DE19629168C1 - Windturbine mit einem Turm, einer Gondel und einer Bremse zum Arretieren der Schwenkbewegung der Gondel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Windturbine mit einem Turm, einer Gondel, die auf dem oberen Ende des Turmes verschwenkbar gelagert ist und einen Rotor trägt.

Die Gondel enthält ein Getriebe sowie einen Generator, der die Drehbewegung des Rotors in elektrische Energie umsetzt. Nur beispielshalber wird verwiesen auf DE 90 17 046 U1.

Die Gondel ist auf dem Turm schwenkbar gelagert, damit ihre Winkelposition der Windrichtung angepaßt werden kann. Zu diesem Zwecke ist ein Windrichtungssensor vorgesehen, ferner ein Antrieb zum Verschwenken der Gondel. Die Korrektur im Hinblick auf die Windrichtung erfolgt beispielsweise alle fünf Minuten. Die Zeitspanne des Korrigierens beträgt nur wenige Sekunden. Ist die Korrektur erfolgt, so muß die Gondel arretiert werden so daß sie keine weitere Schwenkbewegung mehr ausführen kann. Hierzu ist eine Feststellbremse notwendig.

Die Bremse stellt eine problematische Komponente in der gesamten Anlage dar. Dies hat folgende Ursachen: Die Abmessungen sind verhältnismäßig groß. Demgemäß müssen auch die Feststellkräfte entsprechend groß sein. Dabei sind die Sicherheitsanforderungen sehr hoch. Dies bedeutet, daß das Festhalten der Gondel in der abgebremsten Position mit absoluter Zuverlässigkeit erfolgen muß, daß aber die Gondel andererseits zum Zwecke des Justierens entsprechend einer neuen Windrichtung leicht verschwenkbar sein muß, um nicht allzu große Antriebskräfte zu benötigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bremse für eine Windturbine der eingangs beschriebenen Art derart zu gestalten, daß sie mit großer Zuverlässigkeit bei geringem baulichen Aufwand die notwendigen Feststellkräfte aufbringt, und daß sie ein leichtes Verschwenken zum Zwecke des Justierens der Winkelposition der Gondel erlaubt. Außerdem sollen empfindliche Teile wie Dichtungen oder dergleichen, die dem Verschleiß unterliegen, leicht zugänglich sein.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Die betreffenden, zum Bremsen herangezogenen Teile von Gondel einerseits und Turm andererseits (Bremselemente) sind beim Bremsen miteinander verspannt, zum Zwecke des Justierens im Hinblick auf eine neue Windrichtung voneinander gelöst. Der Normalzustand ist der Zustand des Verspannens oder Festbremsens, da das Justieren - wie oben erwähnt - nur in größeren Zeitabständen vorgenommen wird und nur eine ganz kurze Zeitspanne benötigt. Dies bedeutet, daß der mit dem Lösen verbundene Aufwand nur kurze Zeitspannen benötigt. Der hierzu notwendige Energieaufwand ist daher gering.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Fig. 1 zeigt eine Windturbine in schematischer Darstellung mit einem Turm 1, einer Gondel 2, die am oberen Ende des Turmes 1 schwenkbar gelagert ist und einem Rotor 3, der in der Gondel 2 gelagert ist. Der Rotor läuft um mit einer Geschwindigkeit an der Spitze eines Rotorblattes von bis zu 40 m/s.

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung und teilweise weggeschnitten den oberen Teil des Turmes 1, die Gondel 2 sowie einen Teil des Rotors 3. Wie man im einzelnen erkennt, enthält die Gondel 2 ein Getriebe 2.1 sowie einen Generator 2.2.

Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung einen Ausschnitt aus dem oberen Bereich des Turmes und dem unteren Bereich der Gondel gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Man erkennt im einzelnen den oberen Teil des Turmes 1 sowie ein Bremselement 1.3, das mit dem Turm 1 drehfest verbunden ist (Turmbremselement). Dieses Turmbremselement 1.3 ist ringförmig. Es ist koaxial zur Turmachse angeordnet.

Man erkennt ferner ein Bremselement 2.3. Dieses ist drehfest mit der Gondel 2 verbunden. Es ist ebenfalls ringförmig und ebenfalls koaxial zur Turmachse und damit auch koaxial zum Turmbremselement 1.3 angeordnet. Ein Schwenklager 4 ist als Wälzlager ausgeführt. Sein innerer Lagerring 4.1 ist mit der Gondel 2 drehfest verbunden, während sein äußerer Ring 4.2 mit dem Turm 1 drehfest verbunden ist.

Die einander zugewandten Grenzflächen von Turmbremselement 1.3 und von Gondelbremselement 2.3 bilden Reibflächen - siehe die Flächenpaare 5.1, 5.2 sowie 5.3, 5.4. Die genannten Grenzflächen bilden miteinander eine Spiralnut 5.5, die der Ölableitung dient. Axial außerhalb der genannten Flächenpaare befinden sich weitere Aussparungen 5.6 und 5.7, und ganz außen befinden sich Dichtungen 6, 7. Im Spalt mündet eine Druckleitung 8.1, während an die Aussparungen 5.6, 5.7 Ableitungen 8.2, 8.3 angeschlossen sind.

Diese Vorrichtung arbeitet wie folgt: Die beiden Bremselemente 1.3 und 2.3 sind durch Schrumpfen miteinander fest verbunden. Dies ist der Normalzustand, so daß ein Verdrehen von Turm 1 und Gondel 2 nicht möglich ist.

Soll diese feste Verbindung zum Zwecke des relativen Verschwenkens von Gondel 2 und Turm 1 gelöst werden, um eine Justierung der Winkelposition der Gondel im Hinblick auf eine neue Windrichtung vorzunehmen, so wird der Spalt 5.5 mit Druckflüssigkeit durch die Zuleitung 8.1 beschickt. Der Spalt 5.5 wird aufgeweitet, so daß er die Gestalt einer Linse annimmt. Schließlich kommt es auch zu einem Abheben der Reibflächenpaare. Es tritt Druckflüssigkeit zwischen den genannten Reibflächenpaaren hindurch, gelangt in die Aussparungen 5.6, 5.7 und strömt durch die Leitungen 8.2, 8.3 wieder zurück zur hier nicht gezeigten Druckquelle. Die Druckflüssigkeit wird durch die Dichtungen 6, 7 daran gehindert, in axialer Richtung abzuströmen. Damit ist die drehfeste Verbindung zwischen dem Turmbremselement 1.3 und dem Gondelbremselement 2.3 gelöst. Die Gondel 2 kann nunmehr frei verschwenkt werden durch einen hier nicht dargestellten Antrieb.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 4 unterscheidet sich von jener gemäß Fig. 3 grundlegend dadurch, daß sich die Reibflächenpaare 5.1, 5.2 und 5.3, 5.4 in Ebenen befinden, die zur Turmachse senkrecht verlaufen. Außerdem ist das Gondelbremselement 2.3 aus zwei Platten 2.3.1, 2.3.2 zusammengefügt, die das Turmbremselement 1.3 zwischen sich einspannen. Die Spannkraft wird aufgebracht durch eine Schraube 10.1 und eine Mutter 10.2. Auch hier sind wiederum Spalträume 5.5.1 und 5.5.2 zwischen dem Turmbremselement 1.3 und den Gondelbremselementen 2.3.1 und 2.3.2 vorgesehen. Man erkennt eine Ringkammer 5.3, in der eine Druckmittelleitung 8.1 mündet. Aus Aussparungen 5.6, 5.7 strömt beim Lösen der Verspannung das Druckmittel über eine Leitung 8.2 ab.

Die Schraube 10.1 ist von einer Dichtmanschette 11 umgeben. Beim Lösen wird die Dichtmanschette 11 durch das Druckmittel an die Schraube 10.1 angedrückt, so daß es nicht in axialer Richtung entlang der Mantelfläche der Schraube 10.1 nach oben oder unten entweichen kann.

Auch hier sind wieder Dichtungen 6, 7 vorgesehen.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist ähnlich jener gemäß Fig. 4.

Bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 4 und gemäß Fig. 5 sind eine Mehrzahl von Schrauben 10.1 mit Muttern 10.2 vorgesehen, die konzentrisch um die Turmachse herum gruppiert sind. Die Muttern 10.2 sind zunächst angezogen, so daß das Turmbremselement 1.3 zwischen den beiden Gondelbremselementen 2.3.1 und 2.3.2 fest verspannt ist, so daß eine Relativbewegung zwischen Turm 1 und Gondel 2 nicht möglich ist. Wird die Kammer 5.3 mit Druckmittel beschickt, so längt sich die Schraube 10.1.

Die Ausführungsformen gemäß den Fig. 4 und 5 haben den Vorteil, daß bei Reparaturarbeiten die Gondel nicht in ihrer Gesamtheit abgesenkt werden muß. Es kann beispielsweise genügen, Gondelbremselemente 2.3 abzunehmen, um Reparaturarbeiten vorzunehmen, z. B. an den Dichtungen.

Die Erfindung hat den weiteren Vorteil, daß beim Lösen der Verspannung zwischen Turmbremselement und Gondelbremselement ein Schmieren der Reibflächen stattfindet. Dies gilt insbesondere dann, wenn als Druckmittel Öl verwendet wird.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung können die genannten Grenzflächen als Lagerflächen ausgenutzt werden. Dies bedeutet, daß bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 3, 4 und 5 das Lager 4.1, 4.2 entfallen kann. Dies ist möglich, weil zum Verdrehen der Gondel ein Bremsmoment vorhanden sein muß.

Bei den beiden Ausführungsformen gemäß der Fig. 6 und 7 sind jeweils zwei Lagerplatten vorhanden, nämlich eine obere Lagerplatte 10 und eine untere Lagerplatte 20. Diese beiden Lagerplatten sind bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 in axialer Richtung mittels Schrauben 30 miteinander verspannt. In beiden Fällen weist die obere Lagerplatte 10 einen Ölanschluß 40 auf. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 sind Lagerplatte 10 und Turm-Lagerplatte 50 geschrumpft, analog der Ausführungsform gemäß Fig. 3. Die Schraube 30 hat hierbei die Funktion einer Halteschraube für die Lagerplatte 20.

Die beiden Lagerplatten 10, 20 spannen jeweils eine Turm-Lagerplatte 50 zwischen sich ein. Damit ist die Gondel fest gebremst.

Soll die Gondel verdreht werden, so wird über den Ölanschluß 40 Hydraulikdruck aufgebracht, wodurch die Verspannung zwischen den beiden Platten verringert bzw. aufgehoben wird. Nunmehr kann die Bremse als Gleitlager wirken, weil das Hydrauliköl gleichzeitig als Schmierung der Gleitflächen wirkt.

Auch ist es möglich, mehrere, voneinander unabhängige Druckzuführungen vorzusehen. In diesem Falle kann die gesamte Einheit als hydrostatisches Gleitlager ausgebildet werden, bei dem sich mehrere Druckfeld er aufbauen können - je nach örtlicher Belastung.

Wie man sieht, weist die Turm-Lagerplatte 50 Schmiernuten 51 auf.

Claims (9)

1. Windturbine

• 1.1 mit einem Turm (1);
• 1.2 mit einer Gondel (2), die auf dem oberen Ende des Turmes (1) gelagert ist, einen Rotor (3) trägt und die entsprechend der Windrichtung verschwenkbar ist;
• 1.3 mit einer Bremse zum Arretieren der Schwenkbewegung der Gondel (2);
• 1.4 der Turm (1) einerseits und die Gondel (2) andererseits weisen jeweils Bremselemente auf (Turmbremselement (1.3) und Gondelbremselement (2.3));
• 1.5 das Turmbremselement (1.3) und das Gondelbremselement (2.3) weisen einander zugewandte Grenzflächen (5.2, 5.4) auf, die einen Spalt (5.5) miteinander bilden, und über die sie miteinander verspannbar sind;
• 1.6 der Spalt (5.5) ist an eine Druckmittelquelle anschließbar.

2. Windturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Turmbremselement (1.3) und das Gondelbremselement (2.3) aus Ringbuchsen gebildet sind, die zueinander konzentrisch angeordnet sind und deren Achsen parallel zur Schwenkachse der Gondel (2) verlaufen.

3. Windturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Turmbremselement (1.3) und das Gondelbremselement (2.3) derart angeordnet sind, daß die Grenzflächen (5.1, 5.2, 5.3, 5.4) in zur Schwenkachse der Gondel (2) senkrechten Ebenen liegen.

4. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Bremselement das andere zangenartig umschließt.

5. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Grenzflächen (5.1, 5.2, 5.3, 5.4) eine Aussparung eingeformt ist, an die ein Ölablauf (8.2, 8.3) angeschlossen ist.

6. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (5.5) von Dichtungen (6, 7) begrenzt ist.

7. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verspannen der beiden Bremselemente (1.3, 2.3) durch Schrumpfen erfolgt.

8. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verspannen der Bremselemente hydraulisch oder pneumatisch erfolgt, beispielsweise durch eine druckmittelexpandierbare Kammer.

9. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzflächen (5.1, 5.2, 5.3, 5.4) als Lagerflächen ausgenutzt werden.