DE3108945A1 - Windrad - Google Patents

Description

• Eisenwerke Kaiserslautern Entwicklungsgesellschaft mbH,
• Kaiserslautern/Pfalz " W i n d r a d Die Erfindung betrifft ein Windrad und geht von einer Ausbildungsform'aus, die eine Mehrzahl von um eine gemeinsame senkrechte Drehachse angeordneten ebenfalls senkrecht ausgerichteten Flügelprofilen aufweist ( sog. Darrieus-Rotor).
• Damit solche Windräder überhaupt unter dem Einfluß des Windes anlaufen, müssen die Flügelprofile, gesteuert von einer Windfahne, in ihrer Lage abhängig von der Windrichtung über einen Exzenter und ein entsprechendes Gestänge verstellbar sein.
• Die wirtschaftliche Ausnutzung der Windenergie ist nicht durch Anlagen möglich, die nur den Staudruck der Windkraft ausnutzen. Nur Anlagen, die den Tragflügeleffekt zur Erhöhung des Wirkungsgrades also z.B. das vorbeschriebene Windrad benutzen, haben Aussicht auf wirtschaftlichen Erfolg.
• Diese nach dem Tragflügelprinzip arbeitenden Windräder haben andererseits den Nachteil, daß ihr optimaler Wirkungsbereich bei höhren Drehzahlen liegt.
• Die im Jahres schnitt vorhandenen geringen Windgeschwindigkeiten in Mitteleuropa von ca. 3 - 5 m/sek erfordern leichte Bauweisen um neben anderen Maßnahmen überhaupt ein selbsttätiges Anlaufen des Windrades zu ermöglichen. Diese Notwendigkeit und die Bemessung auf Lastspielzahlen von 107 bis 108 geben keinen Spielraum, um die bei Sturm auftretenden Windgeschwindigkeiten von 42 m/s aufwärts in der Konstruktion. berücksichtigen zu können.
• Es ist somit bei diesen Windrädern wie auch bei allen anderen derartigen Anlagen erforderlich, die maximale Drehzahl bei Sturm zu begrenzen, da sonst die Flügelprofile den auftretenden Fliehkräften nicht mehr standhalten können und nach außen geschleudert werden, was eine Gefahr für die gesamte Umgebung bedeutet.
• Gewisse Drehzahlen und damit verbundene Fliehkräfte dürfen also nicht überschritten werden. Es muß eine Drehzahlbegrenzung nach oben erfolgen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einfache, sichere und konstruktiv wenig aufwendige Mittel zur Abbremsung bei Erreichen einer bestimmten Umlaufgeschwindigkeit des Windrades zu finden. Außerdem soll die Bremseinrichtung wartungsfrei sein und über sehr lange Zeitspannen absolut wirksam bleiben, gerade weil ihr Ansprechen nur selten zu erwarten ist.
• Eine verhältnismäßig aufwendige Möglichkeit wäre das Ausfahren einer Abdeckung vor oder hinter dem Windrad. Diese Einrichtung scheint jedoch nur bei sehr kleinen Anlagen möglich und muß durch ein besonderes Regelelement gesteuert werden.
• Auch der Einbau von Bremsen an der Abtriebswelle gesteuert über Drehzahl- oder Windmessung scheint zu aufwendig und erfordert zusätzliche Ausfallsicherheitseinrichtungen.
• Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe in einfacherer und sicherer Weiser ausgehend von einem Windrad der eingangs beschriebenen Ausführungsform, bei welchem zur Drehzahlbegrenzung in die Stangen des Verstellgestänges entsprechend dimensionierte, vorgespannte Federn eingebaut sind.
• Erreicht das Windrad eine gewisse vorbestimmte Drehzahl, können die Flügelprofile unter Überwindung der Federkraft dieser vorgespannten Federn aus ihrer maximalen Wirkstellung verschwenken, so daß die an sich durch den Wind auf sie ausgeübte Kraft nicht mehr voll wirksam übertragen wird.
• Bei Überschreitung einer durch die Federkraft vorgegebenen Drehzahl werden die Flügelprofile durch die Fliehkraft nach außen verstellt und bremsen damit das Windrad ab. Damit kann selbst bei Sturm eine Drehzahl eingehalten werden, die für die Gesamtkonstruktion ungefährlich ist. Die Anlage ist wartungsfrei und absolut sicher, da selbst beim Bruch der Feder oder des Gestänges die Bremswirkung voll erhalten bleibt. Auch bei Sturm ist noch eine Energieerzeugung gewährleistet. Die Einstellung des Exzenters des Gestänges abhängig von der Windrichtung erfordert nur sehr geringe Kräfte und ist mit einer Wind fahne mit geringen Abmessungen möglich. Auch bei Ausfall der Windfahne wird die Bremswirkung nicht beeinträchtigt, so daß auch hier der Sicherheit Rechnung getragen ist.
• Weitere Merkmale der Erfindung und Einzelheiten der durch dieselbe erzielten Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer in den beigefügten Zeichnungen rein schematisch und beispielsweise dargestellten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes: Fig. 1 zeigt ein Windrad mit der erfindungsgemäusen Ausstattung in der Seitenansicht, in Fig. 2 ist eine Draufsicht wiedergegeben, Fig. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab eine Einzelheit in Zusammenhang mit Windfahne, Exzenter und Gestänge, Fig. 4 zeigt schließlich wiederum in vergrößertem Maßstab die erfindungsgemäß vorgespannte Feder im Gestänge.
• Zum Beispiel auf einem Schornstein 1 eines Wohnhauses kann ein Windrad 2 mit um eine senkrechte Mittelwelle 3 umlaufenden Flügelprofilen 4 unter Zwischenschaltung eines entsprechenden Ständers 5 montiert werden. Zwischen der Mittelwelle 3 und den Flügelprofilen 4 verlaufen Stangen 6, die einerseits an einer Nabe 7, andererseits an den Flügelprofilen 4 angelenkt sind. Auf der Nabe 7 sitzt unter Zwischenschaltung eines Exzenters 8 eine Windfahne 9.
• Zwischen dem Exzenter 8 und den Flügelprofilen 4 verlaufen weitere Verstellstangen 10, die einerseits am Exzenter 8, andererseits an den Flügelprofilen 4 angelenkt sind. Damit ist, abhängig von der Stellung der Windfahne 9, eine Winkelstellung der Flügelprofile 4 in Funktion des Drehwinkels um deren senkrechte Achse möglich. In Fig. 2 ist die Windrichtung zum Beispiel mit dem Pfeil 11, die Drehrichtung des Windrades mit dem Pfeil 12 angedeutet.
• Um nun eine Umdrehungsgeschwindigkeit, die über den durch die Konstruktion gesetzten Grenzen, zum Beispiel bei starkem Sturm, liegen-würde, sind in die Stangen 10 Federn 13 in einem Gehäuse 14 eingefügt, die vorteilhafterweise das eine dem Exzenter 8 zugewandte Ende der Verstellstangen 10 bilden können. Die Federspannung der vorgespannten Feder 13 ist abhängig von der zulässigen Höchstdrehzahl und damit bei dieser auf die Flügelprofile wirkenden Kräfte vorbestimmt. Diese Feder läßt also bei Überschreiten dieser Drehzahl ein weiteres Ausschwenken der Flügelprofile zum Beispiel um 15 aus deren Wirklage zu. Die auf diese Profile einwirkenden Windkräfte kommen nicht mehr voll zur Wirkung.
• Das Windrad bleibt also mit seiner Drehgeschwindigkeit unter deren zulässigen oberen Grenze. Der gegen die Rückstellkraft der Feder zurücklegbare Weg ist in Fig. 4 mit den Pfeilen 15 angedeutet.

Claims (2)

1. Eisenwerke Kaiserslautern Entwicklungsgesellschaft mbH, Kaiserslautern/Pfalz W 1 n d r a d P a t e n t a n s Q r u c h e Windrad mit einer Mehrzahl von um eine gemeinsame senkrechte Drehachse angeordneten, ebenfalls senkrecht ausgerichteten Flügelprofilen und einer Windfahne, wobei die Flügelprofile gesteuert von dieser Windfahne in ihrer Lage abhängig von der Windrichtung über einen Exzenter und ein entsprechendes Gestänge verstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Drehzahlbegrenzung bei Überschreiten einer vorbestimmten Windgeschwindigkeit in die Stangen des Verstellgestänges entsprechend dimensionierte vorgespannte Federn eingebaut sind.
2. 2.) Windrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder in einem Gehäuse untergebracht ist, das am die Windfahne tragenden Exzenter angelenkt ist und mit ihrem einem Ende am Gehäuseabschluß anliegt, während sich ihr anderes Ende an einem Endflansch der Verstellstange, die eine entsprechende öffnung im Gehäuseabschluß durchdringt, abstützt.