Windenergieanlage und Lageranordnung

Die Erfindung betrifft eine Windenergieanlage und eine Lageranordnung, wobei die Windenergieanlage vorzugsweise im Wasser angeordnet ist. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Windenergieanlagen, die auf hoher See beziehungsweise Offshore betrieben werden.

Aus der EP 3 317 530 B1 ist eine schwimmende Windenergieerzeugungsvorrichtung für eine Offshoreinstallation bekannt. Die bekannte Windenergieerzeugungsvorrichtung umfasst einen länglichen Windturbinenkörper, der sich entlang einer Windturbinenkörperlängsachse erstreckt, wobei der Windturbinenkörper einen unteren Körperabschnitt, der sich größtenteils unter einer Wasseroberfläche befindet, wenn die Windenergieerzeugungsvorrichtung in Betrieb ist, und einen oberen Körperabschnitt, der sich größtenteils über der Wasseroberfläche befindet, wenn die Windenergieerzeugungsvorrichtung in Betrieb ist, umfasst. Ferner sind Schaufeln an dem oberen Körperabschnitt befestigt, um Windenergie in Drehung des Windturbinenkörpers um die Windturbinenkörperlängsachse umzuwandeln. Ein Energieumwandler, der an dem Windturbinenkörper befestigt ist, wandelt die Drehung des Windturbinenkörpers in elektrische Energie um. Der Energieumwandler umfasst einen ersten Energieumwandlerabschnitt, der mit dem Turbinenkörper gekoppelt ist, um sich in Reaktion auf den Windturbinenkörper zu drehen, und einen zweiten Energieumwandlerabschnitt, der relativ stationär in Beziehung zu dem Windturbinenkörper bleibt, wobei die entstehende Drehung des ersten Energieumwandlerabschnitts in Beziehung zu dem zweiten Energieumwandlerabschnitt durch den Energieumwandler in elektrische Energie umgewandelt wird. Der Energieumwandler ist mittels einer ersten trennbaren mechanischen Koppelung zwischen dem ersten Energieumwandlerabschnitt und dem unteren Körperabschnitt des Windturbinenkörpers, und einer zweiten trennbaren mechanischen Koppelung zwischen dem ersten Energieumwandlerabschnitt und dem oberen Körperabschnitt des Windturbinenkörpers an dem Windturbinenkörper befestigt. Bei der aus der EP 3 317 530 B1 bekannte schwimmende

Windenergieerzeugungsvorrichtung sind für einen Betrieb die Drehung des Turbinenkörpers, der mit dem ersten Energieumwandlerabschnitt drehtest verbunden ist, relativ zu dem zweiten Energieumwandlerabschnitt zu gewährleisten. Es ist denkbar, dass hierfür Kugellager zum Einsatz kommen, die aber kostspielig sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lageranordnung für eine Windenergieanlage und eine Windenergieanlage anzugeben, die verbessert ausgestaltet sind und die insbesondere kostengünstig hergestellt werden können und/oder einen zuverlässigen Betrieb gewährleisten.

Die Aufgabe wird durch eine Lageranordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und durch eine Windenergieanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Aufgabe wird durch eine Lageranordnung für eine Windenergieanlage, insbesondere eine im Wasser angeordnete Windenergieanlage, mit zumindest einem Gleitlager und einem zentralen Anlagenkörper gelöst, wobei eine Rotationsachse des Gleitlagers vorgegeben ist, die im Betrieb zumindest näherungsweise in Bezug auf eine vertikale Orientierung ausgerichtet ist, wobei sich der zentrale Anlagenkörper entlang der Rotationsachse erstreckt und wobei das Gleitlager zumindest eine Gleitfläche aufweist, an der eine Abstützung des zentralen Anlagenkörpers in einer axialen Richtung entlang der Rotationsachse des Gleitlagers ermöglicht ist.

Ferner wird die Aufgabe durch eine Windenergieanlage, die insbesondere für einen Betrieb auf offener See dient, mit zumindest einer solchen Lageranordnung gelöst.

Der Begriff Anlagenkörper ist breit zu verstehen. Insbesondere kann darunter ein Körper der Windenergieanlage verstanden werden. Der Anlagenkörper kann bei einer bevorzugten Ausgestaltung unmittelbar an einer Lagerschale des Gleitlagers anliegen. Der Anlagenkörper kann bei einer anderen bevorzugten Ausgestaltung aber auch lediglich mittelbar an einer Lagerschale des Gleitlagers abgestützt sein. Vorteilhaft ist es, dass sich der zentrale Anlagenkörper entlang der Rotationsachse des Gleitlagers durch das Gleitlager erstreckt. Dadurch kann ein besonders vorteilhaftes Gleitlager für eine Windenergieanlage realisiert werden. Speziell kann sich bei dieser Ausgestaltung ein ein- oder mehrteiliger zentraler Anlagenkörper durch das Gleitlager erstrecken. Dadurch kann der zentrale Anlagenkörper im Betrieb zum Teil ober einer Wasserlinie beziehungsweise Wasseroberfläche und zum Teil unter der Wasserlinie beziehungsweise Wasseroberfläche angeordnet sein. Die Wasserlinie kann an dem zentralen Anlagenkörper durch eine horizontale Linie oder dergleichen markiert sein. Die Wasseroberfläche befindet sich nach einer Installation der Windenergieanlage im Wasser dann zumindest näherungsweise an der Wasserlinie.

Vorteilhaft ist es, dass der zentrale Anlagenkörper zumindest teilweise als Schwimmkörper ausgebildet ist und/oder dass der zentrale Anlagenkörper zumindest ein Stabilisierungsgewicht aufweist, das an einem sich in der axialen Richtung befindenden Ende des zentralen Anlagenkörpers angeordnet ist. Hierdurch kann eine frei schwimmende Windenergieanlage realisiert werden.

Vorteilhaft ist es, dass die axiale Richtung im Betrieb nach unten zeigt. Hierdurch ist eine vorteilhafte Abstützung des zentralen Anlagenkörpers über das Gleitlager möglich.

Vorteilhaft ist es, dass der zentrale Anlagenkörper so ausgestaltet ist, dass das Gleitlager im Betrieb der Windenergieanlage über einer an dem zentralen Anlagenkörper vorgegebenen Wasserlinie angeordnet ist. Dadurch wird eine Abdichtung des Gleitlagers erleichtert.

Vorteilhaft ist es, dass ein Generator vorgesehen ist und dass ein Rotor des Generators zumindest drehfest mit dem zentralen Anlagenkörper verbunden ist. Dadurch kann in vorteilhafter Weise eine Rotation beziehungsweise Drehung des zentralen Anlagenkörpers, die durch mit dem zentralen Anlagenkörper zumindest mittelbar verbundene Windblätter vermittelt ist, in elektrische Energie umgesetzt werden.

Vorteilhaft ist es, dass ein Stator des Generators im Betrieb zumindest näherungsweise ortsfest bezüglich einem Boden, insbesondere einem Meeresboden, angeordnet ist. Dadurch kann eine vorteilhafte Umsetzung der Rotationsenergie in elektrische Energie erfolgen und in vorteilhafter Weise ein hoher Wirkungsgrad erzielt werden.

Vorteilhaft ist es, dass ein Stator des Generators in einem Generatorgehäuse angeordnet ist, dass das Generatorgehäuse mit einem Generatorboden verbunden ist und dass der Generatorboden im Betrieb über zumindest ein Zugmittel ortsfest mit einem Boden, insbesondere einem Meeresboden, verbunden ist. Somit kann die Windenergieanlage schwimmend angeordnet werden und zumindest näherungsweise an ihrem Ort gehalten werden, wobei zugleich eine gewisse Einschränkung eines Rotationsfreiheitsgrades des Stators um die Rotationsachse des Gleitlagers erzielt ist. Hierbei kann ein einziges Zugmittel ausreichen.

Vorteilhaft ist es, dass ein Regen- und/oder Spritzwasserschutz vorgesehen ist und dass der Regen- und/oder Spritzwasserschutz radial innen zu dem zentralen Anlagenkörper abschließt und radial außen das Generatorgehäuse überdeckt. Hierdurch kann in besonders vorteilhafter weise insbesondere eine Schutz des Gleitlagers und gegebenenfalls eines Ölreservoirs gegen eindringendes Wasser, insbesondere Regen- oder Meereswasser, erreicht werden.

Vorteilhaft ist es, dass der Regen- und/oder Spritzwasserschutz das Generatorgehäuse radial außen parallel zu der axialen Richtung nach unten umgreift. Hierdurch kann in einfacher Weise ein zuverlässiger Schutz erzielt werden. Dadurch können spezielle Dichtungen entfallen oder in vereinfachter weise ausgeführt werden. Dies kann auch die Funktionsweise des Generators, insbesondere einen Wirkungsgrad der Energiegewinnung, verbessern.

Vorteilhaft ist es, dass das Gleitlager mit einem Ölreservoir verbunden ist und dass die zumindest eine Gleitfläche durch Schmieröl aus dem Ölreservoir geschmiert ist. Das Ölreservoir kann das Gleitlager hierbei in einer Umfangsrichtung betrachtet abschnittsweise oder durchgehend umschließen. Hierdurch kann eine besonders zuverlässige Schmierung erzielt werden. Dies wirkt sich positiv auf eine Lebensdauer, eine Wartungsfreiheit beziehungsweise eine Dauer von Wartungsintervallen und auf einen Wirkungsgrad der Energiegewinnung aus. Vorteilhaft ist es, dass zumindest eine Gleitfläche des Gleitlagers als axiale Gleitfläche ausgestaltet ist und/oder dass das Gleitlager zumindest eine weitere Gleitfläche aufweist, die als kegelförmige Gleitfläche ausgestaltet ist und/oder die eine axiale Abstützung des zentralen Anlagenkörpers entgegen der axialen Richtung und/oder eine radiale Abstützung des zentralen Anlagenkörpers bezüglich der Rotationsachse ermöglicht. Hierdurch können je nach Ausgestaltung insbesondere die auftretenden Kräfte und Kippmomente in zuverlässiger Weise aufgenommen werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine Windenergieanlage mit einem als Gleitlager ausgebildeten Lager entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel in einer stark vereinfachten, schematischen Darstellung, wobei ein Betrieb im Wasser, insbesondere auf offener See, veranschaulicht ist;

Fig. 2 eine auszugsweise, schematische Darstellung einer Lageranordnung mit Elementen der in Fig. 1 gezeigten Windenergieanlage entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei insbesondere das Gleitlager, ein an dem Gleitlager abgestützter zentraler Anlagenkörper und ein Generator in einer geschnittenen Darstellung gezeigt sind; und

Fig. 3 die in Fig. 2 gezeigte Lageranordnung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Fig. 1 zeigt eine Windenergieanlage 1 mit einer Lageranordnung 2 entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel in einer stark vereinfachten, schematischen Darstellung, wobei ein Betrieb im Wasser veranschaulicht ist. Die Windenergieanlage 1 ist bei dieser besonders bevorzugten Ausgestaltung als eine im Wasser angeordnete Windenergieanlage 1 ausgebildet. Insbesondere erfolgt der Betrieb auf offener See.

Die Ausgestaltung der Windenergieanlage 1 und der Lageranordnung 2 des ersten Ausführungsbeispiels ist auch in Bezug auf die Fig. 2 beschrieben. Fig. 2 zeigt hierbei eine auszugsweise, schematische Darstellung der Lageranordnung 2 mit Elementen der in Fig. 1 gezeigten Windenergieanlage 1 entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel.

Die Lageranordnung 2 weist ein als Gleitlager 3 ausgebildetes Lager 3 auf. Ferner weist die Lageranordnung 2 einen zentralen Anlagenkörper 4 auf. Das Gleitlagers 3 ist vorzugsweise so angeordnet, dass die Rotationsachse 5 des Gleitlagers 3 vertikal orientiert ist. Der zentrale Anlagenkörper 4 erstreckt sich entlang der Rotationsachse 5. Der zentrale Anlagenkörper 4 und die Rotationsachse sind im Betrieb somit zumindest näherungsweise in Bezug auf eine vertikale Orientierung 6 ausgerichtet.

Der zentrale Anlagenkörper 4 ist zumindest teilweise als Schwimmkörper 8 ausgebildet. Ferner weist der zentrale Anlagenkörper 4 ein Stabilisierungsgewicht 9 aufweist. Das Stabilisierungsgewicht 9 befindet sich in diesem Ausführungsbeispiel an einem sich in der axialen Richtung 7 befindenden Ende 10 des zentralen Anlagenkörpers 4, wobei die axiale Richtung 7 im Betrieb nach unten zeigt.

Die Windenergieanlage 1 weist Windblätter (Windschaufeln) 12, 13, 14 auf, die über sich radial zu der Rotationsachse 5 erstreckende Befestigungselemente 15, insbesondere Befestigungsstangen 15, mit dem zentralen Anlagenkörper 4 verbunden sind. Zur Vereinfachung der Darstellung ist hierbei nur ein Befestigungselement 15 gekennzeichnet. Wind wirkt auf die Windblätter 12, 13, 14 ein. Die Windblätter 12, 13, 14 sind so geformt und angeordnet, dass unabhängig von der Windrichtung dadurch eine Rotation des zentralen Anlagenkörpers 4 um die Rotationsachse 5 verursacht wird. Die Anzahl und Anordnung der Windblätter 12, 13, 14 sind so gewählt, dass eine kontinuierliche Drehung ermöglicht ist und die Windblätter 12, 13, 14 für einen möglichst gleichmäßigen Antrieb bezüglich der Rotationsachse 5 paarweise den gleichen Winkelabstand aufweisen.

Der zentrale Anlagenkörper 4 ist so ausgestaltet ist, dass das Gleitlager 3 im Betrieb der Windenergieanlage 1 über einer an dem zentralen Anlagenkörper 4 vorgegebenen Wasserlinie 11 angeordnet ist. Das Gleitlager 3 weist eine Gleitfläche 20 aufweist, an der eine Abstützung des zentralen Anlagenkörpers 4 in einer axialen Richtung 7 entlang der Rotationsachse 5 des Gleitlagers 3 erfolgt. Zur Umwandlung der Windenergie in elektrische Energie ist ein Generator 21 vorgesehen. Der Generator 21 weist einen Rotor 22 auf, der drehtest mit dem zentralen Anlagenkörper 4 verbunden ist. Ferner ist ein Stator 23 des Generators 21 näherungsweise ortsfest bezüglich einem Boden 25 angeordnet. Bei dem Boden 25 kann es sich um einen Meeresboden 25 handeln. Der Stator 23 des Generators 21 ist hierfür in diesem Ausführungsbeispiel in einem Generatorgehäuse 24 angeordnet, das mit einem Generatorboden 27 verbunden ist. Das Generatorgehäuse 24 kann hierbei als Statorgehäuse 24 ausgebildet sein. Der Generatorboden 27 ist dann über Zugmittel 28, 29 ortsfest mit dem Boden 25 verbunden. Der Rotor 22 kann als permanent erregter Rotor 22 ausgebildet sein. Der Rotor 22 kann aber beispielsweise auch als fremd erregter Rotor 22 ausgebildet sein. Der Stator 23 kann dann elektrische Generatorwicklungen aufweisen. Somit wird eine vorteilhafte Erzeugung von elektrischer Energie aus der Windenergie ermöglicht.

Das Gleitlager 3 weist Lagerschalen 30, 31, 32 auf. Die Lagerschale 30 ist über die Gleitfläche 20 an der Lagerschale 31 abgestützt. Der zentrale Anlagenkörper 4 ist zumindest mittelbar an der Lagerschale 30 abgestützt. Außerdem ist die Lagerschale 30 über eine weitere Gleitfläche 45 an der Lagerschale 32 abgestützt.

Ferner ist ein Ölreservoir 40 vorgesehen, das das Gleitlager radial in einer Umfangsrichtung umgibt und vorzugsweise umschließt. Das Gleitlager 3 ist mit dem Ölreservoir 40 verbunden. Die Gleitfläche 20 wird über die Lebensdauer oder zumindest zwischen Wartungsintervallen zuverlässig durch Schmieröl 41 aus dem Ölreservoir 40 geschmiert. Ferner wird auch die weitere Gleitfläche 45 in entsprechender Weise aus dem Ölreservoir 40 geschmiert.

Fig. 3 zeigt die in Fig. 2 gezeigte Lageranordnung 2 entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel. Der zentrale Anlagenkörper 4 erstreckt sich entlang der Rotationsachse 5 des Gleitlagers 3 durch das Gleitlager 3 hindurch. Dadurch ist eine besonders vorteilhaft Ausgestaltung des zentralen Anlagenkörpers 4 möglich.

Außerdem ist ein Regen- und/oder Spritzwasserschutz 35 vorgesehen. Ein vorzugsweise Kreisring-förmiger Teil 36 des Regen- und/oder Spritzwasserschutzes 35 schließt radial innen zu dem zentralen Anlagenkörper 4 ab. Ferner überdeckt ein vorzugsweise bezüglich der Rotationsachse 5 rotationssymmetrische ausgestalteter Teil 37 des Regen- und/oder Spritzwasserschutzes 35 radial außen das Generatorgehäuse 24. Speziell kann der Teil 37 das Generatorgehäuse 24 radial außen parallel zu der axialen Richtung 7 nach unten umgreifen.

Ein Bund 38 des Regen- und/oder Spritzwasserschutzes 35, der an dem Teil 37 ausgestaltet ist, ragt zu einer Zylindermantel-förmigen Außenseite 42 des Generatorgehäuses 24. Der Bund 38 ist als radial nach innen gerichteter Bund 38 an dem Teil 37 des Regen- und/oder Spritzwasserschutzes 35 ausgestaltet .

Vorzugsweise besteht zwischen dem Bund 38 und einer vorzugsweise Zylindermantelförmigen Außenseite 42 des Generatorgehäuses 24 ein Ringspalt 39.

In diesem Ausführungsbeispiel ist die Gleitfläche 20 des Gleitlagers 3 als rein axiale Gleitfläche 20 ausgestaltet. An der Gleitfläche 20 erfolgt eine axiale Abstützung des zentralen Anlagenkörpers 4 entgegen der axialen Richtung 7. Das Gleitlager 3 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel eine weitere Gleitfläche 45, die als kegelförmige Gleitfläche 45 ausgestaltet ist. An der weiteren Gleitfläche 45 erfolgt eine axiale Abstützung des zentralen Anlagenkörpers 4 entgegen der axialen Richtung 7 und zugleich eine radiale Abstützung des zentralen Anlagenkörpers 4 bezüglich der Rotationsachse 5. Somit wird eine besonders vorteilhafte Lagerung des zentralen Anlagenkörpers 4 an dem Gleitlager 3 erzielt.

Das Gleitlager 3 kann als hydrostatisches und/oder dynamisches Momentenlager dienen. Der zentrale Anlagenkörper 4 kann die Funktion eines Maschinenrotors (Generatorrotors) realisieren.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.