DE3231496A1

DE3231496A1 - Windkraftmaschine mit selbsttaetig wirkender sturmsicherung

Info

Publication number: DE3231496A1
Application number: DE19823231496
Authority: DE
Inventors: Emil 4401 Laer Molzan
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-08-25
Filing date: 1982-08-25
Publication date: 1984-03-08
Also published as: DE3231496C2

Description

"Windkraftmaschine mit selbsttätig wirkender
Sturmsicherung" Die Erfindung bezieht sich auf eine Windkraftanlage mit einem der Windströmung ausgesetzten Rotor, der die im Wind enthaltene Energie in nutzbare Wellenleistung umwandelt und drehbar auf einem Trägermast um dessen vertikale Achse angeordnet ist, während der Rotor selbst um eine zum Trägermast senkrecht stehende horizontale Achse umläuft und einem auf einer zur Drehwelle des Rotors koaxialen Welle angeordneten Führungsflügel.
Aus dem DE-GM 7 23 319 ist z. B. eine Windkraftanlage bekannt, bei der eine selbsttätig wirkende Sturmsicheruna vorgesehen ist, so daß bei überschreiten bestimmter Windgeschwindigkeiten die Umlaufgeschwindigkeit des Windrades derart gebremst wird, daß durch zu hohe Umlaufgeschwindigkeiten des Windrades Beschädigungen der nachgeschalteten Aggregate, wie Motore, Wellen usw., ausgeschaltet sind. Bei der bekannten Einrichtung erfolgt diese Sturmsicherung dadurch, daß über ein zweites Windrad, das leichter umläuft als das Hauptwindrad da an dem zweiten Windrad keine Wellenleistung abverlangt wird, die Verstellung der eigentlichen Rotorblat ter erfolgt, so daß bei bestimmten Umlaufgeschwindigkeiten des zweiten Windrades über einen Getriebezug eine Verstellung der einzelnen Rotorblätter des Rotors in eine windwirkungslose Lage erfolgt.
Eine solche Anordnung ist kostenaufwendig, da alle eir zelnen Rotorblätter verstellt werden müssen und auch t verstellten Rotorblättern die Gesamtfläche des Rotors noch unmittelbar in Windrichtung gerichtet ist. Die Rückstellung in die windwirksame Stellung muß über zusätzliche Hilfsaggregate erfolgen, z. B. Rückstellfedern oder Getriebeeinheiten.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Windkraftmaschine mit selbsttätig wirkender Sturmsicherung zu schaffen, die einfach aufgebaut ist, daher kostengünstig hergestellt werden kann, aber gleichzeitig empfindlich auf unterschiedliche Windgeschwindigkeiten reagiert und die sich selbsttätig wieder in die Ausgangslage, d. h. die windgünstigste Lage, zurückstellt, sobald die erhöhte gefährliche Windgeschwindigkeit nachgelassen hat Diese der Erfindung zurgundeliegende Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen genannten Merkmale gelöst, d. h.
im wesentlichen durch die i<ombination eines Windblattes mit einem mit dem Windradblatt gekoppelten Führungsflügel und weiterhin durch ein Hilfswindblatt, wobei diese Gesamtanordnung dafür Sorge trägt, daß bei überschreiten bestimmter gewollt einstellbarer Windgeschwindigkeiten, die Rotoranordnung aus der Hauptwindrichtung ausschwenkt und in eine windneutrale Lage kommt und in dieser Lage durch das Hilfswindblatt gehalten wird, wobei bei Nachlassen der Windgeschwindigkeit aufgrund der vorgesehenen Rückstellkraft ein automatisches Einstellen der Rotoranordnung in die Windrichtungin Abhängigkeit von der gewünschten Windkraft erfolgt.
Die gemäß der Erfindung vorgesehene Rückstellkraft kann einerseits durch ein Gegengewicht geschaffen werden, wobei es aber in gleicher Weise möglich ist, diese Rückstelikraft auch durch einen proportional gesteuerten Stellmotor zu erzeugen, der ternsteuerbar ist.
Gemäß der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß die Lage des Rotors arretierbar ist und damit verriegelbar ist, wobei die Verriegelung mechanisch oder auch über motorische Hilfsmittel erfolgen kann.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemaßen überlegung sind in den Unteranspruchen definiert.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Die Zeichnungen zeigen dabei in Fig. 1 schaubildlich, aber relativ schematisch, eir Windmaschine, bei der der Rotor in Windrichtung ausgerichtet ist, in Fig. 2 die Windmaschine gemäß Fig. 1, wobei der Rotor in einer windneutralen Stellung steht und die mechanische StelLvorrichtung für dei Rotorkopf mit eingezeichnet ist, in Fig. 3 eine Darstellung auf die Vorrichtung von de Seite aus gesehen, die der Darstellung in Fig. 1 gegenüberliegt.
In den Figuren ist mit 1 ein Rotor bezeichnet, der auf eine Drehwelle 2 angeordnet ist, die in einen Rotorkopf 3 mündet und hier über entsprechende nicht dargestellt Getriebeverbindungen zu einem Motor, einer Pumpe od. < führt. Der Rotorkopf 3 ist auf einem Trägermast(4) ang net. Der Rotor selbst besteht aus einzelnen Rotorblät 5 an sich bekannter Bauart.
In den Figuren ist mit "W" die Windrichtung dargestel Der Rotorkopf 3 trägt weiterhin eine Stellwelle 6,an der ein Windblatt 7 außermittig angeordnet ist. Wie dies Fig. 3 zeigt, ist die Stellwelle 6 über einen Lenkerzug 8 mit einer Welle 9 verbunden, die einen Führungsflügel 10 trägt. Der Führungsflügel selbst besteht aus einer wiederum außermittig auf der Welle 9 angeordneten Platte 11 und zwei einander gegenüberliegenden Leitflügeln 12 und 14, wobei die Platte 11 und die Leitflügel 12 und 14 fest auf der Welle 9 angeordnet sind.
über den Lenkerzug 8 ist die Drehbewegung der Welle 9 mit der Drehbewegung der Stellwelle 6 gekoppelt.
Weiterhin ist mit der Drehbewegung der Welle 9 und der Stellwelle 6 ein Hilfswindblatt 15 verbunden, das in Windrichtung konkav gewölbt ausgebildet ist und über eine entsprechende Halterung 16 so angeordnet ist, daß es mit dem Trägermast 4 fluchtet. Bei einer Drehbewegung des Windblattes 7 bzw. des Führungsflügels 10 dreht sich auch das Hilfswindblatt 15 aus der in Fig. 1 dargestellten Stellung in die in Fig. 2 dargestellte Stellung.
Unabhängig von diesen Drehbewegungen ist die eigentliche Umlaufdrehbewegung des Rotors 1 und zusätzlich kann sich der Rotorkopf 3 frei auf dem Trägermast 4 drehen.
Die Wirkungsweise der neuen Einrichtung ist wie folgt: Gemäß der Darstellung in Fig. 1 kommt der Wind in der rotorgunstigsten Lage genau senkrecht auf den Rotor 1 zu und treibt die Rotorblätter 5 zu einer umlaufenden Bewegung an, so daß die im Wind enthaltene Energie in nutzbare Wellenleistung umgewandelt werden kann.
Steigt die Windgeschwindigkeit an und überschreitet ein bewußt einstellbares Naß, wird der Führungsflügel mit seinen Leitflügeln 12 und 14 in eine Drehbewegung gezwungen, die gleichzeitig eine Drehbewegung der Stellwelle 6 und des Windblattes 7 bewirkt und eine Schwenkbewegung des Hilfswindblattes 15. Durch den dann vom Wind auf das Windblatt 7 ausgeübten Druck erfolgt eine Schwenkbewegung des Rotorkopfes um die koaxial zum Trägermast verlaufende Schwenkachse und der Rotor kommt in eine windungünstigere Lage, so daß die erhöhte Windgeschwindigkeit nicht zu einer erhöhten Umlaufbewegung der Rotorblätter führt. Die extreme Verstellbewegung ist in Fig. 2 dargestellt.
Hierbei steht das Windblatt 7 in einer Vertikallage und der Wind drückt voll auf das Hitfswindblatt 15 und hält dadurch die durch die Gegenkraft beaufschlagte Anordnung bestehend aus dem Windblatt 7 und dem Führungsflügel 10 in der in Fig. 2 dargestellten Lage,in der die Rotorblätter 5 in einer windneutralen Stellung stehen.
Die Gegenkraft wird durch das Gegengewicht 17 gebildet, das in Fig. 3 eingezeichnet ist und daß auf der Stellschiene 18 verstellbar und damit hinsichtli seines wirksamen Gewichtes einregulierbar ist Anste le dieses Gegengewichtes 17 kann auch ein proportion gesteuerter Stellmotor vorgesehen sein oder es könne beide Anordnungen kombiniert vorgesehen werden, so daß eine Fernsteuerung der Einrichtung moglich ist.
In Fig. 2 ist weiterhin eine Riegel stange 19 dargestellt, die mittels einer exzentrischen Stellstange 20 unter einen Verriegelungsansatz 21 greifen kann, wobei die Riegelstange 19 drehbar bei 22 gelagert i Hierdurch ist eine Einstellung der Gesamtanordnung der windneutralen Stellung gemäß Fig. 2 möglich. Di Verriegelung der Gesamtanordnung kann aber auch dur den Stellmotor erfolgen oder wiederum durch beide B teile, d. h. mechanisch oder motorisch zusammen.

Claims

"Windkraftmaschine mit selbsttätig wirkender Sturmsicherung" Ansprüche: W Windkraftmaschine mit einem der Windströmung ausgesetzten Rotor, der die im Wind enthaltene Energie in nutzbare Wellenleistung umwandelt und drehbar auf einem Trägermast um dessen vertikale Achse angeordnet ist, während der Rotor selbst um eine zum Trägermast senkrecht stehende horizontale Achse umläuft und einem auf einer zur Drehwelle des Rotors koaxialen Welle angeordneten Führungsflügel, gekennzeichnet durch ein Windblatt (7), das außermittig an einer am Rotorkopf (3) schwenkbar gelagerten Stellwelle (6) angeordnet ist, wobei sich die Stellwelle (6) senkrecht zur Vertikalachse des Trägermastes (4) und senkrecht zur Horizontalachse des Rotors (1) erstreckt und vom Wind gegen die Kraft einer einstellbaren Rückstellkraft (17) aus einer nahezu wirkungslosen Stellung (Fig. 1) in eine voll wirksame Stellung (Fig. 2) verstellbar ist und der Führungsflügel (10) um seine Achse schwenkbar ist und seine Schwenkbewegung mit der Schwenkbewegung des Windblattes (7) gekoppelt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Windblatt (7) bzw. die Stellwelle (6) des Windblattes (7) mit einem weitere Hilfswindblatt (15) derart verbunden ist, daß bei der Verstellbewegung des Windblattes (7) aus der im wesentlichen neutralen in die im wesentlichen voll beaufschlagte Stellung das Hilfswindblatt (15) ebenfalls aus einer neutralen in die voll beaufschlagte Windstellung geführt wird, d. h. eine Kopplung der Schwenkbewegung des Windblattes (7) mit der Schwenkbewegung des Hilfswindblattes (15) und der Schwenkbewegung des Führungsflügels (10).
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfswindblatt (15) in Windrichtung konkav gewölbt ist.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhe gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da die die Verstellbewegung des Windblattes regulierende Rückstellkraft (17) einstellbar ist.
5. Vorrichtung wenigstens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfswindblatt (15) ir der windwirksamen Stellung mit der Achse des Trägermastes ( 4) fluchtet.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß der Führungsflügel (10) aus einer auf der Drehachse außermittig angeordneten Platte (11 und auf der Drehachse angeordnete entgegengesetzt gerichteten Leitflügeln (12, 14) besteh
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Windblatt (7), Hi lfswindblatt (15) und Führungsflügel (10) bestehende, drehbar gekoppelte Einheit hinsichtlich ihrer Drehbewegung blockierbar ist (Fig. 2).
8. Vorrichtung wenigstens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellkraft als einstellbares Gegengewicht (17) ausgebildet ist.
9. Vorrichtung wenigstens nach Ansprüch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellkraft als proportionalgesteuerter Stellmotor ausgebildet ist.