DE2951635A1

DE2951635A1 - Windkraftwerk, dessen rotor bei sturm selbstaetig aus dem wind pendelt

Info

Publication number: DE2951635A1
Application number: DE19792951635
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Ing.(grad.) 4220 Dinslaken Ohlberg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-12-21
Filing date: 1979-12-21
Publication date: 1981-07-02

Description

Windkrartwerk,
dessen Rotor bei Sturm selbsttätig aus dem Wind pendelt Die bekannten, bei Sturm vertikal selbsttätig aus dem Wind pendelnden Rotoren beginnen infolge der im stabilen Gleichgewicht angeordneten Pendellagerung bereits bei leisestem Wind unbeabsichtigt aus dem Wind zu pendeln. Infolge der unterhalb oder in Höhe der Rotorwelle angeordneten, waagrechten und rechtwinklig zur Rotorwelle stehenden Pendelachse ist ein separates Gegengewicht erforderlich0 Zwecks bei Normalwind korrekter Arretierung des Rotors in seiner Betriebsstellung wird ein federndes Sperrklinkensystem empfohlen, das den Rotor in seiner Betriebsstellung verklinkt. Die Federkraft der Sperrklinkenfeder ist einstellbar und gestattet bei einer bestimmten Windstärke die programmierte Freigabe des Pendelwegs. iine horizontale Parallelverschiebung der Pendelachse aus der Schwerlinie des Pendelsystems heraus unterstützt die Einklinkung in der Rotorbereitschaftsstellung. Ein federnder Anschlag begrenzt diesesfalls den Pendelweg und ersetzt die gestörte stabile Gleichgewichtslagerung.Der Federweg der Sperrklinkenfeder kann über eine geeichte Skala analog einer Federwaage als Windgeschwindigkeitsmesser und oder zugleich als elektrischer und oder mechanischer Schaltimpuls verwendet werden, um beispielsweise die Stromabgabe erst bei einem bestimmten Stromangebot freizugeben, oder den bei zu geringer Windstärke zwecks Herabsetzung der Getriebeabnutzung blockierten Rotor bei Beginn einer lohnenden Windstärke zu entblocken.
Eine weitere Verbesserung ist die Anordnung der waagrechten Pendelachse überhalb der Rotorwelle, weil dann die waagrechte Pendelachse die Rotorwindangriffsfläche in einen oberen, kleineren Kreisabschnitt, und in einen unteren, größeren Kreisabschnitt teilt, so daß der obere größere Kreisabschnitt mit seiner größeren Windwiderstandsfläche eine größere Windkraft aufniimt als der kleinere Kreisabschnitt. Diese Maßnahme bewirkt bei Sturm ein Ausdemwindpendeln des Rotors ohne separates Geg.ng.wicht, das durch das Rotoreigengewicht selbst gebildet wird.
Besonders vorteilhaft sind die genannten erfinderischen Maßnahmen dann, wenn die Rotornabe direkt auf den dicken Wellenstumpf des zugeordneten, vorzugsweise koaxialen Getriebes aufgezogen, und der Elektrogenerator an den dünnen Wellenstumpf ebenfalls koaxial gekuppelt ist. Diesesfalls wird die waagrechte Pendelachse nicht in der Nähe der axialen Schwerlinie des Rotors angeordnet, sondern in der Nähe einer solchen des Gesamtaggregates, also Pendelsystem, Rotor, Getriebe und Elektrogenerator.
Zwecks festigkeitsmäßiger Entlastung des Getriebewellenstumpfes an der Rotorseite wird der axiale Rotorschwerpunkt genau über dem Wellenstumpfbeginn angeordnet, so daß das Biegemoment völlig ent fällt und ausschließlich eine Querkraft bleibt. Obgleich jede Stellungsänderung des Rotors infolge Kreiselwirkung nur sehr träge erfolgt, wird zwecks weiterer Entlastung dieses Getriebewellenstumpfes ein Getriebe zusätzlich zur Fußausführung mit einer Flanschausführung gewählt, um dessen Flansch mit etwa 1 mm Luft ein am Rotor befestigter, geteilter Uberwurfring greift der bei überlast des Wellenstumpfes zur schleifenden Anlage kommt.
Weil der Wind seine typischen Stromlinien ohnehin bereits vor einem Hindernis bildet, und die heutigen Gittermaste einen sehr geringen buftwiderstand bieten, muß der den Rotor um die senkrechte Achse schwenkbar tragende Mast nicht unbedingt im Windschatten des Rotors stehen, daß also zwecks Indenwindschwenken des Rotors eine separate Windfahne erforderlich ist, sondern der Rotor darf ohne wesentliche Nachteile in bekannter Weise im Windschatten des Mastes angeordnet werden, so daß der Rotor selbst als eine solche, viel wirksamere Windfahne fungiert. Diese Maßnahme ist für die erfindungsgemäße Anordnung der waagrechten Pendelachse überhalb der Rotorwelle sogar erforderlich.
Windrichtungsänderungen bewirken höchst selten eine volle Umdre hung des gesamten Windenergiesystema. Deshalb wird auf eine Schleifringstromübertragung verzichtet, die durch ein flexibles Kabel und sicherheitshalber mit einer Reservelänge so ersetzt wird, daß sich dieses Kabel einige Male um den Mast winden kann.
Um ein Abreißen des Kabels zu verhindern, und um gelegentlich einer Mastbesteigung eine Korrektur vornehmen zu können, wird das Kabel an der Stelle seiner Reservelänge getrennt und mit Steckkontakten wieder verbunden.
in Ausfuhrbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung zeigen Bild 1 : prontsicht Bild j : Ausführbeispiel mit Magnet Bild 2 : Seitensicht 21 zeit den Magneten Bild ö : Ausführbeispiel mit Blattfeder Bild 3 : Draufsicht 22 zeigt die Blattfeder Bild 4 : Seitensicht, Rotor teilweise aus dem Wind gependelt Der Ausleger 9 ist mit seiner Auslegernabe 10 schwenkbar um die senkrechte Zentralachse 11 gelagert und endet in der waagrechten Gabellagerung 6. Das Pendelsystem 12 ist mit seiner Achse 13 in der Gabellagerung 6 mit Lbergewicht der Rotorseite pendelbar eingehängt und trägt das Getriebe 7.
Auf dem Wellenstumpf 2 des Getriebes 7 sitzt mit Nabe 3 der Rotor 1, und zwar so, daß der Rotorschwerpunkt genau lotrecht über dem Wellenstumpfbeginn, also etwa bei dem Flansch 5 liegt.
Der am Rotor befestigte, geteilte Überwurfring 4 greift mit ca 1 mm LUft um den etriebeflansch 5. Der Generator 8 ist direkt an das Getriebe geflanscht, dessen erzeugender Strom über das flexible Kabel 19 nach unten geführt wird. Zwecks Verringerung der Bewegung beim Pendeln des Pendelsystems 12 führt dieses Kabel an einem der Lager der Gabellagerung 6 vorbei, und über Wendel 19 und Steckkontakt 20 nach unten, Weil die Rotorseite dieses Gesamtaggregates (Pendelsystem, Getriebe, Rotor und Generator) etwas Ubergewicht hat, stößt das Pendelsystem gegen den federnden Anschlag 16 und klinkt über die federnde Sperrklinke 14 in den federnden Rasthebel 17 über seine schiefe ebene arretierend ein. Die Kraft der Wieder 15 ist gezielt so einstellbar, daß sich die Sperrklinke 14 bei berwindung des bergewichts des Pendelsystems (beispielsweise bei turm) infolge ihrer Schrägstellung in dem Rasthebel 17 nicht mehr halten kann und den Pendelweg des Gesamtaggregates freigeben muß. Bei Rückkehr der Normalwindstärke drückt das Ubergewicht der Rotorseite des Pendelsystems 12 über Sperrklinke 14 infolge Nachgebens der Feder 18 die schiefe ebene überwindend wieder in den Rasthebel 17 in die normale Betriebsstellung des Rotors arretierend ein. Die Verwendung des Federwegs der Feder 15 als Impuls beispielsweise für eine Windgeschwindigkeitsmessung oder Betätigung einer motorbremse wurde nicht gezeichnet.

Claims

Patentansprüche : ½) Windkraftwerk, dessen Rotor (oder Rotor plus angeschlossene Arbeitsmaschinen) in einem Pendelsystem um eine waagrechte, rechtwinklig zur Rotorwelle stehende Pendelachse gelagert ist, infolge des durch den schwereren Pendelsystemunterteil herrschenden stabilen Gleichgewichts bei Windstille in seiner betriebsstellung beharrt und infolge verschieden großer Windwiderstandsflächen, also bei herrschendem Wind verschieden großer Drehmomente an dem oberen und unteren Pendelsystemteil bei zunehmender Windstärke selbsttätig ebenso zunehmend, und bei Sturm verstärkt in Richtung Fahnenstellung aus dem Wind pendelt, dadurch gekennzeichnet, daß das Pendelsystem durch eine Sperre - beispielsweise Sperrklinke oder Magnet - bei Windstille in ein ihm zugeordnetes, an der das Pendel system tragenden Konstruktion befestigtes Rastsystem in seiner für schwachen und normalen betriebswind günstigsten Betriebsstellung - also in der genauen oder angenäherten Waagrechtstellung der Rotorwelle einrastet, und der Pendelweg in Richtung Fahnenstellung programmiert erst dann freigegeben wird, wenn die Windstärke einen bestimmten, nicht mehr voll verwertbaren Höchstwert überschreitet. ( Orkan )
2. Windkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pendelachse horizontal und parallel aus der Schwerlinie des Pendelsystems herausgeschoben angeordnet wird, und die Beharrung des Rotors ( Pendelsystem) in seiner Betriebsstellung als Ersatz für das gestörte Gleichgewicht durch einen Anschlag (16) erfolgt.
3. Windkraftwerk nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Pendelsystem eine gegen eine veränderbare Federkraft bewegliche Sperrklinke (14) erhält, die in einen ebenfalls gefederten Rasthebel (17) einklinken kann, so daß sich die Feder der Sperrklinke bei Orkan derart dehnt, daß sich die Sperrklinke infolge ihrer Schrägstellung nicht mehr in dem ihr zugeordneten Rasthebel halten kann und den Pendelweg freigeben muß.