DE102004022299A1

DE102004022299A1 - Wind turbine generator is protected against lightning strikes by a conductor system coupled to ground

Info

Publication number: DE102004022299A1
Application number: DE102004022299A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Wilmes; Michael Dipl.-Ing. Venker
Original assignee: Stemmann Technik GmbH
Current assignee: Stemmann Technik GmbH
Priority date: 2004-05-04
Filing date: 2004-05-04
Publication date: 2005-12-01

Abstract

The wind energy generator has a propeller [2] driven generator in a housing [4] that is mounted on a pillar [5]. The system is protected against lightning strikes [1] by a conductor system [10,11,12] coupled to ground [7]. The system uses a slip ring and brush to connect between rotary and stationary parts.

Description

Die Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Ableitung elektrischer Ladungen.The The invention relates to a wind turbine with a device for the continuous discharge of electrical charges.

In der DE 44 36 197 C2 wird eine Windenergieanlage mit einer Blitzschutzeinrichtung beschrieben. Es ist eine Blitzüberleitung von den Rotorblättern zu einem feststehenden, elektrisch leitenden Bauteil des geerdeten Maschinenträgers vorgesehen. Die Blitzschutzüberleitung ist ein im Bereich der Rotorblattwurzel in einem Isolations-Abstand zur Rotornabe angeordnetes, mit der Rotorblattwurzel in elektrischer Wirkverbindung stehendes Blitzableitungsorgan, das einen Überleitungsvorsprung aufweist, der dem feststehenden, elektrisch leitenden Bauteil des Maschinenträgers bis auf einen vorbestimmten Abstand angenähert ist. Bei dieser Blitzschutzeinrichtung sind zwei Funkenstrecken vorgesehen. Die erste Funkenstrecke befindet sich zwischen einem Aluminiumring an der Rotorblattwurzel und einer Fangstange. Am anderen Ende der Fangstange befindet sich eine zweite Funkenstrecke zur Überleitung des Blitzes in einen Ableitung der koaxial zur Rotorwelle angeordnet ist. Sowohl Blitzeinschläge als auch elektrostatische Ladungen werden über diese beiden Funkenstrecken abgeleitet, so dass mit häufigen Überschlägen zu rechnen ist.In the DE 44 36 197 C2 a wind turbine with a lightning protection device will be described. It is provided a lightning conduction from the rotor blades to a fixed, electrically conductive component of the grounded machine carrier. The lightning protection transition is in the rotor blade root at an isolation distance from the rotor hub arranged, with the rotor blade root in electrically operative connection lightning discharge member having a transfer projection, which is approximated the fixed, electrically conductive component of the machine frame to a predetermined distance. In this lightning protection device two spark gaps are provided. The first spark gap is located between an aluminum ring on the rotor blade root and a catch rod. At the other end of the fishing rod is a second spark gap for the transition of the flash in a derivative which is arranged coaxially to the rotor shaft. Both lightning strikes and electrostatic charges are derived via these two spark gaps, so that frequent flashovers can be expected.

Diese Blitzschutzeinrichtung wurde in der DE 100 22 128 C1 weiter entwickelt, wobei zusätzlich eine Vorrichtung zur kontinuierlichen elektrostatischen Entladung von wenigstens einem Rotorblatt vorgesehen ist. Eine elektrostatische Aufladung eines Rotorblatts kann durch die Luftreibung der rotierenden Rotorblätter entstehen. Die Aufladung erfolgt so lange, bis die Überschlagspannung der vorgesehenen Luftstrecke erreicht wird. Durch das Aufladen der rotierenden Rotorblätter kommt es regelmäßig zu Überschlägen an der Funkenstrecke mit ebenso regelmäßigen unerwünschten Störungen der Elektronik. Es wird daher ein Statikableiter verwendet, der aus einer einfachen elektrischen Impedanz mit einer ohmschen und einer induktiven Komponente besteht. Es wird vorgeschlagen, im Bereich der Rotorblattwurzel auf Höhe eines die Rotorblattwurzel umgebenden Aluminiumrings eine Fangstange als Blitzableitungsorgan anzuordnen, die über einen Überleitungsvorsprung einem elektrisch leitenden Ableitung bis auf einen vorbestimmten Abstand, z.B. 3 mm, angenähert ist. Zwischen dem Aluminiumring und dem Blattadapter ist der Statikableiter leitend angeordnet. Diese Kombination einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Entladung elektrostatischer Ladung mit einer Funkenstrecke erfordert aufgrund der verwendeten Fangstange relativ viel Bauraum, da der Durchmesser des Ableitrings je nach Größe der Windenergieanlage erheblich sein kann. Die Fangstange muss hinreichend biegesteif ausgeführt sein, damit ein vorbestimmter Abstand zu dem Ableitung eingehalten werden kann. Mit zunehmender Länge der Fangstange ist es schwierig, die Abstände exakt einzuhalten, ohne die Fangstange zusätzlich abzustützen oder steifer zu gestalten. Auch bei der weiter entwickelten Blitzschutzeinrichtung erfolgt die Ableitung des Blitzes als auch der elektrostatischen Ladungen grundsätzlich über eine gemeinsame Funkenstrecke zwischen dem Überleitungsvorsprung und dem elektrisch leitenden Ableitring. Die Vorrichtung zur kontinuierlichen Entladung elektrostatischer Ladungen ist lediglich zwischen der Rotorblattwurzel und der Fangstange wirksam.This lightning protection device was in the DE 100 22 128 C1 further developed, wherein in addition a device for continuous electrostatic discharge of at least one rotor blade is provided. An electrostatic charge of a rotor blade can be caused by the air friction of the rotating rotor blades. Charging takes place until the flashover voltage of the intended air gap is reached. Due to the charging of the rotating rotor blades, flashovers of the spark gap occur regularly, with equally regular undesired disturbances of the electronics. Therefore, a static conductor is used, which consists of a simple electrical impedance with an ohmic and an inductive component. It is proposed to arrange in the region of the rotor blade root at the height of an aluminum ring surrounding the rotor blade root as a lightning arrester, which is approximated via a transfer projection an electrically conductive derivative up to a predetermined distance, for example 3 mm. Between the aluminum ring and the sheet adapter, the static conductor is arranged conductive. This combination of a device for the continuous discharge of electrostatic charge with a spark gap requires due to the fishing rod used relatively much space, since the diameter of the diverter ring can be considerable depending on the size of the wind turbine. The catch rod must be sufficiently rigid, so that a predetermined distance to the discharge can be maintained. With increasing length of the fishing rod, it is difficult to maintain the distances exactly, without supporting the fishing rod in addition or stiffer. Even in the case of the further developed lightning protection device, the dissipation of the lightning as well as of the electrostatic charges basically takes place via a common spark gap between the transfer projection and the electrically conductive diverting ring. The device for the continuous discharge of electrostatic charges is effective only between the rotor blade root and the fishing rod.

Aus der DIN IEC88/117/CD (VDE 0127 Teil 24) sind Maßnahmen zum Schutz von Lagern und Getrieben bei Windenergieanlagen bekannt. Lichtbögen zwischen Lagerlaufflächen und den Wälzkörpern können genügend Energie führen, um starken Lochfraß zu verursachen. Insbesondere bei Offshore-Windenergieanlagen können durch Blitzschlag verursachte Lagerschäden hohe Instandsetzungskosten verursachen. Bei Hauptwellenlagern, Getrieben und Generatorlagern ist es schwierig, die notwendige Schmierung zur Verminderung der Reibung und den zur Führung von Blitzströmen notwendigen guten metallischen Kontakt gleichermaßen zu erreichen. Es ist bekannt, den Anteil der durch das Hauptwellenlager fließenden Blitzströme durch alternative Strompfade aus Schleifkontakten, Bürsten oder Funkenstrecken zu verringern. Große Lager besitzen niedrige Impedanzen, während Schleifkontakt, Bürsten oder Funkenstrecken mit ihren Verbindungen gegen Erde höhere Impedanzen aufweisen. Aus diesem Grund können derartige Maßnahmen Blitzströme nicht vollständig von Lagern fernhalten. Ableitungsbauteile wie Kohlebürsten sind in der Regel für kleinere Ströme ausgelegt.Out DIN IEC88 / 117 / CD (VDE 0127 part 24) are measures for the protection of bearings and transmissions in wind turbines known. Arcs between Raceways and the rolling elements can have enough energy to lead, to heavy pitting too cause. Especially in offshore wind turbines can be caused by lightning bearing damage cause high repair costs. For main shaft bearings, transmissions and generator bearings it is difficult to obtain the necessary lubrication to reduce the friction and the necessary for guiding lightning currents good metallic contact alike to reach. It is known the proportion of the main shaft bearing flowing lightning currents by alternative current paths from sliding contacts, brushes or To reduce spark gaps. Large bearings have low ones Impedances while Sliding contact, brushes or spark gaps with their connections to ground higher impedances exhibit. That's why such measures lightning currents not completely keep away from camps. Derivation components such as carbon brushes are usually for smaller ones streams designed.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Windenergieanlage aufzuzeigen, bei welcher in besonders kompakter und Bauraum sparender Weise ein verbesserter Blitzschutz von Lagern und Getriebeelementen erreicht werden kann.Of these, Based on the object of the invention, a wind turbine show, in which in a particularly compact and space-saving Improved lightning protection of bearings and gear elements can be achieved.

Diese Aufgabe wird bei einer Windenergieanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Ableitvorrichtung und eine der Ableitvorrichtung zugeordnete elektrisch leitende Abrollbahn in Relativbewegung zueinander stehen, wobei eine elektrisch leitende Kontaktrolle der Ableitvorrichtung auf der Abrollbahn abrollt und wobei die Kontaktrolle mit einem Schleifkörper elektrisch leitend verbunden ist, welcher sowohl bei still stehender, als auch bei drehender Kontaktrolle in elektrisch leitender Berührung mit einer Erdungsbürste steht, die vor Umwelteinflüssen gekapselt angeordnet und mit einer Erdungsleitung verbunden ist.This object is achieved in a wind turbine with the features of claim 1, characterized in that the discharge device and a discharge device associated electrically conductive rolling track are in relative motion to each other, wherein an electrically conductive contact roller of the discharge rolls on the rolling track and wherein the contact roller with an abrasive body electrically is conductively connected, which in both stationary, as well as rotating contact roller in electrical conductive contact with a grounding brush, which is arranged encapsulated against environmental influences and connected to a grounding line.

Mit dieser Erfindung ist es möglich, eine kontinuierliche Ableitung elektrischer Ladung bei einer Windenergieanlage zu realisieren, wobei durch die gekapselte Anordnung der Erdungsbürste ein vor Umwelteinflüssen geschützter Ableitungspfad geschaffen wird, dessen elektrische Leitfähigkeit nicht durch negative Witterungseinflüsse nachteilig beeinflusst wird. Wie bei denkbaren Ableitvorrichtungen von Windenergieanlagen, bei denen z.B. ein Schleifkontaktstück am Maschinenträger auf einem Schleifkörper in Form einer Schleifbahn an der Rotornabe anliegt, ist der zurückgelegte Weg an den Kontaktflächen der erfindungsgemäßen Ableitvorrichtung, d.h. zwischen Abrollbahn und Kontaktrolle gleich. In Abhängigkeit von den Durchmesserverhältnissen kann die Umfangsgeschwindigkeit der Kontaktrolle relativ hoch sein. Durch die Verbindung der Kontaktrolle mit einem Schleifkörper, an dem wiederum die Erdungsbürste anliegt, ist es jedoch möglich, das Maß der Relativbewegung zwischen Schleifkörper und Erdungsbürste auf ein Minimum zu reduzieren. Dies ist der Fall, wenn die Drehachse des Schleifkörpers und der Kontaktrolle zusammenfallen und die Erdungsbürste sehr nah an oder auf dieser Drehachse angeordnet ist. Bei dieser Anordnung findet eine Rotationsbewegung in einem kleinen, sehr begrenzten Durchmesserbereich statt, der bei zentrischer Anordnung der Erdungsbürste nur von dem Durchmesser der Erdungsbürste abhängt. Durch den grundsätzlich kleinen Durchmesser der Erdungsbürste liegen die Verschleißdaten dieses Bauteils der Ableitvorrichtung in den vorgegebenen Wartungsintervallen der Windenergieanlage. Dies ist insbesondere bei Offshore-Windenergieanlagen von Bedeutung, da hier besonders lange Wartungsintervalle angestrebt werden.With of this invention it is possible a continuous discharge of electrical charge in a wind turbine realized by the encapsulated arrangement of the grounding brush a before environmental influences protected Derived path is created whose electrical conductivity not adversely affected by negative weather conditions becomes. As with conceivable discharge devices of wind turbines, in which e.g. a sliding contact piece on the machine carrier an abrasive article is applied in the form of a sliding track on the rotor hub, which is covered Way at the contact surfaces the discharge device according to the invention, i.e. the same between the rolling track and the contact roller. Dependent on from the diameter ratios For example, the peripheral speed of the contact roller may be relatively high. By connecting the contact roller with a grinding wheel, on in turn, the grounding brush However, it is possible the measure of the relative movement between grinding wheels and grounding brush to a minimum. This is the case when the axis of rotation of the abrasive article and the contact roll coincide and the grounding brush very much is arranged close to or on this axis of rotation. In this arrangement finds a rotational movement in a small, very limited diameter range instead, the centric arrangement of the grounding brush only from the diameter of the grounding brush depends. By the basically small Diameter of the grounding brush are the wear data this component of the discharge device in the predetermined maintenance intervals the wind turbine. This is especially true for offshore wind turbines Of importance, since it strives for particularly long maintenance intervals become.

In der Ausführungsform des Patentanspruchs 2 weist die Ableitvorrichtung eine mit der Erdungsleitung verbundene Funkenstrecke auf, die entweder auf die Abrollbahn oder auf eine parallel zu der Abrollbahn verlaufende Kontaktbahn oder auf die Kontaktrolle gerichtet ist. Die Funkenstrecke ist zum Ableiten von Blitzströmen vorgesehen und kann parallel zu der Kontaktrolle geschaltet sein. Eine Parallelschaltung besteht dann, wenn die Funkenstrecke auf die Abrollbahn oder eine parallel zu der Abrollbahn verlaufende Kontaktbahn gerichtet ist. Die kontinuierliche Ableitung von elektrostatischen Ladungen erfolgt über das Erdungsbürstensystem, wobei Blitzströme über die parallel geschaltete hochohmige Ableitung der Funkenstrecke geleitet werden. Wenn die Funkenstrecke nicht auf die Abrollbahn oder eine Kontaktbahn gerichtet ist, sondern auf die Kontaktrolle, liegt eine Reihenschaltung vor, so dass der Blitzstrom durch die Kontaktrolle fließt. Die Funkenstrecke ist räumlich derart positioniert, dass der Blitzstrom nicht durch die Lager der Kontaktrolle fließen kann, sondern zuvor über die Funkenstrecke abgeleitet wird. Auf diese Weise wird nicht nur die Lagerung der Kontaktrolle geschützt, sondern auch Erdungsbürste. Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, eine Kombination von Reihen- und Parallelschaltung von Funkenstrecken vorzusehen.In the embodiment of claim 2, the diverter one with the grounding line connected spark gap, either on the runway or on a parallel to the rolling track extending contact track or is directed to the contact role. The spark gap is for deriving of lightning currents provided and may be connected in parallel to the contact roller. A parallel circuit exists when the spark gap on the rolling track or a parallel to the rolling track running Contact track is directed. The continuous discharge of electrostatic Charges take place via the grounding brush system, being lightning currents over the conducted in parallel high-impedance discharge of the spark gap become. If the spark gap is not on the rolling track or a contact track is directed, but on the contact roller, is a series connection before, so that the lightning current flows through the contact roller. The Spark gap is spatial positioned so that the lightning current is not through the bearings of the Contact roll can flow but before about the spark gap is derived. This way will not only protected the storage of the contact roller, but also grounding brush. Of course it is It is also possible within the scope of the invention, a combination of Provide series and parallel connection of spark gaps.

In der Ausführungsform des Patentanspruchs 3 weist die Kontaktrolle einen die Abrollbahn kontaktierenden Abrollbereich und einen Gegenkontaktbereich für die Funkenstrecke auf. Durch einen von dem Abrollbereich getrennten Gegenkontaktbereich ist gewährleistet, dass die Luftstrecke unterhalb der Funkenstrecke mit zunehmendem Verschleiß des Abrollbereichs nicht größer wird. Grundsätzlich kann die Luftstrecke bei dieser Konfiguration kleiner als 1 mm eingestellt sein, so dass bereits geringe Überspannungen zur Zündung der Luftstrecke führen.In the embodiment of claim 3, the contact roller has a rolling contact contacting Abrollbereich and a mating contact area for the spark gap. By a separate from the Abrollbereich mating contact area is ensured that the air gap below the spark gap increases with Wear of the Rolling area does not get bigger. Basically the air gap is set smaller than 1 mm in this configuration be, so that already low surges to the ignition lead the air route.

Die Trennung des Abrollbereichs und des Gegenkontaktbereichs ist auch dann von Vorteil, wenn der Abrollbereich der Kontaktrolle ballig ausgebildet ist, wie dies in der Ausführungsform des Patentanspruchs 4 beansprucht wird. Die ballige Ausbildung verhindert ein Verkanten der Kontaktrolle gegenüber der Abrollbahn. Grundsätzlich ist die Kontaktrolle als Verschleißteil auszulegen, das in den vorgegebenen Wartungsintervallen auszutauschen ist. Daher ist vorgesehen, dass die Abrollbahn aus einem Werkstoff besteht, der eine höhere Verschleißfestigkeit besitzt als der Werkstoff der Kontaktrolle (Anspruch 5). Grundsätzlich wird die Kontaktrolle bei Erreichen einer Verschleißmarke oder bei Beschädigungen des Gegenkontaktbereichs der Funkenstrecke komplett ausgetauscht.The Separation of the rolling area and the mating contact area is also then advantageous if the Abrollbereich the contact roller crowned is formed, as in the embodiment of the claim 4 is claimed. The spherical training prevents tilting the contact role opposite the rolling track. in principle is to design the contact roller as a wearing part, which is in the specified Maintenance intervals is exchanged. Therefore, it is envisaged that the rolling track is made of a material that has a higher wear resistance has as the material of the contact roller (claim 5). Basically the contact roller when a wear mark is reached or damaged completely replaced the mating contact area of the spark gap.

Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Ableitvorrichtung zwischen der Rotornabe und dem Maschinenträger der Windenergieanlage angeordnet. D.h. die Abrollbahn bzw. Ableitvorrichtung ist entweder an der Rotornabe bzw. dem Maschinenträger angeordnet. Theoretisch wälzt die Kontaktrolle auf der Abrollbahn ab, ohne dass die Kontaktrolle auf der Abrollbahn gleitet. Hinsichtlich der räumlichen Lage kann die Abrollbahn die Form eines Kreisrings oder die einer Zylindermantelfläche haben. Der Vorteil einer zylindermantelförmigen Abrollbahn mit einer koaxial ausgerichteten Kontaktrolle, gegenüber kreisringscheibenförmigen Abrollbahnen ist, dass die Kontaktrolle über ihre gesamte Breite mit der gleichen Umfangsgeschwindigkeit auf der Abrollbahn abrollt.Prefers is the discharge device according to the invention arranged between the rotor hub and the machine carrier of the wind turbine. That the rolling track or discharge device is either on the rotor hub or the machine carrier arranged. Theoretically rolls the contact roller on the rolling off, without the contact roller slides on the rolling track. With regard to the spatial position, the rolling track can have the shape of a circular ring or a cylinder surface. The advantage of a cylinder jacket-shaped rolling track with a Coaxially aligned contact roller, against annular disc-shaped rolling tracks is that the contact role over their entire width at the same peripheral speed the rolling track rolls off.

In der Praxis treten bei der erfindungsgemäßen Arbeitsvorrichtung Reibungsverluste durch den Kontakt der Erdungsbürste mit dem Schleifkörper sowie durch Lagerreibungskräfte auf. Daher soll die Kontaktrolle durch ihr Eigengewicht und/oder eine Andruckvorrichtung gegen die Abrollbahn gedrückt werden. Die Andruckvorrichtung stellt einerseits sicher, dass die Kontaktrolle permanent in elektrisch leitender Verbindung mit der Abrollbahn steht. Zum anderen verhindert das Andrücken auf die Abrollbahn, dass die Kontaktrolle auf der Abrollbahn gleitet, was den Materialverschleiß erhöhen würde. Bei einer stationär montierten Kontaktrolle, d.h. bei einer an dem Maschinenträger befestigten Ableitvorrichtung kann es ausreichend sein, dass die Kontaktrolle durch ihr Eigengewicht oder durch das Gewicht der Ableitvorrichtung gegen die Abrollbahn gedrückt wird. Ein höherer und einstellbarer Druck kann durch die Verwendung der Andruckvorrichtung aufgebaut werden. Diese ist insbesondere dann erforderlich, wenn die Ableitvorrichtung an der Rotornabe befestigt ist und mit dieser gegenüber dem Maschinenträger rotatorisch bewegt wird. Die erforderliche Andruckkraft ist bevorzugt eine Federkraft. Durch die Verwendung geeigneter Federungsmittel ist es möglich, auch bei Unrundheit der Abrollbahn und auch bei zunehmendem Verschleiß der Kontaktrolle eine über die Standzeit gleich bleibende Andruckkraft aufzubringen, selbst wenn sich der Federweg verschleißbedingt mit der Zeit verändert. Es können Federungsmittel mit unterschiedlichen Federkennlinien zum Einsatz kommen.In practice, in the working device according to the invention, friction losses occur as a result of the contact of the grounding brush with the grinding wheel as caused by bearing friction. Therefore, the contact roller should be pressed by its own weight and / or a pressure device against the rolling track. On the one hand, the pressure device ensures that the contact roller is permanently in electrically conductive connection with the rolling track. On the other hand, pressing on the rolling track prevents the contact roller from sliding on the rolling track, which would increase material wear. In the case of a stationarily mounted contact roller, ie with a discharge device fastened to the machine carrier, it may be sufficient for the contact roller to be pressed against the rolling track by its own weight or by the weight of the discharge device. A higher and adjustable pressure can be built up by the use of the pressure device. This is particularly necessary when the diverter is attached to the rotor hub and is rotatably moved with this relative to the machine frame. The required pressure force is preferably a spring force. By using suitable suspension means, it is possible even when the runout of the rolling track and also with increasing wear of the contact roller to apply over the life constant pressure, even if the travel changes due to wear with time. It can be used spring means with different spring characteristics.

Um dem zunehmenden Verschleiß der Kontaktrolle Rechnung zu tragen, ist die Ableitvorrichtung schwenkbar befestigt. Diese schwenkende Lagerung kann auch als Pendellagerung bezeichnet werden und stellt sicher, dass Toleranzen beim Abrollen auf der Abrollbahn ausgeglichen werden können. Dadurch können auch Kontaktrollen mit relativ kleinen Durchmessern, wie z.B. 150 mm bis 250 mm zum Einsatz kommen, die auf Abrollbahnen mit wesentlich größeren Durchmessern insbesondere mit mehreren 1000 mm Durchmesser abwälzen. Bei Drehzahlen der Kontaktrolle zwischen 15 U/min und 400 U/min ist auch über die vorgegebenen Wartungsintervalle eine hinreichende Standzeit der Ableitvorrichtung gewährleistet. Vor allem ist über die gesamte Standzeit der Ableitvorrichtung eine gleich bleibende Luftstrecke unterhalb der Funkenstrecke realisierbar. Optional kann der Gegenkontaktbereich der Funkenstrecke zur besseren Zündung profiliert ausgeführt sein. Die Funkenstrecke selbst besteht vorzugsweise aus einer abbrandfesten Metalllegierung, insbesondere aus einer Wolfram-Kupferlegierung. Es sind Mittel zur Einstellung der Luftstrecke unterhalb der Funkenstrecke vorgesehen (Patentanspruch 8).Around the increasing wear of the Contain control role, the diverter is pivotable attached. This pivoting bearing can also be used as a pendulum bearing and ensures that rolling off tolerances can be compensated on the rolling track. This can also be done Contact rollers with relatively small diameters, e.g. 150 mm up to 250 mm are used, which on rolling stock with essential larger diameters in particular roll with several 1000 mm diameter. At speeds The contact roller between 15 rpm and 400 rpm is also over the given maintenance intervals a sufficient service life of Deriving ensured. First of all is over the entire service life of the discharge device a constant air gap feasible below the spark gap. Optionally, the mating contact area the spark gap for better ignition be executed profiled. The spark gap itself preferably consists of a erosion-resistant Metal alloy, in particular of a tungsten copper alloy. They are means for adjusting the air gap below the spark gap provided (claim 8).

Gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 9 ist ein die Erdungsbürste aufnehmender Bürstenhalter gegenüber einem Lagergehäuse der Kontaktrolle elektrisch isoliert. Grundsätzlich ist die gesamte Ableitvorrichtung so konfiguriert, dass ein Blitzstrom keinen parallelen Strompfad nehmen kann, sondern auf direktem Weg und insbesondere ohne über die Erdungsbürste zu fließen, der Erdungsleitung zugeführt wird. Daher erfolgt auch die Anbindung zum Maschinenträger bzw. zur Rotornabe grundsätzlich isoliert. Auch die Abrollbahn ist grundsätzlich isoliert befestigt.According to the characteristics of claim 9 is a brush holder receiving the grounding brush across from a bearing housing the contact roller electrically isolated. Basically, the entire discharge device configured so that a lightning current does not have a parallel current path but directly, and in particular without over the grounding brush to flow, supplied to the grounding line becomes. Therefore, the connection to the machine carrier or to the rotor hub basically isolated. The rolling track is also basically isolated.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The The invention is described below with reference to a schematic drawings illustrated embodiment explained in more detail. It demonstrate:

1 im Teilschnitt einen Maschinenträger einer Windenergieanlage; 1 in partial section, a machine carrier of a wind turbine;

2 eine Ableitvorrichtung für eine Windenergieanlage in Blickrichtung auf die Kontaktrolle; 2 a discharge device for a wind turbine in the direction of the contact roller;

3 einen Schnitt entlang der Linie III-III der 2 und 3 a section along the line III-III of 2 and

4 die Ableitvorrichtung der 2 und 3 in Blickrichtung auf den Bürstenhalter. 4 the discharge of the 2 and 3 in the direction of the brush holder.

In 1 ist stark vereinfacht der obere Bereich einer Windenergieanlage 1 dargestellt. Die Windenergieanlage 1 umfasst einen Turm 2 mit einem Maschinenträger 3, der auch Gondel oder Maschinenhaus genannt wird. Innerhalb des Maschinenträgers 3 ist eine Rotorwelle 4 gelagert. Die Rotorwelle 4 wird über an einer Rotornabe 5 befestigte Rotorblätter 6 angetrieben und überträgt die Drehbewegung über eine Kupplung 7, ein Getriebe 8 und eine weitere elektrisch isolierte Kupplung 9 auf einen Generator 10. Die Rotorwelle 4 ist in Hauptlagern 11 gelagert. Die Hauptlager 11 sind gegenüber der Grundplatte 12 des Maschinenträgers 3 elektrisch isoliert. Ebenso ist das Getriebe 8 gegenüber der Grundplatte 12 über eine zwischengeschaltete Isolierung 13 elektrisch isoliert. Von den Rotorblättern 6 ausgehende elektrostatische Ladungen können an den mit II und III bezeichneten Ableitungsstellen von der Rotorwelle 4 abgeleitet und über die mit IV bezeichnete Ableitungsstelle einer nicht näher dargestellten Erdungsleitung zugeführt werden. Die Ableitungsstellen II, III und IV sind gegenüber dem Maschinenträger 3 bzw. dem Triebstrang der Windenergieanlage 1 elektrisch isoliert und blitzstromableitfähig miteinander verbunden.In 1 is greatly simplified the upper portion of a wind turbine 1 shown. The wind turbine 1 includes a tower 2 with a machine carrier 3 which is also called gondola or engine house. Inside the machine carrier 3 is a rotor shaft 4 stored. The rotor shaft 4 is over at a rotor hub 5 attached rotor blades 6 driven and transmits the rotary motion via a clutch 7 , a gearbox 8th and another electrically isolated coupling 9 on a generator 10 , The rotor shaft 4 is in main camps 11 stored. The main camp 11 are opposite the base plate 12 of the machine carrier 3 electrically isolated. Likewise, the transmission 8th opposite the base plate 12 via an intermediate isolation 13 electrically isolated. From the rotor blades 6 outgoing electrostatic charges can at the designated by II and III discharge points of the rotor shaft 4 derived and fed via the designated IV lead point of a grounding line, not shown. The discharge points II, III and IV are opposite the machine frame 3 or the drive train of the wind turbine 1 electrically isolated and lightning current dissipative connected to each other.

Die 2 bis 4 zeigen eine Ableitvorrichtung 14 zur kontinuierlichen Ableitung elektrischer Ladungen einer Windenergieanlage. Die Ableitvorrichtung 14 besitzt eine Kontaktrolle 15 mit einem ballig ausgeführten Abrollbereich 16, der auf einer andeutungsweise eingezeichneten Abrollbahn 17 bei einer Relativbewegung der Abrollbahn 17 gegenüber der Kontaktrolle 15 abwälzt. In diesem Ausführungsbeispiel besitzt die Kontaktrolle 15 einen Außendurchmesser von 200 mm. Die Kontaktrolle 15 ist an einen Flansch 18 einer Tragwelle 19 geschraubt. Die Tragwelle 20 ist mit Lagern 21 in einem Lagergehäuse 20 gelagert. Die Tragwelle 21 ist auf der dem Flansch 18 abgewandten Ende mit einem Schleifkörper 22 verbunden, wobei der Schleifkörper 22 über eine von der Flanschseite her eingesetzte Schraube an der Tragwelle 19 befestigt ist. Der Schleifkörper 22 folgt damit der Bewegung der Kontaktrolle 15. Der Schleifkörper 22 steht in elektrisch leitender Berührung mit einer Erdungsbürste 23, die mit einer Federkraft in axiale Richtung auf den Schleifkörper 22 gedrückt wird. Die Erdungsbürste 23 ist verdrehfest in einem Bürstenhalter 24 gehalten. Über eine Leitung 25 besteht ein elektrischer Kontakt zwischen der Erdungsbürste 23 und dem Bürstenhalter 24. Der Bürstenhalter 24 ist gegenüber dem Lagergehäuse 20 isoliert befestigt. Der Bürstenhalter 24 ist hierzu mit einem ringscheibenförmig ausgebildeten Isoliermittel 26 verbunden, welches wiederum am Lagergehäuse 20 befestigt ist. Der Außendurchmesser des Isoliermittels 26 ist in diesem Ausführungsbeispiel größer als der Außendurchmesser des angrenzenden Lagergehäuses 20. Die Abmessungsverhältnisse sollen Blitzüberschläge von der Kontaktrolle 15 bzw. dem Lagergehäuse 20 auf den Bürstenhalter 24 verhindern. Der Bereich des Schleifkörpers 22, der Erdungsbürste 23 und der Leitung 25 ist von einer Kappe 27 bedeckt, welche den Kontaktbereich zwischen dem Schleifkörper 22 und der Erdungsbürste 23 vor Umwelteinflüssen schützt. Die Lager 21 sind in nicht näher dargestellter Weise vor dem Zutritt von Staub der Erdungsbürste 23 geschützt. Die Kappe 27 ist auf den Bürstenhalter 24 geschraubt, wobei der Bürstenhalter 24 an seinem in der Bildebene oberen Ende aus der Kappe 27 herausgeführt ist und einen An schlussflansch 29 für die schraubtechnische Befestigung einer Erdungsleitung 28 besitzt. An diesen Anschlussflansch 29 ist eine zweite Erdungsleitung 30 in Form einer Metallplatte angeschlossen, die elektrisch leitend mit einem Tragbolzen 31 verschraubt ist. Der Tragbolzen 31 durchsetzt fluchtende Öffnungen in zwei parallel zueinander angeordneten Halterplatten 33, 34, die an ihrem in der Bildebene unteren Ende über jeweils zwei Schrauben mit dem Lagergehäuse 20 verschraubt sind. Im Bereich ihrer oberen Enden besitzen die Halteplatten 33, 34 eine fluchtende Bohrung 35. Die Längsachse dieser Bohrung 35 ist die Schwenkachse S, um die die gesamte Ableitvorrichtung 14 einschließlich der Halterplatten 33, 34 verschwenkbar ist.The 2 to 4 show a discharge device 14 for the continuous discharge of electrical charges of a wind turbine. The discharge device 14 owns a contact role 15 with a crowned rolling area 16 , on a suggestively marked runway 17 during a relative movement of the rolling track 17 opposite the contact role 15 rolls. In this version example has the contact roller 15 an outer diameter of 200 mm. The contact role 15 is on a flange 18 a support shaft 19 screwed. The support shaft 20 is with warehouses 21 in a bearing housing 20 stored. The support shaft 21 is on the flange 18 opposite end with a grinding wheel 22 connected, wherein the abrasive body 22 via a screw inserted from the flange side on the support shaft 19 is attached. The grinding wheel 22 follows the movement of the contact roller 15 , The grinding wheel 22 is in electrical contact with a grounding brush 23 with a spring force in the axial direction on the grinding wheel 22 is pressed. The grounding brush 23 is twist-proof in a brush holder 24 held. About a line 25 There is an electrical contact between the grounding brush 23 and the brush holder 24 , The brush holder 24 is opposite the bearing housing 20 fastened isolated. The brush holder 24 is this with a ring-shaped insulating 26 connected, which in turn on the bearing housing 20 is attached. The outer diameter of the insulator 26 is larger than the outer diameter of the adjacent bearing housing in this embodiment 20 , The dimensional ratios are lightning flashovers from the contact roller 15 or the bearing housing 20 on the brush holder 24 prevent. The area of the abrasive body 22 , the grounding brush 23 and the line 25 is from a cap 27 covering the contact area between the abrasive article 22 and the grounding brush 23 protects against environmental influences. Camps 21 are in a manner not shown before the entry of dust of the grounding brush 23 protected. The cap 27 is on the brush holder 24 screwed, with the brush holder 24 at its upper end in the image plane from the cap 27 led out and a connection flange 29 for the screw-technical fastening of a grounding cable 28 has. At this connection flange 29 is a second grounding line 30 connected in the form of a metal plate, which is electrically conductive with a supporting bolt 31 is screwed. The carrying bolt 31 passes through aligned openings in two mutually parallel holder plates 33 . 34 , which at its in the picture level lower end over in each case two screws with the bearing housing 20 are bolted. In the area of their upper ends have the holding plates 33 . 34 an aligned hole 35 , The longitudinal axis of this hole 35 is the pivot axis S to which the entire discharge device 14 including the holder plates 33 . 34 is pivotable.

Der Tragbolzen 31 ragt auf seiner dem Anschlussflansch 29 abgewandten Seite aus der Öffnung 32 der Halterplatte 34 heraus. Hier ist der Tragbolzen 31 mit einem L-förmigen Winkelformstück 36 verspannt, wobei in den vertikal und parallel zu den Halterplatten 33, 43 verlaufenden Schenkel des Winkelformstücks 36 die Funkenstrecke 37 höhenverstellbar und über eine Mutter gekontert eingeschraubt ist. Die Funkenstrecke 36 ist radial auf einen Gegenkontaktbereich 38 der Kontaktrolle 15 gerichtet. Dieser Gegenkontaktbereich 38 ist ein konzentrisch neben dem Abrollbereich 16 verlaufender zylindermantelförmiger Absatz. Der Abstand zwischen dem Gegenkontaktbereich 38 und der Funkenstrecke 37 ist vorzugsweise kleiner als 1 mm.The carrying bolt 31 protrudes on its the connecting flange 29 opposite side from the opening 32 the holder plate 34 out. Here is the support bolt 31 with an L-shaped angle fitting 36 braced, being in the vertical and parallel to the holder plates 33 . 43 extending leg of the angle fitting 36 the spark gap 37 height adjustable and screwed over a nut is screwed. The spark gap 36 is radially on a mating contact area 38 the contact role 15 directed. This mating contact area 38 is a concentric next to the rolling area 16 running cylinder jacket-shaped heel. The distance between the mating contact area 38 and the spark gap 37 is preferably less than 1 mm.

Der horizontal verlaufende Schenkel des Winkelformstücks 36 ist an der Halterplatte 34 abgestützt in einer die Öffnung 32 umgebenden unrunden Aussparung verdrehfest gelagert, so dass die radiale Ausrichtung der Funkenstrecke 37 gewährleistet ist. Über eine Stützplatte 39 wird der horizontal verlaufende Schenkel des Winkelformstücks 36 mittels einer in den Tragbolzen 31 stirnseitig eingesetzten Schraube gegen die Halteplatte 34 verspannt und ist damit lageorientiert. Eine Hülse 40 zwischen den Halterplatten 33, 34 und eine auf den Tragbolzen 31 aufgeschraubte Haltemutter 41 dienen als Widerlager für das Winkelformstück 36.The horizontal leg of the angle fitting 36 is on the holder plate 34 supported in one the opening 32 surrounding non-circular recess mounted rotationally, so that the radial alignment of the spark gap 37 is guaranteed. About a support plate 39 is the horizontal leg of the angle fitting 36 by means of a in the support bolt 31 screw inserted against the front plate 34 strained and is therefore situation-oriented. A sleeve 40 between the holder plates 33 . 34 and one on the support bolt 31 screwed on retaining nut 41 serve as an abutment for the angle fitting 36 ,

11: WindenergieanlageWind turbine
22: Turmtower
33: Maschinenträgermachine support
44: Rotorwellerotor shaft
55: Rotornaberotor hub
66: Rotorblattrotor blade
77: Kupplungclutch
88th: Getriebetransmission
99: Kupplungclutch
1010: Generatorgenerator
1111: Hauptlager v. 4 Main camp v. 4
1212: Grundplattebaseplate
1313: Isolierunginsulation
1414: Ableitvorrichtungdiverter
1515: KontaktrolleContact role
1616: Abrollbereichroll-off
1717: Abrollbahnrolling path
1818: Flanschflange
1919: Tragwellesupport shaft
2020: Lagergehäusebearing housing
2121: Lagercamp
2222: Schleifkörperabrasives
2323: Erdungsbürstegrounding brush
2424: Bürstenhalterbrush holder
2525: Leitungmanagement
2626: Isoliermittelinsulation
2727: Kappecap
2828: Erdungsleitungground wire
2929: Anschlussflanschflange
3030: Erdungsleitungground wire
3131: Tragbolzensupport bolts
3232: Öffnungopening
3333: Halterplatteholder plate
3434: Halterplatteholder plate
3535: Bohrungdrilling
3636: WinkelformstückAngle fitting
3737: Funkenstreckeradio link
3838: Gegenkontaktbereich v. 37 Mating contact area v. 37
3939: Stützplattesupport plate
4040: Hülseshell
4141: Haltemutterretaining nut
SS: Schwenkachseswivel axis

Claims

Wind energy plant with a device for the continuous discharge of electrical charges (discharge device), characterized in that the discharge device ( 14 ) and one of the discharge device ( 14 ) associated electrically conductive rolling track ( 17 ) are in relative movement with each other, wherein an electrically conductive contact roller ( 15 ) of the discharge device ( 14 ) on the rolling track ( 17 ) and wherein the contact roller ( 15 ) with an abrasive body ( 22 ) is electrically conductively connected, which both at a standstill and when rotating contact roller ( 15 ) in electrically conductive contact with a grounding brush ( 23 ), which are encapsulated before environmental influences and via a brush holder ( 24 ) with a grounding line ( 28 ) connected is.

Wind energy plant according to claim 1, characterized in that the discharge device ( 14 ) one with a grounding line ( 30 ) connected spark gap ( 37 ), either on the runway ( 17 ), on a parallel to the rolling track ( 17 ) running contact track or on the contact roller ( 15 ).

Wind energy plant according to claim 2, characterized in that the contact roller ( 15 ) a the rolling track ( 17 ) contacting rolling area ( 16 ) and a mating contact area ( 38 ) for the spark gap ( 37 ) having.

Wind energy plant according to one of claims 1 to 3, characterized in that the rolling area ( 16 ) of the contact role ( 15 ) is formed spherical.

Wind energy plant according to one of claims 1 to 4, characterized in that the rolling track ( 17 ) is made of a material which has a higher wear resistance than the material of the contact roller ( 15 ).

Wind energy plant according to one of claims 1 to 5, characterized in that the discharge device ( 14 ) in the transition region of the rotor hub ( 5 ) to the machine carrier ( 3 ) of the wind energy plant ( 1 ) is arranged.

Wind energy plant according to one of claims 1 to 6, characterized in that the contact roller ( 15 ) by its own weight and / or a pressure device against the rolling track ( 17 ) is pressed.

Wind energy plant according to one of claims 1 to 7, characterized in that the air gap below the spark gap ( 37 ) is adjustable.

Wind energy plant according to one of claims 1 to 7, characterized in that a grounding brush ( 23 ) receiving brush holder ( 24 ) with respect to a bearing housing ( 20 ) of the contact role ( 15 ) is electrically isolated.