DE202005007450U1

DE202005007450U1 - Adapter zum Befestigen von Rotorblättern einer Windkraftanlage an einer Rotornabe und Windkraftanlage mit solchen Adaptern

Info

Publication number: DE202005007450U1
Application number: DE200520007450
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: AMSC Windtec GmbH
Priority date: 2004-05-17
Filing date: 2005-05-11
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2015-05-12

Abstract

Adapter zum Befestigen von Rotorblättern einer Windkraftanlage an einer Rotornabe (2) einer Rotorwelle der Windkraftanlage, mit einem Anschlussbereich (4) für das Rotorblatt und einem Anschlussbereich (7) für die Rotornabe (2), dadurch gekennzeichnet, dass am Adapter (1) wenigstens eine Messeinrichtung (17, 18) für auf den Adapter (1) wirkende Belastungen angebracht ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Adapter zum Befestigen von Rotorblättern einer Windkraftanlage an einer Rotornabe einer Rotorwelle der Windkraftanlage, mit einem Anschlussbereich für das Rotorblatt und einem Anschlussbereich für die Rotornabe. Die Erfindung betrifft des weiteren eine Windkraftanlage mit derartigen Adaptern zum Verbinden der Rotorblätter mit der Rotornabe der Windkraftanlage.
Die Leistung von Windkraftanlagen hängt unter anderem vom Rotordurchmesser, d.h. von der Länge der Rotorblätter gemessen von der Rotorachse bis zu den Spitzen der Rotorblätter ab. Des Weiteren hängt die Leistung auch von der optimalen Stellung ("pitch") jedes einzelnen Rotorblattes ab, sodass jedes Rotorblatt einzeln verstellbar und somit zur maximalen Leistungsgewinnung einstellbar ist. Auf der anderen Seite unterliegen Windkraftanlagen bzw. deren Komponenten hohen Belastungen, die durch momentan auftretende Windstöße noch erheblich verstärkt werden können. Auch ist die Belastung eines Rotorblattes bei einer einzigen Umdrehung des Rotors nicht immer gleich, da die Windverhältnisse z.B. am Boden anders sein können als in höheren Bereichen.
Um die Belastungen zu begrenzen wurde z.B. in der WO 01/33075 A1 vorgeschlagen, an den Rotorblättern Messeinrichtungen für die Belastung der Rotorblätter anzubringen um die Rotorblätter bei zu hohen Belastungen aus dem Wind zu drehen und damit die Belastung zu verringern. Messungen direkt am Rotorblatt sind allerdings problematisch, da die aus glasfaserverstärkten Kunststoffen hergestellten Rotorblätter in gewissem Ausmaß lokal zum Kriechen neigen und die Messung daher langfristig nicht exakt ist und/oder ein Nachkalibrieren erfordert.
Ein weiteres Problem ergibt sich dadurch, dass herkömmliche Dehnungsmessstreifen nicht eingesetzt werden können, da diese die hohen Dehnungswege an den Rotorblättern langfristig nicht aushalten und daher zerstört werden. Zur Belastungsmessung werden in der WO 01/33075 A1 daher Messeinrichtungen der Glasfaser-Technologie verwendet, die allerdings noch relativ neu sind, sodass es noch keine langfristigen Erfahrungen beim Einsatz bei Windkraftanlagen gibt. Diese sind auch wesentlich teurer als herkömmliche Dehnungsmessstreifen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine günstige Möglichkeit zu schaffen, die Belastung der Rotorblätter zu messen, um diese auf ein Maß zu beschränken, das eine wirtschaftliche Dimensionierung der Windkraftanlage ermöglicht.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Adapter mit den Merkmalen des Anspruches 1 und mit einer Windkraftanlage mit den Merkmalen des Anspruches 14.
Die Verwendung eines Adapters bietet mehrere Vorteile. Er kann aus Stahl hergestellt werden, sodass die Verwendung herkömmlicher Dehnungsmessstreifen möglich ist.
In den Adapter können der Antrieb und die Steuerung für die Rotorblattverstellung integriert werden. Dadurch er gibt sich die Möglichkeit eine Baugruppe zur Verfügung zu stellen, die fertig vormontiert geliefert werden kann.
Ein weiterer erheblicher Vorteil der sich daraus ergibt liegt darin, dass der Adapter bzw. die gesamte Baugruppe noch in der Werkshalle kalibriert werden kann, da sich durch die Montage des Adapters an der Windkraftanlage keine für eine exakte Belastungsmessung relevanten Änderungen mehr ergeben.
Noch ein großer Vorteil liegt darin, dass mit dem erfindungsgemäßen Adapter auch bestehende Windkraftanlagen auf sehr einfache Weise nach- bzw. aufgerüstet werden können. Dies ist insbesondere aus dem Aspekt interessant, als die Leistung bestehender Anlagen dadurch auf einfache Weise erhöht werden kann, weil durch den Adapter der Rotordurchmesser vergrößert werden kann. Dies wäre an sich wegen der dadurch steigenden Belastung kritisch. Aufgrund der exakten Belastungsmessung und der dadurch möglichen exakten Regelung der Rotorblattstellung jedes einzelnen Rotorblattes kann aber die Belastung sowohl der Rotorblätter als auch der übrigen Komponenten der Windkraftanlage auf das vorgegebene zulässige Maß beschränkt werden.
Der Adapter ermöglicht auch eine Neigung der Längsachse der Rotorblätter gegenüber ihrer Drehachse ("Pfeilung"), ohne dass ein Sonderbauteil (z.B. schräg abgeschnittenes Rotorblatt oder eine Keilscheibe oder dergleichen) erforderlich wäre, da der Anschlussbereich für die Rotornabe gegenüber dem Anschlussbereich für das Rotorblatt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung geneigt sein kann.
Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugtes Ausführungsbeispieles der Erfindung unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen. Es zeigt 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Adapter an einer teilweise dargestellten Rotornabe und 2 nur den Adapter im Schnitt und im Schrägriss.
In den 1 und 2 ist ein erfindungsgemäßer Adapter 1 im Schnitt dargestellt, über den ein in den Zeichnungen nicht dargestelltes Rotorblatt an der Nabe 2 befestigt ist. Der Adapter hat einen topfähnlichen Querschnitt mit einer Wand 3, die entweder zylindrisch oder leicht konisch ausgeführt ist. Auf dem dem Rotorblatt zugeordneten Anschlussbereich 4 weist der Adapter 1 einen von der Wand 3 nach innen ragenden Ring 5 auf, in dem sich Bohrungen 6 befinden. Mit Hilfe von durch die Bohrungen 6 gesteckten Schrauben kann das Rotorblatt am Ring 5 des Adapters 1 festgeschraubt werden.
Am dem Ring 5 gegenüber liegenden Ende befindet sich der Anschlussbereich 7 zur Verbindung mit der Rotornabe 2. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Anschlussbereich 7 durch einen Flansch 8 mit Bohrungen 9 gebildet an dem der Außenring 10 eines Lagers 11 angeschraubt ist. Der Innenring 12 des Lagers 11 befindet sich an der Rotornabe 2. Mit Hilfe des Lagers 11 kann der Adapter 1 und somit das Rotorblatt gegenüber der Rotornabe 2 verdreht werden, um das Rotorblatt in den oder aus dem Wind zu drehen.
Der Anschlussbereich 7 zur Rotornabe 2 kann gegenüber dem Anschlussbereich 4 zum Rotorblatt geneigt sein, das heißt dass die jeweiligen Anschlussflächen in einem Winkel zueinander geneigt sind. Dies ermöglicht eine Neigung des Rotorblattes nach "hinten", ohne dass es dazu einer Veränderung am Rotorblatt oder zusätzlicher anderer Bauteile bedürfte.
Zum Ausführen der Drehbewegung des Adapters 1 mit dem Rotorblatt ist im Adapter 1 ein Antrieb 13 in Form eines Getriebemotors befestigt, an dessen Welle ein Ritzel 14 befestigt ist. Das Ritzel 14 greift in eine Innenverzahnung 15 ein, die am Innenring 12 des Lagers 11 angebracht ist. Durch Verdrehen des Ritzels 14 kann daher der Adapter 1 gegenüber der Rotornabe 2 verdreht werden.
Alternativ wäre es auch möglich, den Adapter 1 an der Rotornabe 2 starr zu befestigen und ein entsprechendes Drehlager mit einem Ritzel/Zahnkranz-Antrieb zwischen dem Adapter 1 und dem Rotorblatt vorzusehen. Der Adapter könnte auch zweiteilig ausgeführt sein, indem zwischen den beiden Teilen das Drehlager angeordnet wäre und die beiden Teile jeweils starr mit der Rotornabe 2 und dem Rotoblatt verbunden wären.
An der Innenfläche 16 der Wand 3 des Adapters 1 sind zwei oder vier Messeinrichtungen, z.B. in Form von Dehnungsmessstreifen 17 und 18, befestigt, die Formänderungen der Wand 3 unter Belastung erfassen. An Hand dieser Formänderungen kann mit Hilfe einer Auswerteeinheit bzw. Auswerteelektronik die auf den Adapter wirkende Belastung errechnet werden, die von den Massekräften des Rotorblattes und den auf das Rotorblatt wirkenden Windkräften verursacht wird. Für eine exakte Erfassung der Belastung in einer Ebene sind zwei oder vier Dehnungsmessstreifen 17 und 18 vorgesehen, die jeweils im Winkel von 90° bezüglich der Drehachse des Adapters 1 oder der Anschlussfläche am Ring 5 liegen.
Die Auswerteelektronik ist Teil einer Steuereinheit 19, die ebenfalls im Inneren des Adapters 1 angebracht ist. Als Notstromversorgung kann im Adapter 1 noch eine Batterie oder ein Akku 20 vorgesehen sein, um das Rotorblatt bei einem Stromausfall in die Segelstellung drehen zu können.
Im Anschlussbereich 7 ragt ein Versteifungsflansch 21 in das Innere des Adapters 1, an dem ein Positionssensor 22 befestigt ist. Dieser dient in Verbindung mit einem Positionsschalter 23 zum Bestimmen des Drehwinkels des Adapters 1 und somit des Rotorblattes gegenüber der Rotornabe 2.
Die Steuereinheit 19 ist über eine Steuerleitung 24 mit einer Zentralsteuerung bzw. eine Datenfernübertragungseinheit und über eine Stromleitung 25 mit einer Stromversorgung verbunden. Schließlich ist die Steuereinheit 19 noch über eine oder mehrere Kommunikationsleitungen 26 mit den Steuereinheiten der anderen Rotorblätter bzw. Adapter verbunden.
Die übrigen Teile der Windkraftanlage können auf herkömmliche Weise ausgeführt sein, d.h. die Rotornabe ist an einer Welle angebracht, die über ein Getriebe einen Generator antreibt. Wellenlager, Getriebe und Generator sind in einem Maschinengehäuse aufgenommen, das drehbar auf einem Turm gelagert ist. Da der Aufbau der Windkraftanlage in diese Hinsicht dem Stand der Technik entsprechend ausgeführt sein kann, wird er hier nicht näher beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt.
Zusammenfassend kann ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wie folgt dargestellt werden:
Ein Adapter 1 zum Befestigen von Rotorblättern einer Windkraftanlage an einer Rotornabe 2 einer Rotorwelle der Windkraftanlage, weist einen Anschlussbereich 4 für das Rotorblatt und einen Anschlussbereich 7 für die Rotornabe 2 auf. Am Adapter 1 ist wenigstens eine Messeinrichtung 17, 18 für auf den Adapter 1 wirkende Belastungen angebracht sowie ein Antrieb 13 um das Rotorblatt gegenüber der Rotornabe 2 zu verdrehen.

Claims

Adapter zum Befestigen von Rotorblättern einer Windkraftanlage an einer Rotornabe (2) einer Rotorwelle der Windkraftanlage, mit einem Anschlussbereich (4) für das Rotorblatt und einem Anschlussbereich (7) für die Rotornabe (2), dadurch gekennzeichnet, dass am Adapter (1) wenigstens eine Messeinrichtung (17, 18) für auf den Adapter (1) wirkende Belastungen angebracht ist.
Adapter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (17, 18) ein mit einer Auswerteeinheit (19) verbundener Dehnungsmessstreifen ist.
Adapter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Adapter (1) wenigstens zwei Messeinrichtungen (17, 18) befestigt sind.
Adapter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass er eine im wesentlichen zylinderförmige Wand (3) aufweist, an der die wenigstens eine Messeinrichtung (17, 18) befestigt ist.
Adapter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (1) über ein Drehlager (11) mit der Rotornabe (2) verbindbar ist.
Adapter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (1) über ein Drehlager mit dem Rotorblatt verbindbar ist.
Adapter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (1) zweiteilig ausgeführt ist, und die beiden Teile jeweils starr mit der Rotornabe (2) und dem Rotorblatt verbindbar sind.
Adapter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass am Adapter (1) ein Antrieb (13) angebracht ist, um das Rotorblatt gegenüber der Rotornabe (2) zu verdrehen.
Adapter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Adapter (1) eine Steuereinheit (19) angebracht ist.
Adapter nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (19) mit dem Antrieb (13) verbunden ist.
Adapter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass am Adapter (1) eine Notstromversorgung (20) angebracht ist.
Adapter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der Wand (3) ein Versteifungsflansch (21) angebracht ist, der sich vorzugsweise in das Innere des Adapters (1) erstreckt.
Adapter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussbereich (7) für die Rotornabe (2) gegenüber dem Anschlussbereich (4) für das Rotorblatt geneigt ist.
Windkraftanlage mit an einer Rotornabe (2) drehbar gelagerten Rotorblättern, wobei die Rotornabe (2) über ein Getriebe mit einem Generator verbunden ist, und mit Messeinrichtungen (17, 18), um die Belastung der Rotorblätter zu messen, gekennzeichnet durch Adapter (1) mit den Merkmalen nach einem der Ansprüche 1 bis 13, über welche die Rotorblätter mit der Rotornabe (2) verbunden sind.