DE3108945C2 - Windrad - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Windrad, ausgehend von dem bekannten sogenannten Darrieus-Rotor, mit einer Mehrzahl von um eine gemeinsame senkrechte Achse angeordneten, ebenfalls senkrecht ausgerichteten Flügelprofilen. Um den Anlauf eines solchen Rotors bei schwach einsetzendem Wind zu ermöglichen, müssen die Flügelprofile gesteuert von einer Windfahne in ihrer Lage zur Windrichtung über ein entsprechendes Gestänge verstellbar sein. Derartige Windräder weisen gegenüber anderen, den Wind ausnützenden, krafterzeugenden Maschinen eine Vielzahl von Vorteilen auf, sind aber in ihrer Umdrehungsgeschwindigkeit zunächst unmittelbar abhängig von der jeweiligen Windgeschwindigkeit. Das kann bei Sturm, also bei Überschreiten einer bestimmten Windgrenzgeschwindigkeit, zur Zerstörung des Windrades unter dem Einfluß der auftretenden großen Fliehkräfte führen. Um nun bei Überschreiten einer bestimmten, von der Konstruktion abhängigen Windgrenzgeschwindigkeit die Drehgeschwindigkeit des Windrades nicht mehr mitsteigen zu lassen, ist zur selbsttätigen und wartungsfreien Abbremsung in den Stangen des Verstellgestänges für die einzelnen Flügelprofile jeweils eine entsprechend dimensionierte vorgespannte Feder eingebaut.

Description

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). Dsmit so^he Windräder überhaupt unter dem Einfluß des Windes anlaufen, müssen die Flügelprofile, gesteuert von r^:ner 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 anf wirtschaftlichen Erfolg.

Diese nach dem Tragflügelprinzip arbeitenden Windräder haben andererseits den Nachteil, daß ihr optimaler Wirkungsbereich bei höheren Drehzahlen liegt.

Die im Jahresschnitt 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 10' bis 10⁸ geben keinen Spielraum, um die bei Sturm auftretenden *>s 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 so 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 Antriebswelle, gesteuert über Drehzahl- oder Windmessung, scheint zu aufwendig und erfordert zusätzliche Ausfallsicherheitseinrichtungen.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe in einfacher -und sicherer Weise, 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 verstell; 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 Windfahne mit geringen Abmessungen möglich. Auch bei Ausfall der Windfahne wird die Bremswirkung nicht beeinträchtigt, so daß auch hier der Sicherheit Rechnung getragen ist.

In der nachfolgenden Beschreibung einer in den Zeichnungen rein schematisch und beispielsweise dargestellten Ausführungsform ist der Erfindungsgegenstand näher erläutert

F i g. 1 zeigt ein Windrad mit der erfindungsgemäßen Ausstattung in der Seitenansicht: in

F i g. 2 ist eine Draufsicht wiedergegeben;

F i g. 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 F i g. 2 ist die Windrichtung zum Beispiel mit dem Pfeil 11, die Drehrichtung des Windrades mit dem Pfeil 12 angedeutet.

Um nun eine Umdrehungsgeschwindigkeit, die Ober 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 Federspai.iiung 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 Oberschreiten dieser Drehzahl ein weiteres Ausschwenken d?r 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 einer Drehgeschwindigkeit unter deren zulässigen oberen Grenze. Der gegen die Rückstellkraft der Feder zurücklegbare Weg ist in Fig.4 mit den Pfeilen 15 angedeutet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. 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 um die senkrechte Drehachse verstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Drehzahlbegrenzung bei Oberschreiten einer vorbestimmten Windgeschwindigkeit in die Stangen (10) des Verstellgestänges entsprechend dimensionierte vorgespannte Federn (13), eingebaut sind.

2. Windrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (13) in einem Gehäuse (14) untergebracht ist, das am die Windfahne tragenden Exzenter angelenkt ist und mit ihrem einem Ende am Gehäuseafcxichluß anliegt, während sich ihr anderes Ende an einem Endflansch der Versiellstange, die eine entsprechende Öffnung im Gehäuseabschluß durchdringt, abstützt