DE2558848C3

DE2558848C3 - Mechanische Überlastsicherung fur Windrader

Info

Publication number: DE2558848C3
Application number: DE2558848A
Authority: DE
Inventors: Walter 5300 Bonn Schoenball
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-03-07
Filing date: 1975-12-27
Publication date: 1980-02-21
Also published as: DE2558848B2; DE2558848A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Überlastsicherung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die insbesondere bei Stürmen zur Wirkung kommen soll.

Eine derartige Anordnung zeigt die FR-PS 948 645, bei der eine Verschwenkung nach oben erfolgt. Nachteilig ist hierbei, daß eine Gewichtsverlagerung der Anlage auf dem Turmkopf stattfindet. Der Turmkopf muß daher mit zusätzlichen Versteifungen versehen werden, um die wechselnden Scherkräfte zu beherrsehen, was die Herstellungskosten erhöht. Ferner eignet sich die mit einer Rückholfeder und einem festen Halterungsbock ausgerüstete Anlage nur für kleinere Windrotoren. Große Anlagen mit hohen Baugewichten erfordern zusätzliche Ausrüstungen, um beim Zurückkippen auf den festen Halterungsbock eine Zerstörung durch zu hartes Auftreffen zu vermeiden.

Aus dem Fachbuch »Windkraftwerke« von Prof. Dr. Hans Witte, Pössneck, 1950, ist ferner eine Anordnung nach Honnef bekannt, bei der eine senkrechte Verschwenkung nach unten, vorn gegen den Mast oder Turm erfolgt. Nachteilig ist dabei, daß sich diese Erfindung nur für Windenergieanlagen mit mindestens zwei, seitlich vom Turm angebrachten Rotoren eignet. Im übrigen findet auch hier eine nachteilige Gewichtsverlagerung auf dem Mastkopf statt.

Die US-PS 2363827 zeigt schließlich eine Windenergieanlage, die auf einer waagerechten Achse eine Kippbewegung nach oben und nach unten zuläßt, aber dem Zwecke dient, die Anlage immer genau gegen den Wind zu halten. Dies wird erfindungsgemäß durch eine Windfahne erreicht, an der horizontale Strömungsbleche angebracht sind. Nachteilig ist bei dieser Anordnung, daß die Richtung gegen den Wind auch bei Stürmen eingehalten wird, wenn die Gefahr einer Überlast besteht. Zusätzliche Einrichtungen zur Leistungsbeschränkung etwa aerodynamische Bremsen sind daher erforderlich. Ferner eignet sich der Vor

schlag nur für kleine Baugrößen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe ■zugrunde, durch Verschwenken der Windenergieanlage eine Überlastsicherung derart zu erreichen, daß zusätzliche Einrichtungen zu diesem Zweck entfallen können. Ferner soll ein sicheres und automatisches Arbeiten sowohl für kleine wie für sehr große Windrotoren gewährleistet werden.

Gelöst werden die gestellten Aufgaben erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale. Eine entsprechende Ausbildung der Erfindung für Windräder, die hinter dem Turm angebracht sind, ist im Unteranspruch 2 gekennzeichnet.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Ausbildung liegen in folgendem:

a) Einfache, robuste und daher wirtschaftliche Konstruktion, gleichmäßige Belastung bei allen Betriebszuständen, d. h. keine Bruchgefahr wie bei progressiv wirkenden Federn, keine Begrenzung in der Anlagengröße;

b) genaue Vorausberechenbarkeit der Wechselwirkung von Windkraft und Last der Gegengewichte für jede Größe des Windrotors und für jeden Lastfall;

c) Möglichkeit, die Windrotorachse horizontal oder einige Grad nach oben oder unten geneigt durch Veränderung der Kabellängen einzustellen, dadurch Anpassung an den am Aufstellungsplatz vorhandenen Windfluß, der horizontal oder an einem Hang aufwärts gerichtet, oder hinter Hindernissen abwärts gerichtet sein kann;

d) Möglichkeit zur Einstellung nach c), mit dem Zwecke, beim Betrieb in einer gegebenen Einstellung auftretende Schwingungen durch eine unterschiedliche Einstellung zu beseitigen;

e) Minimierung der bei horizontalen Richtungsänderungen des Windrotors entsprechend den wechselnden Windrichtungen auftretenden gyroskopischen Kräfte durch daraus resultierendes Verschwenken nach oben und unten (Vorteile gegenüber Longeaux und Honnef); daher auch Großanlagen nur mit einer, gegenüber anderen, langsam reagierenden Windsteuerungen, robusteren und billigeren Windfahne ausgerüstet werden.

Ausführungsbeispiele sind in den Fig. 1-2a schematisch dargestellt.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht der Ausführung nach Patentanspruch 1.

Fig. 2 ist eine Seitensicht nach Unteranspruch 2.

Fig. 2a zeigt ein Ausführungsbeispiel mit nur zwei Seilen.

In Fig. 1 ist das Windrad auf dem festen Turm 1 über der senkrechten Achse 2 horizontal um 360° drehbar angebracht. Das Windsegel 3 hält das Windrad 4 stets frontal zur Windrichtung 5. Die Windradachse 6 ist über der Kippachse 7 angebracht und die tragende Struktur 8 bildet mit dem Windrad und dem Windsegel eine Einheit. Das Gegengewicht 9 ist mit zwei Seilen an den Punkten 10 und 11 an der tragenden Struktur angebracht. Ein weiteres Seil ist am Punkt 12 befestigt. Alle drei Seile sind am Gegengewicht an dem einzigen Befestigungspunkt 13 angebracht. Die Länge der drei Seile ist derart bemessen, daß sie in der dargestellten Position des Rotors gegen den Wind gleichmäßig stramm sind, jedoch hängt die Last des Gewichts voll auf dem mittleren Seil 10.

Wenn der Winddruck nunmehr die Rotorebene

aufgrund der Hebelarmwirkung zwischen der Drehachse 5 und der Kippachse 6 nach oben drückt, wird die Last des Gewichts vom Befestigungspankt 10 zum Bestimmungspunkt Il verlagert. Wenn der Winddruck weiter zunimmt, wird die Roiorebene weiter nach hinten aus der Windrichtung gekippt und dabei gleichzeitig das Gewicht über das Seil 11 hochgezogen. Läßt der Winddruck nunmehr nach, so zieht das Gewicht die Rotorebene über das Seil 11 in die Position gegen den Wind zurück. Das am Befestigungspunkt 12 befestigte Seil fängt die Bewegung des zurückkippenden Windrades derart auf, daß die Bewegung nur wenig über die Position des Windrades gegen den Wind hinausgehen kann.

In Fig. 2 ist das Windrad wiederum auf dem festen Turm 1 mittels der senkrechten Achse 2 horizontal um 360° drehbar angebracht. Das Windrad 3 ist zur Windrichtung 4 hinter dem festen Turm 1 orientiert. Es wird deshalb von der Windkraft ohne Windsegel in der Position; gegen den Wind gehalten. Die Windradachse 5 ist unterhalb der Kippachse 6 angebracht und die tragende Struktur 7 bildet mit dem

Windrad 3 eine Einheit.

Das Gegengewicht 8 ist an den Punkten 9,10 und 11 mit drei Seilen an der tragenden Struktur befestigt. Alle drei Seile sind gespannt, jedoch liegt die Last des Gegengewichts auf dem mittleren Seil 10.

Wenn der Winddruck nunmehr die Rotorebene aufgrund der Hebelarmwirkung zwischen der Drehachse 5 und der Kippachse 6 nach oben drückt, so verlagert sich zunächst die Last des Gewichts 8 auf

ίο das dem Befestigungspunkt 9 angebrachte Seil. Wenn der Winddruck weiter zunimmt, wird das Gegengewicht am Seil 9 hochgezogen. Gleichzeitig kippt die Rotorebene nach oben aus der Windrichtung. Bei nachlassendem Winddruck treten die umgekehrten Aktionen auf. Die Last des Gegengewichts 8 zieht die Rotorebene in die Position gegen den Wind zurück und das Seil 11 verhindert, daß die Bewegung wesentlich über die Position gegen den Wind hinausgeht.

!o Fig. 2a zeigt eine Art der Aufhängung, mit nur zwei Seilen, mit denen die gleichen Aktionen und Reaktionen des Windrades bewirkt werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Überlastsicherung an einer auf einem Trägermast in die jeweilige Windrichtung drehbar angeordnete Windturbine mit horizontaler Rotordrehachse und waagerecht, im Winkel von 90° zur Rotorachse angeordneter Schwenkachse, um die bei starkem Winddruck die Windturbine nach oben oder unten aus der Windrichtung schwenken kann, dadurch gekennzeichnet, daß bei vor dem Trägermast (1) angeordnetem Rotor (4) die Schwenkachse (7) unterhalb der Rotordrehachse angeordnet ist und daß die Windturbine durch ein, mit mindestens zwei Seilen angehängtes Gegengewicht (9) in der Position gegen den Wind gehalten wird, wobei beim Hochschwenken der Windturbine das Gegengewicht mittels der Seilanordnung hochgezogen und bei nachlassendem Winddruck in die Position gegen den Wind zurückgezogen wird.

2. Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei hinter dem Trägermast (1) angeordnetem Rotor (4) die Schwenkachse (7) oberhalb der Rotordrehachse (6) angeordnet ist.