DE2948112A1

DE2948112A1 - Vorrichtung zur selbsttaetigen regelung der drehzahl eines windrades

Info

Publication number: DE2948112A1
Application number: DE19792948112
Authority: DE
Inventors: Ulrich 2820 Bremen-Schönebeck Stampa
Original assignee: Erno Raumfahrttechnik GmbH
Current assignee: Erno Raumfahrttechnik GmbH
Priority date: 1979-11-29
Filing date: 1979-11-29
Publication date: 1981-06-04

Description

ERI.;C Pumfahrttechnik GmbH
Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung der Drehzahl eines Windrades Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung der Drehzahl eines Vertikalachsenwindrades mit zwei zwischen Endscheiben gegeneinander versetzt gelagerten,halbzylindermantelähnlichen Schaufeln, insbesondere eines sogenannten "Savonius"-Rotors.
Derartige "Savonius"-Rotoren haben die Vorteile, daß sie unabhängig von der Windrichtung mit großem Drehmoment anlaufen und dabei besonders einfach gebaut sind.
Diesen Vorteilen stehen jedoch die Nachteile gegenüber, daß bei den bekannten Rotoren keine Regelungsmöglichkeit besteht und sie daher bei starkem Wind, insbesondere Orkan, großen Belastungen ausgesetzt sind.
Die Aufgabe der Erfindung wird deshalb darin gesehen, für windräder der im Oberbegriff genannten Art eine Regelungsvorrich,:ang zu schaffen, die selbsttätig arbeitet und die Anlage bei großen Luftkräften entlastet.
Die Aufgabe wird durch eine Regelungsvorrichtung gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens in der einen Ehdscheibe ein Lenkersystem gelagert ist, bei dem die Endpunkte der Lenker jeweils derart an der einen bzw an der anderen Schaufel angelenkt sind, daß die Schaufeln unter der Einwirkung der Fliehkraft gegen die Rückstellwirkung von Federn zueinander bewegbar und dabei in ein Zylindergebilde wandelbar sind.
Hierbei werden die beiden Schaufeln in überraschend einfacher Weise in einen Drehkörper übergeführt, dessen Widerstandsbeiwert sich auf ein Drittel des Beiwerts des ursprünglichen Rotors vermindert hat.
Eine vorteilhafte Ausführungsform einfachster Bauweise ist dadurch gekennzeichnet, daß das Lenkersystem aus zwei zweiarmigen Hebeln besteht, deren jeweilige Endpunkte jeweils an der einen Schaufel innen und an der anderen Schaufel außen angelenkt sind. Die Ausführungsformen können weiter vorzugsweise dadurch gekennzeichnet sein, daß an den außen an den Schaufeln angelenkten Hebelarmen Fliehgewichte und an den innen an den Schaufeln angelenkten Hebelarmen nach außen ziehende Federn angebracht sind.
Mit einer erfindungsgemäßen Regelungsvorrichtung erreicht der Savonius-Rotor die entscheidenden Vorteile gegenüber den bekannten Windrädern, daß über einen großen Windgeschwindigkeitsbereich Leistung aufgenommen werden kann, aber die Belastung der Anlage durch Luftkräfte vermindert ist. Die Regelung der Drehzahl und damit der aufgenommenen Leistung läßt sich nun auch durch eine das Lenkersystem willkürlich betätigende Kraftsteuerung vornehmen.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Eeschreibung und den Zeichnungsfiguren, in denen die Erfindung ar. einem Ausführungsbeispiel ausfülirlich erläutert und schematisch dargestellt ist.
Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch die Vertikalachse eines Windrotors in der Betriebsstellung mit einer erfindungsgemäßen Regelungsvorrichtung, Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Rotor entsprechend Fig. 1 im abgestellten Zustand.
Das in Fig. 1 dargestellte Windrad 1, ein sogenannter "Savonius"-Rotor, der um eine vertikale Achse 2 drehbar ist, weist zwei gegeneinander versetzt angeordnete Schaufeln 3 auf, die zwischen Endscheiben 4 bewegbar geführt sind.
Jede der beiden Schaufeln 3 hat annähernd die Form eines halben Zylindermantels. Die Schaufeln 3 können durch ein System von Lenkern 5, die in den Endscheiben 4 verschwenkbar gelagert sind, gegeneinander verstellt werden. Das Lenkersystem besteht vorzugsweise aus zwei zweiarmigen Hebeln, die parallel zueinander mit ihren Mittelpunkten auf der Mittellinie der jeweiligen Endscneibe und mit den Endpunkten ihrer jeweiligen Hebelarme jeweils an der einen Schaufel innen und an der anderen Schaufel außen angeordnet sind, wobei der außen an der Schaufel angelenkte Hebelarm vorzugsweise an einem von dem zur Rotorachse hin liegenden Teil der Schaufel nach außen vorspringenden Hebelbock 8 angreift.
In der Betriebsstellung der Fig. 1 bilden die Schaufeln 3 im Grundriß eine annähernd S-förmige Linie, so daß sie dem Angriff des Windes geöffnet sind. In dieser Stellung können die Luftkräfte am günstigsten in eine Drehbewegung des Rotors 1 umgesetzt werden, deren Richtung durch einen Pfeil "A" angege ist.
Durch vorgespannte Zugfedern 6, die einerseits am Rotorkörper, zB an einem zum Rotorumfang hin liegenden Ptinkt der Mittellinie der Endscheiben 4, und andererseits an dem im Innern des zum Rotorumfang liegenden Teil der Schaufeln 3 angreifenden Hebelarm der Lenker 5 angebracht sind, werden die Schaufeln in der Betriebsstellung gehalten.
Bei zunehmender brehges chwindigkeit bewirken an den außen an den Schaufeln 3 angreifenden Lenkerarmen angebrachte Fliehgewichte 7, daß die Schaufeln zur Achse 2 des Rotors 1 hin verstellt werden. Die vorgespannten Zugfedern 6 werden dadurch gelängt.
In der Endatellung bilden schließlich die beiden Schaufeln 3 den in Fig. 2 dargestellten Zylinder, wodurch die Angriffsfläche für die tuftkräfte verringert wird. Die Schaufeln erzeugen kein Drehmoment mehr und der Widerstandsbeiwert des gesamten Rotors vermindert sich auf etwa ein Drittel des ursprünglichen Wertes.
Bei abgestelltem Rotor, dh völlig zusammengezogenen Schaufeln, ist die den tuftkräften ausgesetzte Fläche nur etwa noch halb so groß wie die Fläche des Rotors mit dem Windangriff geöffneten Schaufeln.
Auf diese Weise vermindert sich die am Rotor angreifende Luftkraft auf etwa ein Viertel des Wertes eines Savonids-Rotors ohne Regelungsvorrichtung; so daß nun mit einer erfindungsgemäßen Regelungsvorrichtung nicht nur Drehzahl und Leistung über einen großen Windgeschwindigkeitsbereich hin regulierbar sind und damit ein größerer Bereich als früher nutzbar ist, sondern die Belastung der ganzen Anlage hat sich auch so weit vermindert, daß wesentliche Einsparungen an den Strukturteilen der Windkraftanlage möglich sind und sogar von einer "Orkansicherung" gesprochen wird.
Während der bekannte Savonius-Rotor praktisch nur als Lüfterantrieb einsetzbar ist, kann ein regelbares Rotorsystem nun vielseitig eingesetzt werden, da jetzt der Antrieb von Stromerzeugern, Pumpen, Werkzeugmaschinen uä ermöglicht wird, bei deren Antrieb eine Regelungsmöglichkeit unerläßlich ist.
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Claims

ERNO Raum@@@rttrchnik GmbH Patentansprüche Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung der Drehzahl eines Vertikalachsenwindrades mit zwei zwischen Endscheiben gegeneinander versetzt gelagerten, halbzylindermantelähnlichen Schaufeln, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens in der einen 3ndscheibe (4) ein Lenkersystem gelagert ist, bei dem die Endpunkte der Lenker (5) jeweils derart an der einen bzw an der anderen Schaufel (3) angelenkt sind, daß die Schaufeln unter der Einwirkung der Fliehkraft gegen die Rückstellwirkung von Federn (6) zueinander bewegbar und dabei in ein zylinderartiges Gebilde umwandelbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lenkersystem aus zwei zweiarmigen Hebeln (5) besteht, deren jeweilige Endpunkte jeweils an der einen Schaufel (3) innen und an der anderen Schaufel außen angelenkt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den außen an den Schaufeln (3) angelenkten Armen der Hebel (5) Fliehgewichte (7) angebracht sin4.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den innen an den Schaufeln (3) angelenkten Armen der Hebel (5) nach außen ziehende Federn (ó) angebracht sind.