WO2012084665A2 - Windkraftanlage - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a wind turbine, comprising a housing, a rotor and at least one generator shaft having a generator, wherein the rotor is mounted relative to the housing in a bearing arrangement having at least two bearing rings and wherein a drive is arranged strhack between the rotor and the generator, to transmit the rotation of the rotor to the at least one generator shaft.
  • Wind turbines of this type are well known in the art.
  • a plant of the generic type shows the DE 10 2007 008 758 AI. Similar solutions are shown in DE 10 2006 057 055 B3 and DE 103 51 524 A1.
  • the rotor of the system is stored in a large warehouse, often a double row tapered roller bearing assembly is used. The so-mounted rotor is often coupled via a gear to the generator shaft, so that its rotation is transmitted to the generator shaft. This is how electrical energy can be gained.
  • the drive train further comprises at least one pinion, which meshes with the teeth of the position rinnemings, wherein the pinion is connected directly or via a gear to the generator shaft and wherein the Pinion is disposed radially inside the bearing inner ring and wherein the toothing and the pinion form a spur gear, d. H. the axes of the meshing gears are arranged parallel to each other.
  • the drive strlid preferably has at least two pinions, each of which is in engagement with the toothing, wherein each pinion is connected directly or via a transmission with a generator shaft of a generator.
  • the drive strlind has according to a particularly preferred embodiment, at least 3 to 6 pinion, each of which is in engagement with the toothing, each pinion is connected directly or via a gear to a generator shaft of a generator and wherein the pinion preferably uniformly around the circumference of the inner ring are arranged distributed.
  • the pinion together with direct or indirect connection to the generator shaft and the generator are preferably designed as a replaceable unit. This opens up the possibility that a number of smaller generators, and not as in the prior art, a single large generator, is used, each generator together with connection via the pinion is a module (one unit), if necessary, in or out Intervention with the toothed bearing ring can be brought. This offers in particular the possibility to continue to run the wind turbine in case of failure of a generator and only to replace the failed generator.
  • the bearing arrangement is preferably designed as a roller bearing assembly. This is especially thought of a double-row tapered roller bearing assembly. This can be according to a training, the only storage of the rotor, the two tapered roller bearings are arranged in an X arrangement.
  • the bearing arrangement may also be designed differently, with a possible solution being based on a hydrostatic bearing.
  • the advantage of the proposed solution is first that no large generator is more mandatory, but that a number of smaller generators can be used.
  • the individual generators can be changed quickly by interchangeability.
  • Another advantage is that in the event that there is a lower wind speed, only a part of the generators can be connected to the grid, so that even then electricity can be generated.
  • Fig. 2 is a section through the interior of the wind turbine.
  • a wind turbine 1 is shown, which is constructed in a conventional manner. It has a housing 2, in which the storage for the (main) rotor 3 is housed; Furthermore, the generator, not shown in Fig. 1 is arranged here.
  • the bearing assembly 8 generally has at least one bearing outer ring 6 and at least one bearing inner ring 7.
  • the bearing assembly 8 is designed here as a rolling bearing, as a double-row tapered roller bearings. Accordingly, two bearing outer rings 6 'and 6 "are arranged adjacently, tapered rollers provide the rolling connection to a bearing inner ring 7', 7" which, in the exemplary embodiment, has two raceways as a one-piece bearing ring.
  • the rotor 3 of the wind turbine 1 is directly flanged to an end face 10 of the bearing inner ring 7 ', d. H. the rotor 3 rests with an axial end surface on the end face 10 of the bearing inner ring 7 'and is here fixed with screws on the bearing inner ring 7'.
  • the bearing inner ring 7 ' corresponding threaded holes.
  • bearing ring 7 ', 7 has a toothing 11 on its cylindrical inner peripheral surface 11.
  • Pinions 12 mesh with the toothing 11, several of which are distributed around the circumference of the bearing inner ring 7', 7", of which, however, only one is shown.
  • the bearing inner ring 7, 7 "and the pinion 12 are part of a drive train 9, with which the rotation of the rotor 3 is transmitted to the generator shafts 4 of the generators 5, of which one of the number of pinions 12 corresponding number is available.
  • the pinions 12 are directly or indirectly - in the embodiment via a gear 13 - rotatably connected to the generator shafts 4.
  • the elements pinion 12, optionally gear 13, generator shaft 4 and generator 5 are formed as a unit. Accordingly, a unit can be assembled as a complete module and then the pinion 12 can be engaged with the gearing 11 to activate the unit.
  • the bearing assembly 8 may also be designed differently than shown in Fig. 2. In this case, in addition to rolling bearings and bearings or - according to a specific preferred embodiment - also hydrostatic bearings are used.
  • seals for storage, etc. can be provided in an expert manner complementary.
  • the rotor bearing 8 can thus be designed as a rolling or sliding bearing for the absorption of radial and axial forces and moments.
  • a double row tapered roller bearing is provided in an X arrangement.
  • the bearing rings are each flange-mounted and sealed on both sides.
  • the toothing 11 is preferably an integral part of the bearing ring. In this case, the toothing 11 but not only be formed from the material of the bearing ring, but for example pressed as a separate component, shrunk or screwed and so connected to the bearing ring.
  • the housing 2 is formed in the embodiment as a (non-rotating) frame construction.
  • the generator 5 as the transmission 13th formed flanged element, wherein the transmission 13 is in turn flanged to the housing 2.
  • the flange solution of the bearing rings is preferred, but not mandatory.
  • the bearing rings can also sit classically on a shaft or in a housing.
  • the housing 2 is designed as a frame construction, ie essentially represents a support plate.
  • the generator 5 together with gear 13 can be flanged to the housing 2, just as it applies to the bearing assembly 8 itself.
  • the rotor 3 may be flanged. This results in a modular concept that allows a relatively simple installation. The replacement of generators 5 is particularly easy.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage (1), umfassend ein Gehäuse (2), einen Rotor (3) und mindestens einen eine Generatorwelle (4) aufweisenden Generator (5), wobei der Rotor (3) relativ zu dem Gehäuse (2) in einer mindestens zwei Lagerringe (6, 6', 6", 7, 7', 7") aufweisenden Lageranordnung (8) gelagert ist und wobei zwischen dem Rotor (3) und dem Generator (5) ein Antriebsstrang (9) angeordnet ist, um die Drehung des Rotors (3) auf die mindestens eine Generatorwelle (4) zu übertragen. Um ein einfacheres, kostengünstigeres und flexibleres Konzept für die Anlage zu erreichen, sieht die Erfindung vor, dass der Antriebsstrang (9) den mindestens einen Lagerinnenring (7, 7', 7") der Lageranordnung (8) umfasst, wobei der Rotor (3) an einer Stirnseite (10) des Lagerinnenring (7, 7', 7") angeflanscht und so mit dem Lagerinnenring (7, 7', 7") drehfest verbunden ist, wobei der Lagerinnenring (7, 7', 7") mit einer Verzahnung (11) versehen ist, und dass der Antriebsstrang (9) weiterhin mindestens ein Ritzel (12) umfasst, das mit der Verzahnung (11) des Lagerinnenrings (7, 7', 7") in Eingriff steht, wobei das Ritzel (12) direkt oder über ein Getriebe (13) mit der Generatorwelle (4) verbunden ist.

Description

14.12.2011
B e s c h r e i b u n g
Windkraftanlage
Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage, umfassend ein Gehäuse, einen Rotor und mindestens einen eine Generatorwelle aufweisenden Generator, wobei der Rotor relativ zu dem Gehäuse in einer mindestens zwei Lagerringe aufweisenden Lageranordnung gelagert ist und wobei zwischen dem Rotor und dem Generator ein Antriebs sträng angeordnet ist, um die Drehung des Rotors auf die mindestens eine Generatorwelle zu übertragen.
Windkraftanlagen dieser Art sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Eine Anlage der gattungsgemäßen Art zeigt die DE 10 2007 008 758 AI. Ähnliche Lösung zeigen die DE 10 2006 057 055 B3 und die DE 103 51 524 AI. Der Rotor der Anlage wird in einem Großlager gelagert, wobei häufig eine zweireihige Kegelrollenlageranordnung zum Einsatz kommt. Der so gelagerte Rotor ist häufig über ein Getriebe mit der Generatorwelle gekoppelt, so dass seine Drehung auf die Generatorwelle übertragen wird. So kann elektrische Energie gewonnen werden.
Nachteilig ist bei den vorbekannten Lösungen, dass die Anlage aufgrund ihrer Dimensionen sehr groß und teuer ist. Dies gilt insbesondere für den Generator. Weiterhin bedeutet es bei der vorbekannten Konzeption, dass im Falle dessen, dass der Generator wartungs- bzw. reparaturbedingt ausfällt, die gesamte Anlage angehalten werden muss und bis zum Abschluss der Wartung- bzw. Reparaturarbeiten keine Energie erzeugt werden kann. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Windkraftanlage der gattungsgemäßen Art so fortzubilden, dass ein einfacheres, kostengünstigeres und flexibleres Konzept gegeben ist. Die Verfügbarkeit der Anlage soll damit erhöht werden.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebs sträng den mindestens einen Lagerinneming der Lageranordnung um- fasst, wobei der Rotor an einer Stirnseite des Lagerinnemings angeflanscht und so mit dem Lagerinneming drehfest verbunden ist, wobei der Lagerinneming mit einer am Innenumfang des Lagerinnemings, d. h. an einer zylindrischen Innenfläche des Lagerinnemings, angeordneten Verzahnung versehen ist, und dass der Antriebsstrang weiterhin mindestens ein Ritzel umfasst, das mit der Verzahnung des Lage- rinnemings in Eingriff steht, wobei das Ritzel direkt oder über ein Getriebe mit der Generatorwelle verbunden ist und wobei das Ritzel radial innerhalb des Lagerinnenrings angeordnet ist und wobei die Verzahnung und das Ritzel eine Stirnverzahnung bilden, d. h. die Achsen der miteinander kämmenden Zahnräder sind parallel zueinander angeordnet.
Der Antriebs sträng weist bevorzugt mindestens zwei Ritzel auf, die jeweils mit der Verzahnung in Eingriff stehen, wobei jedes Ritzel direkt oder über ein Getriebe mit einer Generatorwelle eines Generators verbunden ist.
Der Antriebs sträng hat gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung mindestens 3 bis 6 Ritzel, die jeweils mit der Verzahnung in Eingriff stehen, wobei jedes Ritzel direkt oder über ein Getriebe mit einer Generatorwelle eines Generators verbunden ist und wobei die Ritzel bevorzugt gleichmäßig um den Umfang des Innenrings verteilt angeordnet sind.
Das Ritzel samt direkter oder indirekter Verbindung zur Generatorwelle und der Generator sind dabei bevorzugt als auswechselbare Einheit ausgebildet. Dies eröffnet die Möglichkeit, dass eine Anzahl kleinerer Generatoren, und nicht mehr wie im Stand der Technik ein einziger großer Generator, zum Einsatz kommt, wobei jeder Generator samt Anbindung über das Ritzel ein Modul (eine Einheit) darstellt, die bei Bedarf in oder außer Eingriff mit dem verzahnten Lagerring gebracht werden kann. Dies bietet insbesondere die Möglichkeit, beim Ausfall eines Generators die Windkraftanlage weiterlaufen zu lassen und lediglich den ausgefallenen Generator zu ersetzen.
Die Lageranordnung ist bevorzugt als Wälzlageranordnung ausgebildet. Hierbei ist insbesondere an eine zweireihige Kegelrollenlageranordnung gedacht. Diese kann gemäß einer Fortbildung die einzige Lagerung des Rotors sein, wobei die beiden Kegelrollenlager in X- Anordnung angeordnet sind.
Die Lageranordnung kann auch andersartig ausgeführt sein, wobei eine mögliche Lösung auf eine hydrostatische Lagerung abstellt.
Natürlich sind grundsätzlich auch andere Lageranordnungen möglich und denkbar.
Der Vorteil der vorgeschlagenen Lösung besteht zunächst darin, dass kein großer Generator mehr zwingend ist, sondern dass auch eine Anzahl kleinerer Generatoren zum Einsatz kommen kann. Die einzelnen Generatoren können durch Austauschbarkeit schnell gewechselt werden.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass im Falle dessen, dass eine geringere Windgeschwindigkeit vorliegt, nur ein Teil der Generatoren ans Netz genommen werden kann, so dass auch dann Strom erzeugt werden kann.
Demgemäß zeichnet sich die vorgeschlagene Konzeption durch eine wesentlich erhöhte Flexibilität aus, die auch kostengünstig umgesetzt werden kann. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 in perspektivscher Darstellung eine Windkraftanlage und
Fig. 2 einen Schnitt durch das Innere der Windkraftanlage.
In Fig. 1 ist eine Windkraftanlage 1 dargestellt, die in an sich bekannter Weise aufgebaut ist. Sie weist ein Gehäuse 2 auf, in dem die Lagerung für den (Haupt-)Rotor 3 untergebracht ist; ferner ist hier der in Fig. 1 nicht dargestellte Generator angeordnet. Die Lageranordnung 8 weist generell mindestens einen Lageraußenring 6 und mindestens einen Lagerinnenring 7 auf.
In Fig. 2 sind Details des Aufbaus der Anlage zu sehen. Die Lageranordnung 8 ist hier als Wälzlagerung ausgeführt, und zwar als zweireihige Kegelrollenlager. Demgemäß sind zwei Lageraußenringe 6' und 6" benachbart angeordnet. Kegelrollen stellen die Wälzverbindung zu einem Lagerinneming 7', 7" her, der im Ausführungsbeispiel als einteiliger Lagerring zwei Laufbahnen aufweist.
Der Rotor 3 der Windkraftanlage 1 ist an einer Stirnseite 10 des Lagerinnenrings 7' direkt angeflanscht, d. h. der Rotor 3 liegt mit einer axialen Endfläche an der Stirnseite 10 des Lagerinnemings 7' an und ist hier mit Schrauben am Lagerinneming 7' fixiert. Hierzu weist der Lagerinneming 7' entsprechende Gewindebohrungen auf.
Weiterhin weist der Lagerirmenring 7', 7" an seiner zylindrischen Innenumfangs- fläche eine Verzahnung 11 auf. Mit der Verzahnung 11 kämmen Ritzel 12, von denen mehrere um den Umfang des Lagerinnenrings 7', 7" verteilt angeordnet sind, von denen allerdings nur eines dargestellt ist.
Der Lagerinneming 7, 7" sowie die Ritzel 12 sind Bestandteil eines Antriebs Strangs 9, mit dem die Drehung des Rotors 3 auf die Generatorwellen 4 der Generatoren 5 übertragen wird, von denen eine der Anzahl der Ritzel 12 entsprechende Anzahl vorhanden ist. Die Ritzel 12 sind direkt oder indirekt - im Ausführungsbeispiel über ein Getriebe 13 - mit den Generatorwellen 4 drehfest verbunden.
Zum Antrieb der Generatorwellen 4 werden die Ritzel 12 mit der Verzahnung 11 in Eingriff gebracht.
Die Elemente Ritzel 12, gegebenenfalls Getriebe 13, Generatorwelle 4 und Generator 5 sind als Einheit ausgebildet. Demgemäß kann eine Einheit als komplettes Modul montiert und dann das Ritzel 12 mit der Verzahnung 11 in Eingriff gebracht werden, um die Einheit zu aktivieren.
Die Lageranordnung 8 kann auch beliebig anders als in Fig. 2 dargestellt ausgeführt sein. Dabei können neben Wälzlagern auch Gleitlager oder - gemäß einer speziellen bevorzugten Ausführungsform - auch hydrostatische Lagerungen verwendet werden.
Weitere Elemente, wie Dichtungen für die Lagerung etc., können in fachmännischer Weise ergänzend vorgesehen werden.
Die Rotorlagerung 8 kann also als Wälz- oder Gleitlagerung für die Aufnahme von Radial- und Axialkräften sowie von Momenten ausgeführt sein. Im Ausführungsbeispiel ist eine zweireihige Kegelrollenlagerung in X- Anordnung vorgesehen. Die Lagerringe sind jeweils angeflanscht und beidseitig abgedichtet. Die Verzahnung 11 ist bevorzugt integrierter Bestandteil des Lagerrings. Dabei kann die Verzahnung 11 aber nicht nur aus dem Material des Lagerrings ausgeformt sein, sondern beispielsweise als separates Bauteil eingepresst, aufgeschrumpft oder angeschraubt und so mit dem Lagerring verbunden sein.
Das Gehäuse 2 ist im Ausführungsbeispiel als (nicht drehende) Rahmenkonstruktion ausgebildet. Wie in Fig. 2 zu sehen ist, die der Generator 5 als am Getriebe 13 angeflanschtes Element ausgebildet, wobei das Getriebe 13 wiederum am Gehäuse 2 angeflanscht ist.
Die Flanschlösung der Lagerringe ist bevorzugt, aber nicht zwingend. Die Lagerringe können auch klassisch auf einer Welle bzw. in einem Gehäuse sitzen.
Sehr vorteilhaft ist die im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 vorgesehene Ausgestaltung, wonach das Gehäuse 2 als Rahmenkonstruktion ausgebildet ist, d. h. im Wesentlichen eine Trägerplatte darstellt. Hier ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass der Generator 5 samt Getriebe 13 an dem Gehäuse 2 angeflanscht werden kann, genauso wie dies für die Lageranordnung 8 selber gilt. Am Lagerinneming 7 wiederum kann der Rotor 3 angeflanscht sein. Es ergibt sich somit ein modulares Konzept, das eine relativ einfache Montage erlaubt. Auch der Austausch von Generatoren 5 ist besonders einfach möglich.
Bezugszeichenliste
1 Windkraftanlage
2 Gehäuse
3 Rotor
4 Generatorwelle
5 Generator
6, 7 Lagerring
6, 6', 6" Lageraußenring
7, 7', 7" Lagerinnenring
8 Lageranordnung
9 Antriebs sträng
10 Stirnseite
11 Verzahnung
12 Ritzel
13 Getriebe

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Windkraftanlage
1. Windkraftanlage (1), umfassend ein Gehäuse (2), einen Rotor (3) und mindestens einen eine Generatorwelle (4) aufweisenden Generator (5), wobei der Rotor (3) relativ zu dem Gehäuse (2) in einer mindestens zwei Lagerringe (6, 6', 6", 7, 7', 7") aufweisenden Lageranordnung (8) gelagert ist und wobei zwischen dem Rotor (3) und dem Generator (5) ein Antriebs sträng (9) angeordnet ist, um die Drehung des Rotors (3) auf die mindestens eine Generatorwelle (4) zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebs sträng (9) den mindestens einen Lagerinneming (7, 7', 7") der Lageranordnung (8) umfasst, wobei der Rotor (3) an einer Stirnseite (10) des Lagerinnemings (7, 7', 7") angeflanscht und so mit dem Lagerinneming (7, 7', 7") drehfest verbunden ist, wobei der Lagerinneming (7, 7', 7") mit einer am Innenumfang des Lagerinnemings (7, 7', 7") angeordneten Verzahnung (11) versehen ist, und dass der Antriebs sträng (9) weiterhin mindestens ein Ritzel (12) umfasst, das mit der Verzahnung (11) des Lagerinnemings (7, 7', 7") in Eingriff steht, wobei das Ritzel (12) direkt oder über ein Getriebe (13) mit der Generatorwelle -2-012/084665 PCT/EP2011/072838
(4) verbunden ist und wobei das Ritzel (12) radial innerhalb des Lagerinnenrings (7, 7', 7") angeordnet ist und wobei die Verzahnung (11) und das Ritzel (12) eine Stirn Verzahnung bilden.
Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang (9) mindestens zwei Ritzel (12) aufweist, die jeweils mit der Verzahnung (11) in Eingriff stehen, wobei jedes Ritzel (12) direkt oder über ein Getriebe (13) mit einer Generatorwelle (4) verbunden ist.
Windkraftanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang (9) mindestens 3 bis 6 Ritzel (12) aufweist, die jeweils mit der Verzahnung (11) in Eingriff stehen, wobei jedes Ritzel (12) direkt oder über ein Getriebe (13) mit einer Generatorwelle (4) verbunden ist und wobei die Ritzel (12) bevorzugt gleichmäßig um den Umfang des Innemings (7, 7', 7") verteilt angeordnet sind.
Windkraftanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ritzel (12) samt direkter oder indirekter Verbindung zur Generatorwelle (4) und der Generator (5) als auswechselbare Einheit ausgebildet sind.
Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung (8) als Wälzlageranordnung ausgebildet ist.
Windkraftanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung (8) als zweireihige Kegelrollenlageranordnung ausgebildet ist. -3-
WO 2012/084665 PCT/EP2011/072838
7. Windkraftanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung (8) die einzige Lagerung des Rotors (3) ist und die beiden Ke- gelrollenlager in X- Anordnung angeordnet sind.
Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung (8) als hydrostatische Lagerung ausgebildet ist.
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