DE2745862A1

DE2745862A1 - Windturbine

Info

Publication number: DE2745862A1
Application number: DE19772745862
Authority: DE
Inventors: Erich Herter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-10-12
Filing date: 1977-10-12
Publication date: 1979-04-19
Also published as: NL7810258A; FR2406094A1; SE7810556L; GB2008202A

Description

Erich Herter
Am Pelz 66
61 Darmstadt

Windturbine

Die Erfindung betrifft eine Windturbine zum Antrieb von Maschinen, wie elektrische Generatoren, Pumpen od. dgl., bestehend aus einem um eine vertikale Achse drehbaren Rotor, an dem mindestens zwei Rotorblätter in ausgewuchteter Zuordnung angeordnet und von einer zentralen Exzentersteuerung aus in anströmgünstige Stellung verstellbar sind.

Windturbinen der genannten Art sind nach der US-PS 1835 ol8 bekannt, die heute in Rücksicht auf die sich abzeichnende Energieverknappung wieder an Interesse gewinnen.

Um die verfügbare Windernergie durch die Windturbine in ausreichende Größe umzusetzen, muß eine solche Windturbine entsprechend groß gebaut werden, wobei heute mit den verfügbaren konstruktiven Mitteln durchaus Rotordurchmesser von bspw. 6o m und mehr bei entsprechend großen Rotorblättern in Betrecht gezagen werden können, wobei natürlich beträchtliche Kräfte an derart großen Rotorblättern auftreten. ._β

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Dem an sich günstigen Werstellprinzip der Rotorblätter nach der US-PS 1Θ35 olB steht nun bei Übertragung auf eine im oben genannten Sinne groß dimensionierte Uindturbine entgegen, daB die Verstellverbindung zwischen der zentralen Exzentersteuerung und den Rotorblättern Stangen sind, die bei einer großen Distanz zwischen Exzentersteuerung und Rotorblättern und in Rücksicht auf die zu übertragenden Verstellkräfte außerordentlich schuier und das ganze lilindturbinengebilde entsprechend belasten würden.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Windturbine der eingangs genannten und bekannten Art dahingehend zu verbessern, daß das dortige vorteilhafte Werstellprinzip auch für sehr groß dimensionierte Ulindturbinen dieser Art in einfacher und gewichtssparender Meise zur Anwendung gebracht werden kann.

Diese Aufgabe ist mit einer Windturbine der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß mindestens ein Teil des Rotorblattes schwenkbar am Rotor gelagert ist und für die in Bezug auf die Windrichtung anströmgünstige Schwenkstellung ein Seilzugpaar vorgesehen ist, dessen Einzelstränge einerseits distanziert voneinander am Rotorblatt befestigt und andererseits mit der zentralen Exzentersteuerung verbunden sind.

Die Rotorblätter sind dabei vorzugsweise mit einem Tragflügelquerschnitt versehen, sie können aber auch Teile von Zylinderflächen sein, deren Krümmung etwa der Krümmung des äußeren Rotordrehkreises entspricht.

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Ferner soll unter "mindestens ein Teil des Rotorblattes" zu verstehen sein, daß die Rotorblätter zweigeteilt sind, uiobei das vordere, kürzere Teil unverstellt bleibt, aber das hintere längere Teil verstellt werden kann oder aber, daß auch das ganze Rotorblatt verstellbar ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird es möglich, die nunmehr nur auf Zug belasteten Verbindungselemente zuischen Rotorblättern und zentraler Exzenterstellung vergleichsweise leicht auszubilden und dafür der maximal auftretenden Zugbelastung angepaßte, relativ dünne Kunststoff-, Stahlseile od. dgl. vorzusehen.

Äquivalentwirkend wäre es natürlich auch möglich, anstelle eines Seilzugpaares nur einen Seilzug vorzusehen und den anderen Seilzug durch eine zuischen Rotor und Rotorblatt verspannte Feder zu ersetzen, was aber wieder in Rücksicht auf die auftretenden Kräfte zu entsprechend stark dimensionierten Federn und Federwiderlagern führte, so daß einem Seilzugpaar für ein Rotorblatt der Vorzug zu geben ist.

Die erfindungsgemäße Windturbine und vorteilhafte üleiterbildungsfarmen, wie sie sich nach den Unteransprüchen ergeben, werden nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen schematisch

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Fig. 1 eine ülindturbine in Seitenansicht; Fig. 2 in Draufsicht eine Windturbine mit zwei RotorblSttern; Fig. 3 in Draufsicht eine Windturbine mit drei RotorblBttern

und anderer Ausf Uhrungsfarm der Verstellmechanik; Fig. k den Zentralbereich des Rotors mit der Exzentersteuerung; Fig. 5

bis 7 besondere Einstellungen der Rotorblätter mit Tragflügelquerschnitt in Rücksicht auf unterschiedliche Windverhältnisse;

Fig. θ in Draufsicht eine besondere Ausführungsform des Querschnittes eines Rotorblattes;

Fig. 9 in Draufsicht eine weitere Ausführungsform des Rotorblattes;

Fig.Io in perspektivischer Ansicht die ganze Windturbine mit zwei Rotorblättern;

Fig.11 in perspektivischer Ansicht eine besondere Ausführungsform eines Rotorblattes und

Fig.12 eine weitere AuefUhrungsform des Rotorblattes.

In Seitenansicht bietet sich die Windturbine gemäß Fig. 1 dar, wobei der Rotor 2 drehbar am oberen Ende eines entsprechend hohen und gegen den Boden verspannten Mastes IU gelagert ist, in den auch die anzutreibende Maschine, bspid. ein elektrischer Generator 15 mit einbezogen sein kann.

Die Rotorblätter 1, die verstellbar etwa mittig an den Enden der Tragarme 2o sitzen (siehe auch Fig. la), sind mit Schnurzugpaaren 13 an ihrer senkrechten Stellung zu den Tragarmen 2o gehalten,

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wobei die Schnurzugpaare mit ihren Enden an schwenkneutralen Punkten IG der Rotorblätter befestigt sind. Ggf. kann man auch die Rotorblätter 1 zusätzlich so schwenkbar an den Enden der Tragarme lagern, daß sie vermittels der Schnurzugpaare 13 und entsprechenden Verstellmittel 17 auch in angenähert waagerechte Stellung gebracht werden können. Abgesehen von einer solchen möglichen Verstellbarkeit, sind aber die Rotorblätter 1 mittels nur auf Zug belasteter Seilzugpaare 3 in Bezug auf die Windrichtung ItIR anetrungUnstig verstellbar, wobei es sich natürlich um einen sich fortlaufend und automatisch mit der Drehung voll ziehenden Veretellvorgang handelt, da die Einzelstränge U der Seilzugpaare 3 gemäß Fig. 2 mit ihren inneren Enden an exzentrisch zur Rotorachse 9 angeordneten und ggf. bezüglich ihrer Exzentrität einstellbaren Seilzughaltern 6 befestigt sind und zwar, wie aus Fig. 2 erkennbar, sitzen an jedem Halter jeweils ein Einzelstrang U des einen und des anderen Rotorblattes. Die Befeetigungshöhen der Einzelstränge k müssen natürlich so angeordnet sein, daß sich beim Drehen keine Behinderungen der Einzelstränge untereinander ergeben

Die AusfUhrungsform nach Fig. 3,4 weicht insofern von der gemäß Fig. 2 ab, als hierbei die Einzelstränge ι* des Seilzugpaares 3 als Langseiten etwa eines Parallelogrammes angeordnet sind, dessen Schmalseiten einerseits vom zu verstellenden Rotorblatt 1 und andererseits von einer im Zentrumsbereich des Rotors 2 drehbar gelagerten Stellstange 7 gebildet sind, wobei das eine Ende der Stellstange über einen Hebel β mit einem exzentrisch zur Drehachae 9 des Rotors angeordneten, stationären Steuerzapfen Io verbunden ist.

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Uie erkennbar sind dabei die Hebel B extrem kurz und erstrecken sich nicht wesentlich Ober den Rotornabenbereich hinaus, so daß durch sie keine wesentliche Belastung des Rotors erfolgt. Nur diese Hebel θ werden bei dieser Ausführungsfarm auf Zug und Druck belastet.

Die vollausgezogenen Stellungen in Fig. 3 und k entsprechen der Nullstellung, wobei der Steuerzapfen Io mit der Rotorachse 9 zusammenfällt und die Rotorblätter 1 keine Verstellung erfahren. Erst wenn der Steuerzapfen Io (gestrichelte Stellung gemäß Fig. *♦) exzentrisch verstellt ist, ergibt sich eine entsprechende Verstellung der Rotorblätter 1.

Legt man den Anlenkpunkt der Hebel 8 am Steuerzapfen Io höher als den Anlenkpunkt des Hebels θ an der Stellstange 7, welche Höhenlage vorteilhaft auch verstellbar ausgebildet wird, so sind Einstellungen der Rotorblätter im Sinne der Fig. 5-7 möglich, wobei die Fig. 5 einer Hochstellung des Anlenkpunktes bei mittlerem blind entspricht. Vorzugsweise ist die Stellung gemäß Fig. 6 als Anlaufstellung des Rotors zu benutzen.

Die Rotorblätter haben hierbei vorteilhaft Tragflügelquerschnitt, so daß insbesondere bei Stellung nach Fig. 7 der an sich bekannte Tragflügeleffekt erzielt werden kann. Die radialen Abstände jeweils zweier Außenkonturpunkte des Profiles zur durch den gedachten Umlaufkreis 18 gebildeten Hittellinie des Profils sind dabei jeweils gleich.

9 O 9 B 1 ß / O 2 h 7

Durch diese Ausbildung der Rotorblattverstellung kann vorteilhaft der optimale Wirkungsgrad jeweils für das Rotorblatt eingestellt werden, das sich auf der Luvseite des Rotars befindet, während der minimale Wirkungsgrad für das leeseitige Blatt eingestellt werden kann, wodurch am Rotor insgesamt günstige Momentbelastungen Berücksichtigung finden können. Durch geeignete Regelelemente (bspui. Fliehkraftregler, ggf. auch elektronische Regelung, hydraulische Regelung od. ^gI.) ist ein völlig automatischer bzw. unbeaufsichtigter Betrieb der Windturbine möglich, wobei die Steuerimpulse für die Regelung von einem Uindrichtungs- und Windstärkengeber aus auf die Regelelemente gegeben werden können.

Bei hohen Windgeschwindigkeiten und bei Ausbildung der Rotorblattquerschnitte im Sinne eines Tragflügelquerschnittes (siehe Fig. 3,7) wird vorteilhaft der Exzenter auf Null gestellt, wobei die Rotorblätter praktisch keine Anstellung mehr zum Umlaufkreis haben und die Drehung des Rotors zusätzlich durch den luv- und leeseitigen Druckunterschied auf jedem Rotorblatt bewirkt wird. Einer "Pumpbewegung" an den Rotorblättern, die bei symmetrischen Profilen unvermeidbar ist, und die bei Wechsel der Rotorblätter von der Luv- zur Leeseite des Rotors umgekehrt auftritt, wird damit vorteilhaft entgegengewirkt.

Die Fig. θ und 9 verdeutlichen Ausführungsformen der Rotorblätter, die in diesen Fällen zweiteilig ausgebildet sind, wobei lediglich die "Schwänze" 1* der Rotorblätter, wie angedeutet, mittels der Einzelstränge k verstellt werden.

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Gemäß Fig. 11 können die Rotorblätter 1 zusätzlich an einem oder beiden Enden mit Anlaufhilfen 19 versehen werden, die aus kleinen, nach hinten offenen üJindfangtaschen gebildet sind.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 12 besteht das Rotorblatt 1 unter Beibehaltung des gleichen Werstellprinzipes lediglich aus einem Zylinderflächenabschnitt.

Gemäß Fig. 3 und Io sind in Rücksicht auf die relativ großen Längen die Einzelstränge U mittels Tragelementen 11 gehalten, die so ausgebildet sein müssen, daß sie die Parallelogrammbeidegungen der Einzelstränge U mitmachen bzw. nicht behindern.

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Claims

Patentansprüche:

1. Windturbine zum Antrieb von Maschinen, uie elektrische Genratoren, Pumpen od. dgl., bestehend aus einem um eine vertikale Achse drehbaren Rotor, an dem mindestens zuiei Rotorblätter in ausgewuchteter Zuordnung angeordnet und von einer zentralen Exzentersteuerung aus in anströmgünstige Stellung verstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Rotorblattes (1) schwenkbar am Rotor (2) gelagert ist und für die in Bezug auf die Windrichtung anströmgünetige Schuenkstellung ein Seilzugpaar (3) vorgesehen ist, dessen Einzelstränge (U) einerseits distanziert voneinander am Rotorblatt (1) befestigt und andererseits mit der zentralen Exzentersteuerung (5) verbunden sind.

2. Windturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelstränge (If) des Seilzugpaares

(3) an stationären, separaten, im Zentrumsbereich des Rotors (2) exzentrisch angeordneten Seilzuga&ltern (6) befestigt sind.

3. Windturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelstränge (U) des Seilzugpaaree (3) als Langseiten etwa eines Parallelogrammes angeordnet sind, dessen Schmalseiten einerseits vom zu verstellenden Rotorblatt (1) und andererseits von einer im Zentrumsbereich des Rotors (2) drehbar gelagerten Stellstange (7) gebildet sind, wobei das eine Ende der Stellstange über einen Hebel (Θ) mit einem exzentrisch

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zur Drehachse (9) des Ratars angeordneten, stationären Steuerzapfen (lo) verbunden ist.

k. Windturbine nach jedem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelstränge (*») des Seilzugpaares (3) längs ihrer SpannlSnge mindestens einmal durch am Rotor (2) sitzende Tragelemente (11) gehalten sind.

5. Windturbine nach jedem der Ansprüche 1 bis *♦, dadurch gekennzeichnet, daß die exzentrischen Seilzughalter (6) bzui. Steuerzapfen (lo) der Exzentersteuerung (5) in Bezug auf ihre ExzentrititSt einstellbar ausgebildet sind.

6. Windturbine nach jedem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Exzentersteuerung (5) verbundene AnschluBpunkt des Hebels (Θ) vertikal verstellbar ausgebildet ist.

7. Windturbine nach jedem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Seilzugpaar (3) innerhalb eines hohlen Tragarmes (2o) für das Rotorblatt (1) geführt und daß innerhalb einer hohlen Rotornabe (12) die Exzentersteuerung (5) angeordnet ist.

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θ. Windturbine nach jedem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das mittig an Tragarmen des Rotors (2) sitzende Rotorblatt (1) mit einem Schnurzugpaar (13), dessen Enden in schuienkneutralen Punkten (16) des Rotorblattes (1) befestigt sind, an den Tragarmen verspannt ist.

9. üJindturbine nach Anepruch B, dadurch gekennzeichnet, daß das Rotorblatt (1) mit dem Schnurzugpaar (13) in waagerechter Richtung schwenkbar am Tragarm (11) befestigt ist.

10. üJindturbine nach jedem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Rotorblattes (1) im Sinne eines an sich bekannten Tragflügelquerschnittes ausgebildet ist.

11. üJindturbine nach jedem der Ansprüche 1 bis la, dadurch gekennzeichnet, daß das Rotorblatt (1) mindestens an einem Ende mit einer Anlaufhilfe (19) in Form einer kleinen, in Drehrichtung nach hinten offenen biindfangtasche versehen ist.

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