DE3333715A1

DE3333715A1 - Anordnung zur anpassung eines windrades an einen elektrischen generator

Info

Publication number: DE3333715A1
Application number: DE19833333715
Authority: DE
Inventors: Walter 5300 Bonn Schönball
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-09-17
Filing date: 1983-09-17
Publication date: 1985-04-11
Also published as: DE3333715C2

Description

Be@@@@@@@@@ Patentanspruche, Zeicheldung und Zusammenfassung
unordnung zur Anpassung eines Windrades an einen elektrischen Generator Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Anpassung eines lindrades an einen elektrischen Generator. Hierfür sind bisher verschiedene Lösungen vorgeschlagen worden.
So ist bekannt, dass der mit einem Windrad verbundene elektrische Generator netzsynchron betrieben wird. Bei starrer Eupplung mit dem Windrad bedeutet dies, dass dem Windrad eine konstante Drehzahl, z.B. entsprechend einer Frequenz von 50 Hz des elektrischen Generators, aufgezwungen wird. Dabei ist nachteilig, dass kein optimaler aerodynamischer Leistungsbeiwert eingehalten wird, und zwar deshalb, weil die Windströmung inner mit wechselnder Geschwindigkeit auf das Windrad trifft.
Bei einer anderen bekannten Anordnung wird eine Pufferbatterie verwendet, welche die elektrische Versorgung übernimmt, wenn windbedingte momentane Versorgungslücken auftreten. Diese Anordnung hat den tfachteil,- dass RegelKnordnung und Batterie unwirtschaftlich teuer sind.
sinne andere Lösung schlagt vor, dem Windrad eine Eraftmaschine, z.B. einen Dieselmotor, beizustellen. Diese soll den elektrischen Generator antreiben, wenn die Windkraft dazu kurzzeitig nicht ausreicht. Hierbei wird wiederum eine konstanze Drehzahl des elektrischen Generators vorausgesetzt, bei der ebenso wie beim Netzsynchronen Betrieb ein optimaler aerodynamischer irkungsgrad des Windrades nicht eingehalten werden kann.
Schliesslich ist vorgeschlagen worden, dass die Wrellenleistung des Windrades einem, einen Elektromotor antreibenden ersten Generator zugeführt und der Motor mit einem zweiten, ein Verbrauchernetz speisenden Generator gekuppelt ist. Dies ist eine aufwendige und unwirtschaftlich teure Regelanordnung.
Gegenüber den bisherigen Lösungsvorschlägen besteht die erfinderische Aufgabe darin, einerseits eine Anordnung zur Anpassung des indrades an den unregelmässigen Windfluss zu schaffen. Dies kann z.B. bei fest am Windrad angebrachten, aerodynamisch geformten Rotorblättern durch eine windflussentsprechende variable Drehzahl des Windrades derart erfolgen, dass die aerodynamisch günstigste Schnellaufzahl (Verhältnis Blattspitzengeschwindigkeit : Windgeschwindigkeit) bei allen verschiedenen Windgeschwindigkeiten ann-hernd gleich bleibt. - Zum anderen besteht die Aufgabe darin, den elektrischen Generator derart durch das variabel laufende Windrad antreiben zu lassen, dass dieser mit konstanter und im Verhältnis zum Windrad wesentlich höherer Drehzahl, z.B.
konstant 1.000 U/min,'betrieben werden kann. Diese doppelte technische Aufgabe wird gemäss dem erfinderischen Gedanken auch im Hinblick auf eine kostengünstige Durchführung mittels eines zwischengeschaltetem, besonders ausgestaltetem Schwungrad gelöst.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung näher erlautet. Dabei ist die Abbildung eine schematische Darstellung der erfinderischen Anordnung.
Entsprechend der Abbildung wird die Drehbewegung eines Windrades 1, das hier eine horizontale Achse hat, über die Drehachse 2 und das Umlenkgetriebe 3 mittels einer senkrechten Drehachse 4 und der Kupplungs-/Getriebe-/Brems-Anordnung 5 auf die Schneckenwelle 6 übertragen. Demgemäss wird die Schneckenwelle 6 mechanisch vom Windrad aus in Umdrehung versetzt und zwar entsprechend der variablen Drehgeschwindigkeit des Windrades in einer mehr oder weniger grosse Umdrehungsgeschwindigkeit. - Die Umdrehung erfolgt entsprechend dem erfinderischen Gedanken in Richtung des aufsteigenden Schneckenganges.
Auf der Schneckenwelle 6 ist das Schwungrad 7 derart drehbar auf dem Schneckengang gelagert, dass es mittels einer Rollen-/ Gleit-/Magnet-Anordnung auf dem Schneckengang drehend hinabgleiten kann. Dabei ist die Drehbewegung des Schwungrades derjenigen der Schneckenwelle entgegengesetz. Dies hat zur Folge, dass das Schwungrad 7 entsprechend der windradangetriebenen variablen Drehgeschwindigkeit der Schneckenwelle auf dem Schneckengang immer zu dem oberen Liellenende hin bewegt wird.
Andererseits gleitet das Schwungrad 7,auf dem Schneckengang eine dauernde gleichförmige Drehbewegung ausführend, immer zum unteren Ende der Schneckenwelle 6 hin. Wenn die variable Drehgeschwindigkeit der windradangetriebenen Schneckenwelle der gleichförmigen Drehgeschwindigkeit des Schwungrades entspricht, vollzieht sich der Vorgang ohne Unterbrechung. Die Höhe der Schneckenwelle bestimmt die Variationsbreite in der ,chwankungen des 9findflusses, d.h. mit variabler Geschwindigkeit ausgefuhrte Drehung der Schneckenwelle ohne ,Ginfluss auf das gleichförmige Drehen des Schwungrades. Auf diese Weise bildet die Anordnung des Schwungrades auf der Schneckenwelle einen kurzzeitigen nergiespeicher von z.B. 10 bis 50 Minuten.
Deshalb kann nunmehr über den Aussenrand 8 des ,,chwungrades 7 mittels Reibrad, Treibriemen oder auf andere Weise ein elektrischer generator 9 angeschlossen werden, der innerhalb der oben beschriebenen Variatsionsbreite bzw. der Kapazität des kurzzeitigen Energiespeichers immer mit der gleichen Geschwindigkeit, nämlich der Drehgeschwindigkeit des Schwugrades auf dem ochneckengang, angetrieben wird. Dabei dienst der grosse Durchmesser des Schwungrades und der kleine Durchmesser des Reibrades am Generator als Uebersetzung. Deshalb kann die Anordnung Schwungrad/Reibrad ohne zusätzlichen Aufwand derart gestaltet werden, dass die Drehgeschwindigkeit des elektrischen Generators z.B. 1.000 U/min, entsprechend 22Q V, 50 Hz erzeugter Elektrizität beträgt.
Um die Geschwindigkeit des Hinabgleitens des Schwungrades 7 auf der Schneckenwelle 6 beeinflussen zu können, sind entsprechend dem erfinderischen Gedanken unter dem Schwungrad mehrere Stutzen 10 angebracht, die den Gleit-/Rollen-/I4agnet-Ring 11 tragen, auf den das Schwungrad 7 mittels eines auf seiner Unterseite angebrachten ringförmigen Gegenlagers zum Ring 11 auflaufen, ausdrehen und zur Ruhe kommen kann. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, dass sich die Schneckenwelle 6 im Punkt 5 durch eine entsprechende Vorrichtung von der Welle 4 abkuppelt; wenn das Schwungrad durch den Ring 11, der von den Stützen 10 getragen ist, an der weiteren Abwärtsbewegung auf der Schneckenwell gehindert wird. Dies hat zur Folge, dass die Schneckenwelle 6 mittels der Führungen des Schwungrades 12 im Schneckengang in Drehrichtung des Schwungrades mitgenommen wird, solange die Drehung des Schwungrades anhält. Die Stützen des Ringes 11 sind im übrigen mittels einer Hydraulik oder elektromotorisch in der Höhe verstellbar, so dass das vorstehend beschriebene Anhalten des Sch~ngrades in der Lbwärtsbewegung auf jedem Niveau der Schneckenwelle erfolgen kann.
Das Abstützen des Schwungrades mittels der Stützen 10 und des Ringes 11 hat im übrigen den Zweck, die Nasse des Schwungrades zu beeinflussen, d.h. die Masse wird beim Vorgang des Abstützens hinsichtlich ihrer Wirkung auf das Drehmoment des Schwungrades geringer. Dieser Zusammenhang wird nach dem erfinderischen Gedanken zur Steuerung der Schwungradanordnung benutzt. Zum Beispiel wird der Ring mittels der Stützen dann mehr oder weniger zur Abstützung des Schwungrades hochgefahren, wenn der elektrische Generator wlbel.-tstet ist und wenig Energie aus dem Schwungrad entnimmt. Andererseits wird die Abstützung ganz unterlassen, wenn der elektrische Generator voll belastet und dementsprechend viel Energie am Schwungrad abgenommen wird. Es ist dementsprechend möglich, das Drehmoment des Schwungrades durch mehr oder weniger starkes und langes Abstützen des Schwungrades dergestalt zu beeinflussen, dass dies Drehmoment jeweili einer wechselndenLastabnahme des elektrischen Generators entspricht, was zur Folge hat, dass die Drehgeschwindigkeit des SchwutgraÆes und damit des elektrischen Generators durch entsprechende Steuerung immer gleich gehalten werden kann.
Im übrigen sind zwischen den Stützen 10 und dem Ring 11 die Federn 13 angebracht, die beim Abstützen des Schwungrades 7 zusammengedrückt werden. Dies erleichtert den Wiederanlauf der Windrad/Schwungrad-Anordnung, wenn das Windrad bei sind stille stehen geblieben ist. Da es für einen wirtschaftlichen Betrieb des Windrades notwendig ist, dass es schon bei einer nied rigen wandstärke anläuft, wenn die Kraft des Windes gering ist, wird dies dadurch erleichtert, dass die Schneckenwelle 6 zunächst nur durch die nicht durch Federkraft abgestützte Masse des Schwungrades belastet ist.
Andererseits befindet sich am oberen Ende der Schneckenwelle 6 eie Vorrichtung 14, die höhenverstellbar ist, bei deren Brreichen das Schwungrad eine mechanik betätigt, die das Windrad z.B. über ein Gestänge aus dem Wind dreht. Das Schwungrad kann stattdessen auch einen Schalter betätigen, durch den das -çMindrad auf andere Weise ausse Betrieb gesetzt wird. Die Schaltungen werden durch das schwungrad rückgängig gemacht und damit das vJindrad automatisch wieder in Betrieb gesetzt, sobald das Schwungrad den Bereich der höhenverstellbaren Vorrichtung in wichtung unteres Ende der Schneckenwelle 6 wieder verlässt.

Claims

Patentansprüche 1. Ein Windrad, dem ein Schwungrad und ein Elektrogenerator zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnett dEss von dem Windrad eine senkrechte Schneckenwelle im Sinne des aufsteigenden Schneckengoilges gedreht wird. Auf dem Schneckengang befindet sich mittels Rollen-, Gleit- oder Magget-Lager ein Schwungrad, das aufgrund seiner Schwerkraft im Sinne des absteigenden Schneckenganges drehend die Schneckenwellehinabgleitet. Am äusseren Rand des Schwungtade# befindet sich ein elektrischer Generator, der mittels Reibrad oder auf andere Weise vom Schwungrad angetrieben wird.
2. Ein Windrad nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass unter dem Schwungrad höhenverstellbar$ Stützen angebracht sind, die einen Ring mit Rollen-, Gleit- oder Magnetlager tragen, auf dem das Schwungrad mittels eines entsprechendem Gegenlager auf seiner Unterseite abgestützt werden kann.
3. Ein Windrad nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Stützen und dem Ring Federn angebracht sind, die sich unter der Last des abgestützten Schwungrades zusammendrücken oder anderweitig spannen.
4. Ein Windrad nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass vom Schwungrad ein Mechanismus oder eine Schaltung betätigt, welche das Windrad aus dem Wind dreht oder sonst abschaltet, wenn das Schwungrad auf der Schneckenwelle eine einstellbare Position in Richtung oberes Ende der ,chneckenwelle durchläuft.
5. Ein Windrad nach den Ansprüchen 1 bis 4dadurch gekennzeichnet, dass statt eines elektrischen Generators ein mechani sches oder anderes Arbeitsgerät angetrieben wird.