, 43, 44) zum Drehen des Maschinenhauses (11) und/oder des Rotorblattes (57) mittels einer Kopplungseinrichtung (27, 47) mit einem, insbesondere kreisringförmigen oder kreisscheibenförmigen, Stelllager (28, 45) verbunden wird, vorzugsweise wird ein Hydraulikkolben (16) des Stellantriebes (13, 14, 41, 42, 43, 44) in Bezug zu einem Hydraulikzylinder (15) des Stellantriebes (13, 14, 41, 42, 43, 44) zum Erzeugen der Drehbewegung bewegt, insbesondere greift der Hydraulikkolben (16), eine Kolbenstange (26) des Hydraulikkolbens (16) und/oder die Kopplungseinrichtung (27, 47) bei einer Betätigung des Stellantriebes (13, 14, 41, 42, 43, 44) mit mindestens einer Kraftkomponente tangential zur Drehrichtung um die Drehachse (29) des Stelllagers (28, 45) an dem Stelllager (28, 45) an.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hydraulikkolben (16) des hydraulisch betätigbaren Stellantriebes (13, 14, 41, 42, 43, 44) zum Drehen des Maschinenhauses (11) und/oder des Rotorblattes (57) in eine vorgegebene Soll-Lage aus einer Ausgangslage, insbesondere einer Mittellage in Bezug zu einem Hydraulikzylinder (15), bewegt wird, vorzugsweise wird der Hydraulikkolben (16) nach dem Erreichen der Soll-Lage und/oder einer Endlage des Hydraulikkolbens (16), insbesondere nach dem Erreichen eines maximalen Hubweges des Hydraulikkolbens (16), in die Ausgangslage verfahren, insbesondere wird beim Bewegen des Hydraulikkolbens (16) aus der Endlage in die Ausgangslage eine Relativbewegung des Stellantriebes (13, 14, 41, 42, 43, 44) in Bezug zu einem Stelllager (28, 45), vorzugsweise mittels einer Bremseinrichtung (21), einer Verriegelungseinrichtung (49), einer Feststellbremse (22) und/oder dem Stellantrieb (13, 14, 41, 42, 43, 44), blockiert.
Verwendung eines Stellsystems (10, 40) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, einer Windenergieanlage (54) nach Anspruch 8 und/oder eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 9 bis 12 zum Ausrichten und/oder Nachführen eines Maschinenhauses (11) und/oder eines Rotorblattes (57) einer Windenergieanlage (54).