DE2916504B1 - Schalenstern fuer Anemometer oder Windraeder - Google Patents

Description

• Die bauchige Schale überträgt ihre Kräfte längs des Verbindungsrandes zur aufgesetzten Fläche auf diese und erfährt dadurch an keiner Stelle eine Kraftkonzentration. Sie kann daher ebenfalls äußerst dünn und damit flexibel gestaltet werden.
• Zu d): Geschlossene Schalen können auch bei leichtester Bauweise und damit geringen Wandstärken formgenau gefertigt werden und behalten ihre Form bei. Die Schalensterne werden dadurch austauschbar und Eicharbeiten können entfallen.
• Besonders vorteilhafte Ausbildungen des erfindungsgemäßen Schalensterns sind Gegenstand der Patentansprüche.
• Zur Erläuterung der Erfindung ist eine spezielle Ausführungsform in der Zeichnung dargestellt.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Schalensterne für Anemometer oder Windräder zur Energieerzeugung mit kegelförmigen, halbkugelförmigen oder ähnlich geformten Schalen, d a -durch gekennzeichnet, daß die Schalenvorderseiten durch ebene, leicht konkave oder leicht konvexe Flächen geschlossen sind.
2. 2. Schalensterne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalen etwa in der Mitte der Abdeckflächen befestigt sind und diese sowie die Schalen selbst so geringe Wandstärke besitzen, daß sie bei höheren Geschwindigkeiten infolge elastischer Materialverformung flexibel sind.
3. 3. Schalensterne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalen innen einfache Heizvorrichtungen, z. B. Folien, Drähte oder Bänder, aufweisen.

   Die Anmeldung betrifft Schalensterne für Anemometer oder Windräder zur Energieerzeugung mit kegelförmigen, halbkugelförmigen oder ähnlich geformten Schalen.

   Trotz aller meßtechnischen Fortschritte kommt auch heute noch dem konventionellen Schalenstern mit kegelförmigen, halbkugelförmigen oder ähnlich geformten Schalen als Windmeßgerät in der Meteorologie und im Umweltschutz große Bedeutung zu. Der Grund, daß Routinemeßnetze fast ausschließlich mit diesen Sensoren ausgerüstet sind, ist - außer den relativ günstigen Kosten für Beschaffung und Betrieb - die im Vergleich zu anderen Sensoren geringere Beeinträchtigung der Meßergebnisse durch Niederschlag. Deshalb werden diese Geräte oft auch bei Forschungsprojekten eingesetzt, wenn vollständige Meßreihen über längere Zeiträume erforderlich sind, obwohl die Sensoren hinsichtlich des zeitlichen Auflösungsvermögens der Windgeschwindigkeit nicht immer die Anforderungen für diesen Bereich ganz erfüllen können.

   Neben den genannten Vorteilen haben Schalensterne aber auch folgende Nachteile: a) Bei Schneefall, Eisregen usw. erfahren die Messungen erhebliche Beeinträchtigungen, die bis zum vollständigen Ausfall des Sensors führen können.

   So wird z B. immer wieder beobachtet, daß sich infolge von Schneeablagerungen in den Schalen die Form soweit ändert, daß sich die Drehrichtung umkehrt. Aber schon bevor es zu enormen Meßfehlern infolge von Formänderungen kommt, bewirkt die Massenzunahme eine Beeinträchtigung der Ansprechschnelligkeit auf Windänderungen und damit Meßfehler.

   b) Bei hohen Ansprüchen an die Meßergebnisse unter allen Witterungsbedingungen bzw. bei sehr rauhen Klimabedingungen, reicht allein die Wahl einer geeigneten Oberfläche, z. B. Teflonbelag, zur Vermeidung eines jeden Eisansatzes nicht aus.

   Eisfahnen von mehreren Zentimetern Länge sind bei Rauhfrost und Schwachwindlagen auch an beweglichen aber starren Teilen von Sensoren in mittleren Höhenlagen keine Seltenheit. Hier ist eine Heizung erforderlich. Diese ist zwar prinzipiell auch bei offenen Schalen möglich, ihre praktische Durchführung ist aber bisher nicht zufriedenstellend gelöst worden (siehe Alexeiev, Dalrymple, Gerger - Instrument and Observing Problems in Cold Climates WMO - Nr.384, Technical Note Nr. 135 Genf 1974; Strangeways, Curran -Meteorological Measurements Under Conditions of Icing; some new attempts to solve the Problem; Bericht von der TECIMO Tagung 1977 in Hamburg).

   c) Bei hohen Geschwindigkeiten kann nicht genügend Energie zur Verfügung gestellt werden, um den Schalenstern genügend anzuwärmen. Deshalb ist es erforderlich, die Schalen soweit flexible zu gestalten, daß die bei höheren Geschwindigkeiten entsprechend höhere Verformung zum Absplittern des Eises führt.

   Bei offenen Schalen erfolgt die Krafteinleitung von der Schale in den Schalensternarm im allgemeinen mehr oder weniger punktförmig an ein oder zwei Stellen, was bedingt, daß die Wanddicke der Schalen nicht zu gering sein darf.

   d) Offene Schalen weichen infolge des Fertigungsprozesses, vor allem aber durch Belastungen beim Transport und im Betrieb mehr oder weniger von der Kreisform ab.

   Bei einem bekannten deutschen Hersteller wurden fertigungsbedingte Differenzen in der Drehzahl von fast 10% gemessen, obwohl es sich um ein maschinell hergestelltes Produkt handelt Dies führt dazu, daß Anwender, die höhere Anforderungen an die Meßgenauigkeit stellen, zunächst vor Inbetriebnahme jeden Schalenstern einzeln eichen und dann die Eichung regelmäßig wiederholen müssen.

   Bei Sonderkonstruktionen wird die Schalenöffnung durch einen Ring verstärkt, so daß die Schalen selbst dünnwandiger sein dürfen.

   Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden.

   Dies wird dadurch erreicht, daß die Schalenvorderseiten durch ebene, leicht konkave oder leicht konvexe Flächen geschlossen sind.

   Hierdurch ergeben sich folgende Vorteile: Zu a): Die Abdeckflächen verhindern eine Schneeablagerung im Schaleninneren.

   Zu b): Bei geschlossenen Schalen geschlossenenSchalen kann mit einem Mehrgewicht von nur 2 bis 3 Gramm pro Schale - bei einem Schalensterngewicht von ca. 100 Gramm - eine Heizung installiert werden, ohne daß Fertigungs- und Festigkeitsprobleme auftreten, wobei die Wärmeverteilung äußerst gleichmäßig ist Es gibt keine kalten Stellen, an denen sich Eis ansetzen kann.

   Zu c) Bei geschlossenen Schalen kann die aufgesetzte Fläche zur Krafteinleitung verwendet werden.

   Da die Krafteinleitung dann zentral in die Mitte erfolgen kann, treten nur Zug- oder Druckkräfte und Schubspannungen auf, jedoch keine Biegemomente. Aus diesem Grund kann die aufgesetzte Fläche sehr dünn und damit flexibel in Richtung der Normalen gemacht werden.