DE2834786B1 - Windrad - Google Patents

Description

• Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt F i g. 1 ein erstes erfindungsgemäl3es Ausführungsbeispiel eines Windrades mit zwei Windflügeln, und Fig.2 ein zweites Ausführungsbeispiel mit an sich bekannten scharnierartigen Gelenken.
• Das in F i g. 1 veranschaulichte Windrad weist zwei Windflügel 10 auf, die parallel versetzt an einer Nabe 11 befestigt sind. Die Nabe 11 besteht aus zwei je einem Flügel 10 zugeordneten und mit ihm starr verbundenen, die Flügelbasen bildenden Halbrahmen 12 und einem zentrischen Nabenteil 14, an dem die Halbrahmen 12 je über ein Kugelgelenk 15 angelenkt sind. Die Kugelgelenke 15 liegen jeweils in der Flügeldrehachse 16 der Flügelblätter 10 und diametral zur Drehachse 17. Die Verbindungslinie 18 zwischen den beiden Kugelgelenken 15 verläuft im rechten Winkel zur Rotordrehachse 17 und bildet einen spitzen bis rechten Winkel mit den Blattlängsachsen 16. Sie stellt eine Pendelachse für die Flügel 10 dar. Durch den schrägen Verlauf der Pendelachse 18 wirkt sich eine Pendeibewegung der Halbrahmen 12 mit den Flügeln 10 als Blattverdrehung aus, und zwar eine gegensinnige Blattverdrehung, die den örtlich unterschiedlichen Winddruck auszugleichen vermag.
• Die in den Flügeldrehachsen 16 der Blätter liegenden Kugelgelenke 15 dienen gleichzeitig als Drehlager für die gleichsinnige Verdrehung der Blätter 10 zur Leistungseinstellung. Hierzu sind die beiden Halbrahmen 12 in zwei, auf einer den Flügeldrehachsen 16 parallel verlaufenden Linie 19 liegenden Stellen 20 gegenseitig abzustützen, die als Wälzbogenpaare 21 ausgebildet sind. Die beiden Halbrahmen 12 werden an den Wälzbogenpaaren mit Wälzbändern 23 aneinander- gedrückt, die jeweils mit den Halbrahmen 12 starr verbundene Zylinderelemente 22 umgreifen und sich unter einem bestimrnten Winkel in der Wälzlinie 19 kreuzen. Hierdurch bilden die Halbrahmen 12 mit den Flügeln 10 eine statisch starre Einheit. Anstelle der Wälzbänder 23 können auch Seile oder Ketten verwendet werden. Die Wälzlinie 19 liegt mit den Kugelgelenken 15 in einer Ebene senkrecht zur Rotorachse 17.
• Als Verstellmechanismus für die Leistungseinstellung ist ein an beiden Halbrahmen 12 angelenkter Hydrozylinder 25 vorgesehen, mit dem die beiden Halbrahmen 12 samt Flügeln 10 gegeneinander um die Wälzlinie 19 verschwenkt werden können. Anstelle des Hydrozylinders 25 können auch Gewindespindeln oder Zahnstangen verwendet werden. Die Leistungsverstellvorrichtung wird elektromotorisch betrieben, wobei die Stromzuführung zum rotierenden Teil über Schleifringe erfolgt.
• Bei der erfindungsgemäßen Radnabe stützen sich das Drehmoment, der Axialschub und die Fliehkräfte der Rotorblätter nur an den beiden Kugelgelenken 15 ab.
• Der Gesamtschwerpunkt von den Flügeln 10 in Stillstandsstellung und den Halbrahmen 12 liegt auf der durch die beiden Gelenke 15 führende Pendelachse 18, so daß sich der Rotor im indifferenten Gleichgewicht befindet.
• Anstelle der Wälzbogenverbindungen 20 können auch konventionelle scharnierartige Gelenke 30 vorgesehen werden, die aus statischen Gründen längsverschieblich sein müssen. Eine Ausgestaltung hierzu ist in F i g. 2 mit der Bezugsziffer 30 dargestellt.

Claims (7)

1. Patentansprüche: 1. Zweiflügeliges Windrad mit annähernd horizontaler Drehachse, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügelbasen (12) über je ein Kugelgelenk (15) diametral an einer Nabe (14) angelenkt sind, und daß die Flügel sich in zwei weiteren, ebenfalls diametral zur Drehachse (17) gelegenen Punkten (20) gegenseitig relativ einstellbar abstützen, derart, daß beide Flügel zueinander verstellbar und gemeinsam um die durch die Kugelgelenke gebildete Achse (18) pendelbar sind.
2. 2. Windrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei mittlerer Flügelstellung die beiden Kugelgelenke (15) und die beiden Abstützpunkte (20) in einer Ebene senkrecht zur Drehachse (17) liegen
3. 3. Windrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kugelgelenke (15) in einer die Pendelachse (18) bildende Linie angeordnet sind, die zu den Flügellängsachsen im Drehsinn des Rotors einen spitzen bis rechten Winkel bildet.
4. 4. Windrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abstützpunkte (20) der Flügel (10) in einer angenähert parallel zu den Flügellängsachsen verlaufenden Linie (19) angeordnet sind.
5. 5. Windrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützpunkte (20) als Wälzbogenpaare (21) in Verbindung mit gekreuzten Wälzbändern (23)-seilen oder -ketten ausgebildet sind, wobei die Mittelachse (16) der Wälzbögen eines Flügels (10) durch das zugehörige Kugelgelenk (15) führt.
6. 6. Windrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützpunkte (20) axial nachgiebige Gelenke (30) ausgebildet sind.
7. 7. Windrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Leistungsverstellung wenigstens ein an beiden Flügelbasen (10) symmetrisch angelenktes Element (25) veränderbarer Länge dient.

   Die Erfindung betrifft ein zweiflügeliges Windrad mit annähernd horizontaler Drehachse.

   Derartige Windräder werden beispielsweise bei Windenergie-Anlagen verwendet, die für eine Umwandlung von Windenergie in elektrische Energie sorgen.

   In seinem Grundaufbau hat ein Windrad eine um eine annähernd horizontale Achse drehbare Nabe, die zwei oder mehr Rotorblätter trägt, die im wesentlichen senkrecht zu der Drehachse angeordnet sind und durch ein Gestänge jeweils gleichsinnig zur Leistungs- bzw.

   Drehzahlregelung um ihre Längsachse verstellt werden können.

   Durch die mit der Höhe über dem Erdboden im allgemeinen zunehmende Windgeschwindigkeit und durch einseitig auftreffende Böen werden jedoch die Flügelblätter sowie das Lager starken Momentenbelastungen ausgesetzt. Außerdem führen derartige Belastungen auch zu einem beträchtlichen Ungleichförmigkeitsgrad im Drehmomentverlauf.

   Man kann bei einem zweiflügeligen Rotor diese Nachteile durch Schaffung eines zusätzlichen Freiheitsgrades weitgehend beseitigen, nämlich durch Ausbildung einer sogenannten Pendelachse mit mehreren Gelenkverbindungen, die quer zur Rotor- bzw. Nabendrehachse und senkrecht zu den Blattachsen im Schwerpunkt des Rotors liegt. Aufgrund der Pendelbewegung findet eine Angleichung der unterschiedlichen Anströmgeschwindigkeiten durch Ausweichbewegungen sowie e;ne Kompensation von plötzlichen Böenbelastungen durch Trägheitswirkung um die Pendelachse statt. Eine derartige Pendelachse ist beispielsweise aus der DE-AS 2655 026 bekannt.

   Als weitere Verbesserung ist eine zwangsläufig mit der Pendelbewegung gekoppelte gegensinnige Flügelverdrehung bekannt geworden, die im Sinn einer Anstellwinkelverkleinerung des in Windrichtung auspendelnden Rotorblattes und umgekehrt erfolgt. Hierzu wird das Leistungs-Verstellgestänge herangezogen, das entsprechend angeordnet oder durch Zusatzglieder erweitert wird. Die Schwenkbeweglichkeit der Flügel kann auch mit einer Pendelachse erreicht werden, die schräg zu den Blattlängsachsen verläuft. Hierbei wirkt sich ein von der Schräglage abhängiger Anteil des Pendelwinkels als Blattverdrehungswinkel aus.

   Die bekannten Vorrichtungen sind fertigungstechnisch vergleichsweise kompliziert sowie montageunfreundlich und weisen verhältnismäßig viele schmiertechnisch ungünstige Lagerstellen auf.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber den bekannten Ausführungen vereinfachtes Windrad der eingangs genannten Art zu schaffen, das zudem ein möglichst ruhiges Laufverhalten hat.

   Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Flügelbasen über je ein Kugelgelenk diametral an einer Nabe angelenkt sind, und daß die Flügel sich in zwei weiteren, ebenfalls diametral zur Drehachse gelegenen Punkten gegenseitig relativ einstellbar abstützen, derart, daß beide Flügel zueinander verstellbar und gemeinsam um die durch die Kugelgelenke gebildete Achse pendelbar sind.

   Die Kugelgelenke übernehmen dabei sowohl die Lagerung für die Leistungsverstellung der Flügelblätter als auch die Funktion eines Pendellagers um eine schräg zur Drehachse verlaufende Pendelachse. Hierdurch ist eine kompakte Anordnung bzw. Aufhängung von Windradflügeln geschaffen, bei der das Flügelpaar eine freie Pendelbewegung ausführt, wobei gleichzeitig die Flügelblätter sich bezüglich der Luftströmung gegensinnig um ihre Längsachse verdrehen und damit örtlich unterschiedliche Windstärken kompensieren.

   Mit mechanischen oder hydraulischen oder anderweitigen Leistungs-Verstellvorrichtungen können die Flügelblätter außerdem gleichsinnig um ihre Längsachsen geschwenkt werden, wobei die Abstützstellen der beiden Flügel relativ zueinander gedreht werden.

   Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung können sich außerdem die Lagerstellen mit oxzillierender Gleitbewegung gegenüber dem Stand der Technik bis auf zwei Lager, nämlich die Kugelgelenklager reduzieren.

   Eine bewegungsmäßig optimale Anordnung wird erreicht, wenn bei mittlerer Flügelstellung alle vier Abstützpunkte, nämlich die beiden Kugelgelenke und die beiden Abstützpunkte, in einer Ebene senkrecht zur Drehachse liegen.

   Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die in den Unteransprüchen 3 bis 7 angeführten Merkmale gekennzeichnet.