DE102009059671A1

DE102009059671A1 - Generatoranordnung für eine Windenergieanlage

Info

Publication number: DE102009059671A1
Application number: DE102009059671A
Authority: DE
Inventors: Anton 70736 Paweletz; Heinz-Josef Dr. 58452 Tenberge
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-12-19
Filing date: 2009-12-19
Publication date: 2011-06-22
Also published as: EP2514076A1; US20130001952A1; WO2011072819A1; CN102754314A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Generatoranordnung für eine Windenergieanlage mit einem ringförmigen Ständer, einem ringförmigen Läufer sowie einer Stirnradgetriebeanordnung, wobei die Generatoranordnung ein Basisträgerbauteil aufweist, an dem sämtliche Lager der Generatoranordnung angeordnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Generatoranordnung für eine Windenergieanlage.
Stand der Technik
Ein großer Teil der bekannten Windkraftanlagen bzw. Windenergieanlagen ist mit schnell drehenden Generatoren ausgestattet, wobei zur Übersetzung der relativ langsamen Umdrehungszahl des Windrades auf die Generatorumdrehungszahl ein- oder mehrstufige Getriebe eingesetzt werden. Es sind Lösungen bekannt, bei denen Getriebe und Generator hintereinander als separate Baugruppen auf einem Maschinenträger angeordnet sind. Dies ermöglicht im Schadensfall ein einfaches Austauschen der Komponenten, die Gesamtanordnung ist jedoch relativ groß und schwer, was zu Problemen im Hinblick auf den Transport in die Gondel der Windenergieanlage und die Anordnung darin hervorruft.
Weiterhin sind Anordnungen bekannt, bei denen eine Getriebeanordnung zumindest teilweise innerhalb des Generators angeordnet ist, was zu einer Platzersparnis führt. Beispielhafte Lösungen sind in der DE 102 42 703 B3 oder der DE 10 2004 005 543 A1 offenbart. Nachteilig an diesen Lösungen ist jedoch die aufwändige gegenseitige Lagerung der einzelnen Getriebe- und Generatorelemente. Dabei sind für jeden Getriebefreiheitsgrad, d. h. die Anzahl der möglichen unabhängigen Bewegungen, üblicherweise zwei Lager vorgesehen. Beispielsweise sind in der genannten DE 102 42 707 B3 das Sonnenrad sowie das Hohlrad je zweifach an dem Planetenträger gelagert, so dass die Getriebeanordnung insgesamt vier Lager umfasst. Die bei der Herstellung einzuhaltenden Toleranzen sind daher gering, da sich im montierten Zustand eine Vielzahl von Bauteilen relativ zueinander bewegt, was bei zu großem Spiel schnell zu Abnutzung führt.
Es ist daher wünschenswert, eine Generatoranordnung mit Getriebe für eine Windenergieanlage anzugeben, die kompakt ausgebildet ist, mit möglichst wenig Lagern auskommt und einen geringeren Herstellungsaufwand erfordert.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Generatoranordnung für eine Windenergieanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung basiert im Wesentlichen auf dem Gedanken, ein Basisträgerbauteil vorzusehen, das sämtliche Lager der Generatoranordnung und des Getriebes trägt. Ein solche Konstruktion hat den Vorteil, dass sich alle Zentrierflächen, wie z. B. Ständerpaket gegen Ständergehäuse, sowie alle Lagersitze auf eine gemeinsame Referenz, bspw. die Basisachse des Ständers beziehen. Besonders vorteilhaft ist, dass alle Zentrier- und Lagerflächen bei der Herstellung in einer Aufspannung bearbeitet werden können. In der Folge können die Bauteile genauer angeordnet werden, so dass Luftspalte insbesondere zwischen Ständer und Läufer kleiner ausfallen und somit die Generatorleistungsdichte erhöht wird.
Es bietet sich an, den Läufer und/oder wenigstens ein Zahnrad, vorzugsweise zwei oder alle Zahnräder, der Stirnradgetriebeanordnung drehbar an dem Basisträgerbauteil zu lagern. Wenn weiterhin eine eines der Zahnräder der Stirnradgetriebeanordnung tragende Welle auch den Läufer trägt, kann durch eine Lagerung der Welle an dem Basisträgerbauteil die Lagerung beider Elemente auf einfache Weise bereitgestellt werden.
Weiterhin lässt sich die Generatoranordnung mit Stirnradgetriebe einfacher montieren und demontieren, da der Bezug auf eine gemeinsame Referenz insbesondere den Einsatz von einfachen Montagemethoden, wie z. B. einer Steckverzahnung, zulässt. In Ausgestaltung können der Läufer und/oder das Zahnrad mit der Welle mittels einer, insbesondere verzahnten, Steckverbindung verbunden sind. Auch kann das Zahnrad Bestandteil der Welle sein.
Mit anderen Worten kann die Welle an einem Ende verzahnt sein und in ein weiteres Zahnrad des Stirnradgetriebes eingreifen.
Bei der Generatoranordnung mit Getriebe können der Generator und das Getriebe als gemeinsame Baueinheit ausgebildet werden, wobei vorzugsweise der Raum innerhalb des Läufers dazu benutzt wird, zumindest einen Teil des Getriebes unterzubringen, was die Kraftflusswege verkürzt. In der Folge können diese kleiner bauen und mit geringerem Materialaufwand hergestellt werden. Gleichzeitig entsteht die Möglichkeit, die Generatoranordnung mit Getriebe aus besser handhabbaren Baugruppen zu gestalten, ohne Toleranzen der Lagerungssysteme negativ zu beeinflussen. Insbesondere kann im Gegensatz zum Stand der Technik auch ein Stirnradgetriebe anstelle eines aufwendigen Planetengetriebes unkompliziert eingesetzt werden.
In bevorzugter Ausgestaltung ist das Basisträgerbauteil topfförmig mit einer Bodenfläche und einer Wandfläche ausgebildet, wobei der Ständer des Generators an der Wandfläche angeordnet ist. In der Folge kann auf separate Trägerelemente verzichtet werden, da der Ständer direkt am Basisträgerbauteil angeordnet ist, welches zusätzlich vorteilhaft als Gehäuse dienen kann. Dadurch kann auf ein separates Gehäuse verzichtet werden, was zu einer signifikanten Platz- und Gewichtsersparnis führt. Mit anderen Worten wird das Gehäuse zumindest teilweise vom Basisträgerbauteil selbst gebildet.
In Ausgestaltung ist der Stirnradgetriebeanordnung eine zweite Getriebeanordnung, insbesondere ein zweistufiges Getriebe, vorgeschaltet. Insgesamt ist somit eine hohe und für bestimmte Generatoren notwendige Übersetzung bereitstellbar, wobei weniger Platz und Gewicht als bei bekannten dreistufigen Getrieben mit nachgeschaltetem Generator notwendig ist.
Zweckmäßigerweise sind die zweite Getriebeanordnung und die Stirnradgetriebeanordnung mittels wenigstens eines elastischen Elements verbunden. Auf diese Weise kann zum einen sichergestellt werden, dass die Getriebeanordnungen unabhängig voneinander bereitstellbar sind und erst am Einsatzort miteinander verbunden werden müssen. Die elastischen Elemente dienen zum anderen dazu, Drehmomentstöße abzufedern.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Figurenbeschreibung
1 zeigt eine Querschnittsansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Generatoranordnung.
2 zeigt eine Explosionsansicht der Ausführungsform gemäß 1.
3 zeigt eine Querschnittsansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Generatoranordnung.
In den 1 und 2 einerseits sowie 3 andererseits sind unterschiedliche Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Generatoranordnung abgebildet, die nachfolgend jedoch insoweit übergreifend beschrieben Werden, als sie gleiche oder gleich wirkende Elemente enthalten. Diese sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In den 1 und 2 ist eine erste bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Generatoranordnung schematisch im Querschnitt dargestellt und insgesamt mit 100 bezeichnet. Die Generatoranordnung 100 umfasst einen doppelt gespeisten Asynchrongenerator 110 mit einem eine Spulenanordnung umfassenden Ständer 111 sowie einem eine Spulenanordnung umfassenden Läufer 112, deren Wickelköpfe jeweils rechts und links daneben abgebildet sind. Der Läufer 112 ist um eine Rotationsachse A drehbar gelagert.
Die Generatoranordnung weist ein zugleich als Gehäuseteil dienendes Basisträgerbauteil 160 auf, welches im vorliegenden Beispiel topfförmig mit einer Bodenfläche 161 und einer Wandfläche 162 ausgebildet ist. Der Ständer 111 ist an der Innenseite der Wandfläche 162 befestigt. Das Basisträgerbauteil 160 weist weiterhin eine mittige Ausnehmung 163 auf, in der eine Welle 140 gelagert ist. Der Läufer 112 ist an einem Läuferträger 170 angebracht, welcher mittels einer verzahnten Steckverbindung 175 drehfest mit der Welle 140 verbunden ist. Die Welle 140 ist mittels hier als Kugellager 151 und 152 ausgeführter Lager gegenüber dem Basisträgerbauteil 160 um die Rotationsachse A drehbar gelagert.
Die Generatoranordnung 100 umfasst weiterhin eine Stirnradgetriebeanordnung 130, welche ebenfalls an dem Basisträgerbauteil 160 gelagert ist und zusammen mit dem Asynchrongenerator 110 Bestandteil der Generatoranordnung ist. Die Stirnradgetriebeanordnung 130 weist ein erstes Zahnrad 131 und ein zweites Zahnrad 132 auf, das als Bestandteil der Welle 140 ausgeführt ist. Das Zahnrad 131 ist mittels hier als Kugellager 153 und 154 ausgebildeter Lager gegenüber dem Basisträgerbauteil 160 um eine Rotationsachse B drehbar gelagert, welche im gezeigten Beispiel mit der Rotationsachse der Antriebswelle 121 zusammenfällt.
Die Generatoranordnung 100 ist in der gezeigten Darstellung mit einem zweistufigen Vorschaltgetriebe 120 verbunden, das mit einer Antriebswelle 121, die beispielsweise mit einem Windrad bzw. Rotor (nicht gezeigt) verbunden ist, verbunden ist. Das Vorschaltgetriebe 120 weist im vorliegenden Beispiel zwei Planetengetriebestufen auf und ist über eine verzahnte Steckverbindung 122 mit der Getriebeanordnung 100, genauer mit dem Zahnrad 131 der Stirnradgetriebeanordnung 130 verbunden. Das Vorschaltgetriebe 120 ist mittels elastischer Elemente 123 an der Generatoranordnung 100 angebracht.
Von der Wicklungsanordnung des Läufers 112 verläuft eine Zuleitung 180 zu einer Anzahl von Schleifringen 191, die an einem Welleneinsteckteil 190 befestigt sind. Die Schleifringe 191 wirken mit entsprechenden Bürsten 192 zusammen, welche mit einem Generatoranschlus 193 verbunden sind. Der Generatoranschluss 193 ist über eine weitere Zuleitung 181 mit der Wicklungsanordnung des Ständers 111 verbunden.
Als weiteres Gehäuseteil ist eine Abdeckung 200 vorgesehen, welche zusammen mit dem Basisträgerbauteil 160 ein Gehäuse für den Generator 110 bildet.
Die in 3 in einer schematischen Querschnittsansicht dargestellte alternative Ausführungsform 100' unterscheidet sich von der Ausführungsform 100 im Wesentlichen nur durch die Ausgestaltung der Welle 140' und des Läuferträgers 170'. Die Ausgestaltung gemäß 3 ermöglicht, dass die Welle 140' nach vorne und nach hinten (d. h. in der Figur nach links und nach rechts) aus der Ausnehmung 163 entfernt werden kann, was eine einfachere Montage und Wartung der Generatoranordnung 100' ermöglicht.
Anstelle des doppelt gespeisten Asynchrongenerators kann auch ein permanenterregter Synchrongenerator eingesetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10242703 B3 [0003]
DE 102004005543 A1 [0003]
DE 10242707 B3 [0003]

Claims

Generatoranordnung für eine Windenergieanlage mit einem ringförmigen Ständer (111), einem ringförmigen Läufer (112, 170, 170') sowie einer Stirnradgetriebeanordnung (130), wobei die Generatoranordnung (100, 100') ein Basisträgerbauteil (160) aufweist, an dem sämtliche Lager (151, 152, 153, 154) der Generatoranordnung (100, 100') angeordnet sind.
Generatoranordnung nach Anspruch 1, wobei der Läufer (112, 170, 170') an dem Basisträgerbauteil (160) drehbar gelagert ist.
Generatoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens ein Zahnrad (131, 132) der Stirnradgetriebeanordnung (130) an dem Basisträgerbauteil (160) drehbar gelagert ist.
Generatoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine eines der Zahnräder (132) der Stirnradgetriebeanordnung (130) tragende Welle (140, 140') auch den Läufer (112, 170, 170') trägt.
Generatoranordnung nach Anspruch 4, wobei der Läufer (112, 170, 170') und/oder das Zahnrad (132) mit der Welle (140, 140') mittels einer, insbesondere verzahnten, Steckverbindung (175) verbunden sind.
Generatoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Basisträgerbauteil (160) topfförmig mit einer Bodenfläche (161) und einer Wandfläche (162) ausgebildet ist, wobei der Ständer (111) an der Wandfläche (162) angeordnet ist.
Generatoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine eines der Zahnräder (132) der Stirnradgetriebeanordnung (130) tragende Welle (140, 140') in einer mittigen Ausnehmung (163) des Basisträgerbauteils (160) gelagert ist.
Generatoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Stirnradgetriebeanordnung (130) eine zweite Getriebeanordnung (120), insbesondere ein zweistufiges Getriebe, vorgeschaltet ist.
Generatoranordnung nach Anspruch 8, wobei die zweite Getriebeanordnung (120) und die Stirnradgetriebeanordnung (130) mittels wenigstens eines elastischen Elements (123) verbunden sind.
Generatoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Generator als doppelt gespeister Asynchrongenerator (110) ausgebildet ist.
Generatoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Generator als permanent erregter Synchrongenerator ausgebildet ist.
Windenergieanlage mit einer Generatoranordnung (100; 100') nach einem der vorstehenden Ansprüche.