Title:
Statorelement für einen Stromerzeuger einer Windenergieanlage
Kind Code:
A1


Abstract:

Statorelement (1) für einen Stromerzeuger einer Windenergieanlage, wobei das Statorelement (1) wenigstens ein Elektrizitätsleiterelement (2) und wenigstens ein Stützelement (3) zum Stützen von wenigstens einem Elektrizitätsleiterelement (2) und wenigstens ein Schmiermittel (4), das an Reibungsflächen zwischen dem oder wenigstens einem Elektrizitätsleiterelement (2) und dem oder wenigstens einem Stützelement (3), das das wenigstens eine Elektrizitätsleiterelement (2) stützt, bereitgestellt wird, umfasst, wobei das wenigstens eine Schmiermittel (4) fähig ist, Reibungswirkungen aufgrund von relativen Bewegungen des wenigstens einen Elektrizitätsleiterelements (2) und des wenigstens einen Stützelements (3) zu reduzieren.




Inventors:
Kumar, Shravan (Brande, DK)
Application Number:
DE102015201955A
Publication Date:
08/04/2016
Filing Date:
02/04/2015
Assignee:
Siemens Aktiengesellschaft, 80333 (DE)
International Classes:



Claims:
1. Statorelement (1) für einen Stromerzeuger einer Windenergieanlage, wobei das Statorelement (1) wenigstens ein Elektrizitätsleiterelement (2) und wenigstens ein Stützelement (3) zum Stützen des wenigstens einen Elektrizitätsleiterelements (2) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Schmiermittel (4) wenigstens an Reibungsflächen zwischen dem oder wenigstens einem Elektrizitätsleiterelement (2) und dem oder wenigstens einem Stützelement (3), das das wenigstens eine Elektrizitätsleiterelement (2) stützt, bereitgestellt wird, wobei das wenigstens eine Schmiermittel (4) fähig ist, Reibungswirkungen aufgrund von relativen Bewegungen des wenigstens einen Elektrizitätsleiterelements (2) und des wenigstens einen Stützelements (3) zu reduzieren.

2. Statorelement nach dem Anspruch 1, wobei das Schmiermittel (4) als Grundmaterial bereitgestellt wird, das zwischen dem oder wenigstens einem Elektrizitätsleiterelement (2) und dem oder wenigstens einem Stützelement (3) eingebracht wird.

3. Statorelement nach dem Anspruch 1 oder 2, wobei das Schmiermittel (4) als eine Schicht eines Schmierstoffs und/oder wenigstens einen Schmierstoff umfassend bereitgestellt wird, wobei die Schicht wenigstens teilweise auf wenigstens einer Reibungsfläche wenigstens eines Elektrizitätsleiterelements (2) und/oder wenigstens eines Stützelements (3) bereitgestellt wird.

4. Statorelement nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche 2, wobei das Schmiermittel (4) innerhalb wenigstens eines Stützelementmaterials, das das wenigstens eine Stützelement (3) bildet, integriert ist.

5. Statorelement nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, wobei das Schmiermittel (4) aus einem Schmierstoff gebildet ist oder wenigstens einen Schmierstoff umfasst.

6. Statorelement nach dem Anspruch 5, wobei der Schmierstoff ein Fluorpolymer, insbesondere Polytetrafluorethylen, oder ein gummiähnliches Material ist.

7. Statorelement nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, wobei das oder wenigstens ein Stützelement (3) eine klammerartige geometrische Form umfasst.

8. Statorelement nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, wobei das Elektrizitätsleiterelement (2) wenigstens teilweise mittels wenigstens einer Elektroisolierungsvorrichtung (5) elektrisch isoliert ist.

9. Statorelement nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, wobei das Statorelement (1) ein Umfangssegment eines umlaufend segmentierten zylindrischen Stators oder ein vollständiger zylindrischer Stator ist.

10. Stromerzeuger für eine Windenergieanlage, wobei der Stromerzeuger einen Rotor und einen Stator umfasst, wobei der Stator wenigstens ein Statorelement (1) nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche umfasst.

11. Windenergieanlage, die wenigstens einen Stromerzeuger nach dem Anspruch 10 umfasst.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Statorelement für einen Stromerzeuger einer Windenergieanlage, wobei das Statorelement wenigstens ein Elektrizitätsleiterelement und wenigstens ein Stützelement zum Stützen des wenigstens einen Elektrizitätsleiterelements umfasst.

Im Stand der Technik sind jeweilige Statorelemente für einen Stromerzeuger einer Windenergieanlage bekannt. Um während des Betriebs innerhalb des Statorelements generierte elektrische Leistung zu erlangen, werden Elektrizitätsleiterelemente, z. B. Sammelschienenelemente, üblicherweise in Form von Sammelschienenanordnungen oder diese enthaltend, bereitgestellt. Die jeweiligen Elektrizitätsleiterelemente werden von Stützelementen gestützt.

Hinsichtlich des Stützens jeweiliger Elektrizitätsleiterelemente stellen Abrieb- und Reibungswirkungen zwischen reibungsaktiven Kontaktflächen jeweiliger Elektrizitätsleiterelemente und jeweiliger Stützelemente, die jeweilige Elektrizitätsleiterelemente stützen, ein bekanntes Problem dar. Die jeweiligen Abrieb- und Reibungswirkungen sind typisch und werden von relativen Bewegungen jeweiliger Elektrizitätsleiterelemente und jeweiliger Stützelemente verursacht, die durch inhärente thermische Lasten und/oder Vibrationslasten des Statorelements während des Betriebs der Windenergieanlage entstehen.

Es ist Zweck der Erfindung, ein Statorelement hinsichtlich Abrieb- und Reibungswirkungen zwischen reibungsaktiven Kontaktflächen jeweiliger Elektrizitätsleiterelemente und jeweiliger Stützelemente, die jeweilige Elektrizitätsleiterelemente stützen, zu verbessern.

Dieser Zweck wird durch ein Statorelement für einen Stromerzeuger einer Windenergieanlage erreicht, wobei das Statorelement wenigstens ein Elektrizitätsleiterelement und wenigstens ein Stützelement zum Stützen von wenigstens einem Elektrizitätsleiterelement umfasst, gekennzeichnet durch wenigstens ein Schmiermittel, das wenigstens an Reibungsflächen zwischen dem oder wenigstens einem Elektrizitätsleiterelement und dem oder wenigstens einem Stützelement, das das wenigstens eine Elektrizitätsleiterelement stützt, bereitgestellt wird, und das wenigstens eine Schmiermittel fähig ist, Reibungswirkungen aufgrund von relativen Bewegungen des wenigstens einen Elektrizitätsleiterelements und des wenigstens einen Stützelements zu reduzieren.

Gemäß der Erfindung wird wenigstens ein Schmiermittel, das fähig ist, Reibungswirkungen aufgrund von relativen Bewegungen des wenigstens einen Elektrizitätsleiterelements und des wenigstens einen Stützelements zu reduzieren, wenigstens teilweise zwischen Reibungs(-aktiven)-Oberflächen zwischen dem oder wenigstens einem Elektrizitätsleiterelement und dem oder wenigstens einem Stützelement, das das wenigstens eine Elektrizitätsleiterelement stützt, bereitgestellt. Wie oben aufgeführt sind die jeweiligen Abrieb- und Reibungswirkungen typisch und werden von relativen Bewegungen jeweiliger Elektrizitätsleiterelemente und jeweiliger Stützelemente verursacht, die durch inhärente thermische Lasten und/oder Vibrationslasten des Statorelements während des Betriebs der Windenergieanlage entstehen.

Das Schmiermittel umfasst und/oder liefert Schmierungsverhalten und/oder -eigenschaften und ermöglicht somit eine Reduzierung von Abrieb- und Reibungswirkungen zwischen reibungsaktiven Kontaktflächen jeweiliger Elektrizitätsleiterelemente und jeweiliger Stützelemente, so dass durch Abrieb- und Reibungswirkungen verursachte Schäden jeweiliger Elektrizitätsleiterelemente und jeweiliger Stützelemente verhindert oder wenigstens reduziert werden. Somit führen relative Bewegungen jeweiliger Elektrizitätsleiterelemente und jeweiliger Stützelemente, die durch inhärente thermische Lasten und/oder Vibrationslasten des Statorelements während des Betriebs der Windenergieanlage entstehen, nicht zu Abrieb- und/oder Reibungsschäden, so dass jeweilige relative Bewegungen jeweiliger Elektrizitätsleiterelemente und jeweiliger Stützelemente im Sinne von Abrieb und/oder Reibung nicht mehr als problematisch anzusehen sind.

Jeweilige Elektrizitätsleiterelemente können beispielsweise Elektrizitätssammelschienen sein oder solche umfassen. Jeweilige Sammelschienenelemente dienen üblicherweise dazu, Elektrobauteile des Statorelements, z. B. Statorspulen oder -wicklungen, mit wenigstens einem weiteren Elektrobauteil der Windenergieanlage zu verbinden. Mit anderen Worten dienen jeweilige Sammelschienenelemente üblicherweise dazu, elektrische Leistung aus dem Stromerzeuger zu ziehen. Darüber hinaus können jeweilige Elektrizitätsleiterelemente Statorspulen oder Wicklungen des Statorelements sein oder solche umfassen.

Jeweilige Elektrizitätsleiterelemente können wenigstens teilweise mittels wenigstens einer Elektroisolierungsvorrichtung elektrisch isoliert sein. Elektroisolierung jeweiliger Elektrizitätsleiterelemente kann bereitgestellt werden, indem das Elektrizitätsleiterelement in einem elektrisch isolierenden Matrixmaterial, beispielsweise einem keramischen Matrixmaterial oder einem Polymer-Matrixmaterial wie einem Epoxidmaterial, eingebettet wird oder indem ein elektrisch isolierendes Material, zum Beispiel ein Streifen elektrisch isolierender Fasern wie Keramikfasern oder Glasfasern, um das Elektrizitätsleiterelement gewickelt wird. Das um die Elektrizitätsleiterelemente gewickelte Elektroisolierungsmaterial kann in einem Elektroisolierungsmaterial, z. B. einem Polymermaterial wie einem Epoxidmaterial, eingebettet oder mit diesem imprägniert sein.

Da das Schmiermittel zudem ein gewisses Dämpfen mechanischer Vibrationen ermöglichen kann, ermöglicht das Prinzip gemäß der Erfindung, gleichzeitig relative Bewegungen jeweiliger Elektrizitätsleiterelemente und jeweiliger Stützelemente aufzunehmen, Abriebverschleiß und/oder Reibungsverschleiß zu minimieren und mechanische Vibrationen zu dämpfen.

Schmierungsverhalten und/oder -eigenschaften des Schmiermittels entstehen aus den Struktureigenschaften des Schmiermittels. Üblicherweise ist das Schmiermittel aus einem Schmierstoff gebildet oder umfasst wenigstens einen Schmierstoff. Geeignete Schmierstoffe sind Fluorpolymere, insbesondere Polytetrafluorethylen (PTFE), auch unter dem Markenzeichen Teflon bekannt, oder gummiähnliche Materialien wie zum Beispiel Silikone. Fluorpolymere zeigen gutes Gleitverhalten und/oder Gleiteigenschaften und sind somit für die Zwecke des Schmiermittels angemessen. Darüber hinaus sind Fluorpolymere in hohem Maß chemisch beständig und temperaturbeständig und somit für eine Anwendung in Stromerzeugern von Windenergieanlagen geeignet. Außerdem ermöglichen Fluorpolymere ein gewisses Dämpfen mechanischer Vibrationen und haften nicht an jeweiligen Matrixmaterialien wie Epoxidmaterial. Und Fluorpolymere sind einfach zu handhaben und als Massenerzeugnis verfügbar.

Das oder wenigstens ein Schmiermittel kann als Beschichtung oder Schicht aus einem Schmierstoff und/oder als Beschichtung oder Schicht, die wenigstens einen Schmierstoff umfasst, bereitgestellt werden, wobei die Beschichtung oder Schicht wenigstens teilweise auf wenigstens einer Reibungs(-aktiven)-Oberfläche von wenigstens einem Elektrizitätsleiterelement und/oder auf wenigstens einer Reibungs(-aktiven)-Oberfläche von wenigstens einem Stützelement bereitgestellt werden kann.

Grundsätzlich sind alle Arten an chemischen und/oder physikalischen Aufbringverfahren anwendbar, um eine jeweilige Beschichtung oder Schicht auf wenigstens einer Reibungs(-aktiven)-Oberfläche von wenigstens einem Elektrizitätsleiterelement und/oder auf wenigstens einer Reibungs(-aktiven)-Oberfläche von wenigstens einem Stützelement bereitzustellen. Die Dicke der Beschichtung oder Schicht kann beispielsweise in einem Bereich von 10 μm bis 2 cm liegen. Gemäß dieser Ausführungsform ist das Schmiermittel eine eigenständige Komponente.

Weiterhin kann das oder wenigstens ein Schmiermittel als Grundmaterial bereitgestellt werden, das zwischen dem oder wenigstens einem Elektrizitätsleiterelement und dem oder wenigstens einem Stützelement, d. h. zwischen Reibungs(-aktiven)-Oberflächen des oder wenigstens eines Elektrizitätsleiterelements und des oder wenigstens eines Stützelements, eingebracht ist. Gemäß dieser Ausführungsform ist das Schmiermittel eine eigenständige Komponente.

Weiterhin kann das oder wenigstens ein Schmiermittel innerhalb wenigstens eines Stützelementmaterials, das das oder wenigstens ein Stützelement bildet, integriert sein. Somit kann das Stützelement aus wenigstens einem Schmierstoff und/oder das Stützelement bildendem Stützelementmaterial gebildet sein. Zusätzlich kann ein jeweiliges Stützelementmaterial wenigstens einen Schmierstoff umfassen. Insbesondere kann ein Schmierstoff mit der Oberfläche oder Oberflächenanteilen des wenigstens einen Stützelements bereitgestellt werden. Gemäß dieser Ausführungsform ist das Schmiermittel keine eigenständige Komponente, sondern ist innerhalb wenigstens eines Stützelements integriert.

Das oder wenigstens ein Stützelement kann eine klammerartige geometrische Form aufweisen. Die klammerartige Form ermöglicht eine gemeinschaftliche Unterstützung eines Sammelschienenelements. Üblicherweise wird die Form des Stützelements an die Form des zu stützenden Elektrizitätsleiterelements angepasst, um eine zuverlässige Stütze zu realisieren. In jedem Fall ermöglicht die Stütze relative Bewegungen jeweiliger Elektrizitätsleiterelemente und jeweiliger Stützelemente.

Das Statorelement kann ein Umfangssegment eines umlaufend segmentierten zylindrischen Stators oder ein vollständig zylindrischer Stator sein. Ein Bereitstellen jeweiliger Statorsegmente als Umfangssegmente, die angepasst sind, um zusammengefügt den Stator zu bilden, bietet hinsichtlich Handhabung und Transport der Statorsegmente Vorteile. Selbstverständlich kann ein jeweiliges Statorsegment ebenso als vollständiger zylindrischer Stator bereitgestellt werden.

Die Erfindung betrifft zudem einen Stromerzeuger für eine Windenergieanlage. Der Stromerzeuger umfasst einen Rotor und einen Stator, wobei der Stator wenigstens ein wie obenstehend spezifiziertes Statorelement umfasst. Alle Anmerkungen hinsichtlich des Statorsegments gelten auch für den Stromerzeuger.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Windenergieanlage, die einen wie obenstehend spezifizierten Stromerzeuger umfasst. Somit gelten alle Anmerkungen hinsichtlich des Stromerzeugers auch für die Windenergieanlage.

Nachstehend wird die Erfindung bezugnehmend auf spezifische Ausführungsformen und bezugnehmend auf Figuren ausführlich beschrieben, wobei für die Figuren Folgendes gilt:

1, 2 zeigen jeweils eine Prinzipzeichnung eines Statorelements gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.

1 zeigt eine Prinzipzeichnung eines Statorelements 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.

Das Statorelement 1 kann ein Umfangssegment eines umlaufend segmentierten zylindrischen Stators (nicht dargestellt) eines Stromerzeugers (nicht dargestellt) einer Windenergieanlage (nicht dargestellt) sein.

Das Statorelement 1 umfasst mehrere Elektrizitätsleiterelemente 2, z. B. Elektrizitätssammelschienenelemente, die dazu dienen, Elektrobauteile, z. B. Statorspulen oder -wicklungen (nicht dargestellt), des Statorelements 1 mit wenigstens einem weiteren Elektrobauteil der Windenergieanlage zu verbinden, sowie klammerartige Stützelemente 3 zum Stützen jeweiliger Elektrizitätsleiterelemente 2. 1 zeigt den beispielhaften Fall eines Elektrizitätsleiterelements 2 und zweier Stützelemente 3.

Das Elektrizitätsleiterelement 2 kann wenigstens teilweise mittels wenigstens einer Elektroisolierungsvorrichtung 5 elektrisch isoliert sein. Elektroisolierung des Elektrizitätsleiterelements 2 kann bereitgestellt werden, indem das Elektrizitätsleiterelement 2 in einem elektrisch isolierenden Matrixmaterial, beispielsweise einem keramischen Matrixmaterial oder einem Polymer-Matrixmaterial wie einem Epoxidmaterial, eingebettet wird oder indem ein elektrisch isolierendes Material, zum Beispiel ein Streifen elektrisch isolierender Fasern wie Keramikfasern oder Glasfasern, um das Elektrizitätsleiterelement 2 gewickelt wird. Das um das Elektrizitätsleiterelement 2 gewickelte Elektroisolierungsmaterial kann in einem Elektroisolierungsmaterial, z. B. einem Polymermaterial wie einem Epoxidmaterial, eingebettet oder mit diesem imprägniert sein.

Wie aus 1 ersichtlich ist, werden Schmiermittel 4, die fähig sind, Reibungswirkungen aufgrund von relativen Bewegungen des Elektrizitätsleiterelements 2 und des Stützelements 3 zu reduzieren, zwischen Reibungs(-aktiven)-Oberflächen zwischen dem Elektrizitätsleiterelement 2 und den Stützelementen 3, die das Elektrizitätsleiterelement 2 stützen, bereitgestellt.

Die Schmiermittel 4 umfassen und/oder liefern Schmierungsverhalten und/oder -eigenschaften und ermöglichen somit eine Reduzierung von Abrieb- und Reibungswirkungen zwischen reibungsaktiven Kontaktflächen des Elektrizitätsleiterelements 2 und jeweiliger Stützelemente 3, so dass durch Abrieb- und Reibungswirkungen verursachte Schäden des Elektrizitätsleiterelements 2 und jeweiliger Stützelemente 3 verhindert oder wenigstens reduziert werden. Somit führen relative Bewegungen des Elektrizitätsleiterelements 2 und jeweiliger Stützelemente 3, die durch inhärente thermische Lasten und/oder Vibrationslasten des Statorelements 1 während des Betriebs der Windenergieanlage entstehen, nicht zu Abrieb- und/oder Reibungsschäden, so dass jeweilige relative Bewegungen des Elektrizitätsleiterelements 2 und jeweiliger Stützelemente 3 im Sinne von Abrieb und/oder Reibung nicht problematisch sind.

Da das Schmiermittel 4 zudem ein gewisses Dämpfen mechanischer Vibrationen ermöglichen kann, ermöglicht das Schmiermittel 4, gleichzeitig relative Bewegungen jeweiliger Elektrizitätsleiterelemente 2 und jeweiliger Stützelemente 3 aufzunehmen, Abriebverschleiß und/oder Reibungsverschleiß zu minimieren und mechanische Vibrationen zu dämpfen.

Schmierungsverhalten und/oder -eigenschaften des Schmiermittels 4 entstehen aus den Struktureigenschaften des Schmiermittels 4. Gemäß den in der Figur abgebildeten Ausführungsformen wird das Schmiermittel 4 aus einem Schmierstoff gebildet oder umfasst wenigstens einen Schmierstoff, d. h. einen Fluorpolymer, insbesondere Polytetrafluorethylen (PTFE).

Fluorpolymere zeigen gutes Gleitverhalten und/oder Gleiteigenschaften und sind somit für die Zwecke des Schmiermittels 4 angemessen. Darüber hinaus sind Fluorpolymere in hohem Maß chemisch beständig und temperaturbeständig und somit für eine Anwendung in Stromerzeugern von Windenergieanlagen geeignet. Außerdem ermöglichen Fluorpolymere ein gewisses Dämpfen mechanischer Vibrationen und haften nicht an jeweiligen Matrixmaterialien wie Epoxidmaterialien. Und Fluorpolymere sind einfach zu handhaben und als Massenerzeugnis verfügbar.

Gemäß der Ausführungsform in 1 werden die Schmiermittel 4 als Grundmaterial bereitgestellt, das zwischen dem Elektrizitätsleiterelement 2 und dem Stützelement 3, d. h. zwischen Reibungs(-aktiven)-Oberflächen des Elektrizitätsleiterelements 2 und der Stützelemente 3, eingebracht wird. Somit sind die Schmiermittel 4 als hinsichtlich der Elektrizitätsleiterelemente 2 und der Stützelemente 3 als eigenständige Komponenten anzusehen.

Wie aus 2 ersichtlich ist, kann das Schmiermittel 4 innerhalb wenigstens eines Stützelementmaterials, das die Stützelemente 3 bildet, integriert sein. Somit sind die Stützelemente 3 aus wenigstens einem Schmierstoff gebildet. Zusätzlich können jeweilige Stützelementmaterialien, die die Stützelemente 3 bilden, wenigstens einen Schmierstoff umfassen. Insbesondere kann ein Schmierstoff mit der Oberfläche oder Oberflächenanteilen des wenigstens einen Stützelements 3 bereitgestellt werden. Somit ist das Schmiermittel 4 keine eigenständige Komponente, sondern ist in den jeweiligen Stützelementen 3 integriert.

Obwohl dies in der Figur nicht dargestellt ist, kann das Schmiermittel 4 auch als Beschichtung oder Schicht eines Schmierstoffs bereitgestellt werden, wobei die Beschichtung oder Schicht wenigstens teilweise auf Reibungs(-aktiven)-Oberflächen des Elektrizitätsleiterelements 2 und Reibungs(-aktiven)-Oberflächen der Stützelemente 3 bereitgestellt wird. Die Dicke der Beschichtung oder Schicht kann beispielsweise in einem Bereich von 10 μm bis 2 cm liegen.

Obwohl die vorliegende Erfindung bezugnehmend auf die bevorzugte Ausführungsform ausführlich beschrieben wurde, wird die vorliegende Erfindung nicht durch die offengelegten Beispiele eingeschränkt, aus denen Fachleute weitere Variationen ableiten können, ohne dass vom Umfang der Erfindung abgewichen wird.