DE3419295A1

DE3419295A1 - Windturbine

Info

Publication number: DE3419295A1
Application number: DE19843419295
Authority: DE
Inventors: Heinrich 4791 Altenbeken Oel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-05-24
Filing date: 1984-05-24
Publication date: 1985-11-28

Description

Windturbine
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Windturbine mit mindestens zwei an einem rotierenden, fliegend gelagerten Flügelträger mittels Flügelrohren und um ihre Längsachse drehbar angeschlossenen Flügeln, die bei zunehmenden Windgeschwindigkeiten aus ihrer Grundstellung entgegen der Wirkung eines Kraftspeichers bis in Ausrückstellung verdrehbar sind.
Derartige Windturbinen sind an sich bekannt.
Bei den bekannten Windturbinen ist in einer Ausführung jeder Flügel zur Regelung des Anstellwinkels an den Wind einzeln mit einem Kraftspeicher verbunden. Bei derartigen Ausführungen kommt es besonders bei Windböen zu sehr verschiedenen Anstellwinkeln der Flügel. Das hat ungleichmäßige Belastungen der Windturbine zur Folge, die im Extremfall zur Zerstörung der Windturbine führen können.
Eine weitere Ausführung der bekannten Windturbinen arbeitet bereits mit einer Regelvorrichtung, die die Anstellwinkel der Flügel an den Wind um den gleichen oder annähernd gleichen Betrag bei sich verändernden Windbelastungen verstellt. Der Nachteil dieser Ausführungen liegt in der Verwendung einer aufwendigen und teuren Mechanik oder Hydraulik in Verbindung mit elektronischen Bauteilen.
Der vorliegenden Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, eine Windturbine der gattungsgemäßen Art dahingehend zu gestalten, daß mit einfachsten konstruktiven und fertigungstechnischen Mitteln erreicht wird, daß der Anstellwinkel der Flügel auch bei unterschiedlichen Belastungen möglichst gleich ist.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß allen Flügeln lediglich ein gemeinsamer Kraftspeicher zugeordnet ist und daß alle Flügel bei allen Betriebsbedingungen um den gleichen Winkelbetrag aus ihrer Grundstellung ausgelenkt sind wie der jeweils am stärksten belastete Flügel.
Durch die Anordnung eines gemeinsamen Kraftspeichers für die Regelung des Anstellwinkels der Flügel an den Wind ist es möglich, die Leistungsschwankungen der Windturbine erheblich zu verringern. Die häufig auftretenden Windböen führen bei der erfindungsgemäßen Windturbine zu einer Veränderung des Anstellwinkels aller Flügel um den gleichen Betrag. Die Belastung der Windturbine durch die Windkräfte wird dadurch herabgesetzt.
Der Anstellwinkel der Flügel hängt von der gegebenen Windbelastung ab. Wird ein Flügel extrem belastet, führt dies zu einer Änderung des Anstellwinkels. Die dadurch bedingte Drehung von Flügel und Flügelrohr wird über einen einfachen Mechanismus als Linearbewegung auf den Kraftspeicher übertragen und verursacht eine Längenänderung des Kraftspeichers.
Die Längenänderung des Kraftspeichers ermöglicht es den übrigen Flügeln, die Drehbewegung des überlasteten Flügels durch denselben Mechanismus nachzuvollziehen. Dadurch ist bei Auftreten von Windböen gewährleistet, daß die übrigen Flügel schon vor Eintritt in den Bereich der höheren Windgeschwindigkeit derart eingestellt sind, daß keine oder nur noch geringe Überbelastungen dieser Flügel auftreten.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Windturbine liegt in der besseren Ausnutzung der Windenergie, wobei dies durch eine kostengünstige Regelvorrichtung erreicht wird.
Die geringen Leistungsschwankungen der Turbine bedingen die bessere Ausnutzung der Windenergie und sorgen für eine geringere Lagerbelastung der Windturbine. Die Lebensdauer erhöht sich und die Wartungsintervalle werden länger. Die Regelvorrichtung selbst ist nicht nur von der Fertigung her kostengünstiger, sondern auch von der Wartung. Durch die ausschließliche Verwendung mechanischer Bauteile ist eine geringe Störanfälligkeit gewährleistet.
Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
In den beigefügten Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigen; Fig. 1 eine Vorderansicht einer gesamten Windkraftanlage, Fig. 2 eine Seitenansicht einer Regelvorrichtung mit teilweiser Ansicht eines Flügelträgers, Fi. 3 eine Seitenansicht einer Regelvorrichtung mit Flügelträger und teilweise dargestelltem Flügelrohr nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 4 eine Draufsicht der Regelvorrichtung nach Fig. 2.
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Windturbine dargestellt. Die Windturbine ist auf dem oberen Ende einer freistehenden Tragkonstruktion 1 angebracht. Die Windturbine enthält einen drehbar gelagerten Flügelträger 2, an dem Flügelrohre 3 befestigt sind. Auf dem Flügelträger 2 ist zentrisch eine Regelvorrichtung 4 angeordnet. Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der Windturbine weist drei Flügelrohre 3 auf, die jeweils einen Flügel 30 tragen.
In Fig. 2 ist der nähere Aufbau der Regelvorrichtung 4 gezeigt. In Verlängerung der Drehachse des Flügelträgers 2 ist auf der der Lagerung abgewandten Seite ein Führungsbolzen 40 angeordnet. Der Führungsbolzen 40 ist verdrehungssicher mit dem Flügelträger 2 verbunden. Über den Führungsbolzen 40 ist eine Druckplatte 41 geführt. Die Druckplatte 41 ist in ihrer Mitte mit einer Aufnahmebohrung 141 versehen. Durch die Aufnahmebohrung 141 der Druck- platte 41 ist der Führungsbolzen 40 hindurchgeführt.
Auf der Druckplatte 41 sind auf beiden Seiten der Druckplatte um die Aufnahmebohrung 141 herum je drei Lagerböcke 242 angeordnet. Jeder Lagerbock 242 trägt ein oder mehrere Wälzlager 341. Der Führungsbolzen 40 ist in seinem Führungsbereich 140 als Vielkantprofil ausgeführt. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Fig. 2 bis 4 handelt es sich um ein Sechskantprofil. Auf drei Flächen des Sechskantprofils des Führungsbolzens 40 liegen die Wälzlager 341 an. Eine derartige Ausbildung ermöglicht der Druckplatte 41 eine Linearbewegung in Richtung der Längsachse des Führungsbolzens 40. Durch die Anordnung eines Wälzlagers 341 jeweils oberhalb undgWterhalb der Druckplatte 41 ist eine verhältnismäßig groBe Stützweite für eine leichtgängige und exakte Führung gewährleistet.
Auf der dem Flügelträger abgewandten Seite der Druckplatte 41 ist eine Druck feder 42 angeordnet. Die Druckfeder 42 wird an der Druckplatte 41 innen von Haltestücken 441 geführt und außen durch einen Haltering 541.
Der Haltering 541 und die Haltestücke 441 sind fest mit der Druckplatte 41 verbunden. Besonders deutlich wird die Ausbildung von dem Haltering 541 und den Haltestükken 441 in der Darstellung in Fig. 4 gezeigt.
Das der Druckplatte 41 entgegengesetzte Ende der Druckfeder 42 wird von einer Scheibe 43 aufgenommen. Die Scheibe 43 ist an der der Druck feder 42 zugewandten Seite ringförmig ausgebildet. Dieser Ring 143 greift außen über die Druckfeder 42. Die Scheibe 43 ist mittig mit einer Durchgangsbohrung 243 versehen. Der Führungsbolzen 40 ist an seinem freien Ende 240 als Gewindestück ausgeführt. Das Gewindestück 240 des Führungsbolzens 40 ist durch die Durchgangsbohrung 243 hindurchgesteckt.
Auf das Gewindestück 240 wird eine Mutter 44 aufgeschraubt. Die Mutter 44 legt sich an der Scheibe 43 an und drückt diese gegen das freie Ende der Druckfeder 42 und befestigt somit die Scheibe 43. Zur Sicherung der Mutter 44 kann eine weitere Mutter 44 aufgeschraubt und gekontert werden. Die der Druckfeder 42 abgewandte Seite der Scheibe 43 ist mit einem Schmiernippel 343 und einem oder mehreren Halteröhrchen 443 versehen. Über den Schmiernippel 343 wird ein Schmiermittel durch die Scheibe 43 in das Innere der Druck feder 42 hineingefördert. Die Halteröhrchen 443 dienen zur Montage und zur Einstellung der Vorspannung der Druckfeder 42. Um ein Auslaufen des Schmiermittels aus dem Inneren der Druck feder 42 zu verhindern, ist zwischen der Scheibe 43 und dem Haltering 541 ein Faltenbalg 45 angeordnet.
Die Druckplatte 41 ist, wie Fig. 4 zeigt, als dreiarmiges Gebilde in diesem Ausführungsbeispiel dargestellt.
Am Ende eines jeden Armes ist eine Halterung 641 angebracht. Die Halterung 641 ist gabelförmig ausgeführt, so daß in der Gabel ein Lager 741 aufgenommen werden kann. Das Lager kann ein Wälzlager oder Gleitlager sein.
Die Halterung 641 weist einen Bolzen 841 auf, der das Lager 741 trägt.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel ähnlich der Darstellung in Fig. 2. Lediglich die Druckplatte 41 ist nur auf einer Seite mit den Wälzlagern 341 versehen, was aber als grundsätzliche Ausführung auch durchaus denkbar ist. Zusätzlich zu dem Flügelträger 2 sind in Fig. 3 teilweise die Flügelrohre 3 dargestellt. Der Flügelträger 2 weist an seinen Enden jeweils einen Trägerflansch 20 auf. Die Flügelrohre 3 sind analog dazu mit einem Rohr flansch 31 ausgebildet. Jeder Trägerflansch 20 wird mit einem Rohr flansch 31 verschraubt und verbindet somit das Flügelrohr 3 mit dem Flügelträger 2. Im hier ausgefühtten Beispiel trägt der Rohrflansch 31 einen Exzenternocken 32. Jeder Exzenternocken 32 liegt berührend an einem Lager 741. Das Flügelrohr 3 mit dem Rohr flansch 31 und dem Trägerflansch 20 sind am Flügelträger 2 in hier nicht dargestellter Weise drehbar um ihre Längsachse gelagert. Dieser Mechanismus ermöglicht dem mit dem Flügelrohr 3 verbundenen Flügel 30 ebenfalls eine Drehbewegung um seine Längsachse und somit die Veränderung des Anstellwinkels an den Wind.
Bei sich vergrößernden Windgeschwindigkeiten und sich daraus ergebenden höheren Windkräften im Bereich eines Flügels 30 ändert dieser seinen Anstellwinkel an den Wind. Die Beanspruchung des Flügels 30 durch erhöhte Windkräfte wird über das Flügelrohr 3 als Drehbewegung auf den Rohr flansch 31 in Verbindung mit dem Exzenternocken 32 übertragen. Durch die Verdrehung des Exzenternockens32 verschiebt dieser das Lager 741 und damit die Druckplatte 41 linear in Achsrichtung der Lagerung des Flügelträgers 2. Die Druckplatte 41 wird derart verscho- ben, daß die Druck feder 42 aufgrund der höheren Kraft zusammengedrückt wird. Zwischen den Exzenternocken 32 und den Lagern 741 der übrigen Flügelrohre entsteht durch die Bewegung der Druckplatte 41 ein gewisser Freiraum. Der jeweils entstehende Freiraum wird unmittelbar danach durch eine Nachdrehbewegung der jeweiligen Flügel ausgeglichen. Die auf diesen Flügeln liegende Windkraftbelastung allein reicht nicht aus, ein Verschieben der Druckplatte 41 zu ermöglichen. Erst eine höhere Belastung eines oder mehrerer Flügel sorgt für ein Verschieben der Druckplatte 41 und dadurch bedingt ein Zusammendrücken der Druckfeder 42. Ein hier nicht dargestellter weiterer Federmechanismus kann zur Rückbewegung der Flügel 30 herangezogen werden, wenn die Windkräfte wieder nachlassen.
Bezugszeichenliste 1 Tragkonstruktion 2 Flügelträger 3 Flügelrohr 4 Regelvorrichtung 20 Trägerflansch 30 Flügel 31 Rohr flansch 40 Führungsbolzen 41 Druckplatte 42 Druck feder 43 Scheibe 44 Mutter 45 Faltenbalg 140 Führungsbereich 141 Aufnahmebohrung 143 Ring 240 Gewindestück 241 Lagerbock 243 Durchgangsbohrung 341 Wälzlager 343 Schmiernippel 441 Haltestück 443 Schmiernippel 541 Haltering 641 Halterung 741 Lager 841 Bolzen

Claims

Patentansprüche 1. Windturbine mit mindestens zwei an einem rotierenden, fliegend gelagerten Flügelträger mittels Flügeirohren und um ihre Längsachse drehbar angeschlossenen Flügeln, die bei zunehmenden Windgeschwindigkeiten aus ihrer Grundstellung entgegen der Wirkung eines Kraftspeichers bis in Ausrückstellung verdrehbar sind, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß allen Flügeln (30) lediglich ein gemeinsamer Kraftspeicher zugeordnet ist und daß alle Flügel (30) bei allen Betriebsbedingungen um den gleichen Winkelbetrag aus ihrer Grundstellung ausgelenkt sind wie der jeweils am stärksten belastete Flügel (30).
2. Windturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Flügelrohr (3) mit einem über seinen Umfang hinaus vorstehenden Exzenternocken (32) ausgestattet ist und daß an die Exzenternocken (32) eine unter der Einwirkung des Kraftspeichers stehende und parallel zur Drehachse des Flügelträgers (2) verschiebbare Druckplatte (41) angedrückt ist.
3. Windturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Exzenternocken (32) im Anschlußbereich der Flügelrohre (3) zum Flügelträger (2) angeordnet sind.
4. Windturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Flügelrohr (3) ein im Durchmesser vergrößerter Rohrflansch (31) angebracht ist und der Exzenternocken (32) am Rohrflansch (31) befestigt ist.
5. Windturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Exzenternocken (32) im gleichen Abstand zum Flügelträger (2) angeordnet sind.
6. Windturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatte (41) und der Kraftspeicher koaxial zur Drehachse des Flügelträgers (2) angeordnet sind.
7. Windturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftspeicher eine Druck feder (42) ist, die auf der dem Flügelträger (2) abgewandten Seite der Druckplatte (41) angebracht ist.
8. Windturbine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftspeicher und die Druckplatte (41) auf der der Lagerung des Flügelträgers (2) abgewandten Seite angebracht sind.
9. Windturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Druckplatte (41) mehrere Rollen angebracht sind, welche an den Exzenternocken (32) der Flügelrohre (3) anliegen.
10. Windturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatte (41) längs eines mit dem Flügelträger (2) fest verbundenen Führungsbolzens (40) verschiebbar geführt ist.
11. Windturbine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsbolzen (40) als Vielkantprofil ausgebildet ist.
12. Windturbine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an der Druckplatte (41) mehrere Führungslager angeschlossen sind, die jeweils paarweise an einander gegenüberliegenden Flächen des Vielkantprofils anliegen.
13. Windturbine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten der Druckplatte (41) Führungslager angeordnet sind.
14. Windturbine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (42) durch eine Scheibe (43) abgestützt ist.
15. Windturbine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Ummantelung der Druck feder (42) ein Faltenbalg angeordnet ist.
16. Windturbine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß an der Scheibe (43) ein Schmiernippel (343) angeordnet ist.
17. Windturbine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß an der Scheibe (43) auf der der Druck feder (42) abgewandten Seite eine oder mehrere Halteröhrchen (443) ausgebildet sind.
18. Windturbine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende des Führungsbolzens (40) als Gewindestück (240) ausgebildet ist.
19. Windturbine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (43) in ihrer Mitte eine Durchgangsbohrung (243) aufweist, die über das Gewindestück (240) des Führungsbolzens (40) geführt ist.
20. Windturbine nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (43) mit einer Mutter (44), die auf das Gewindestück (240) aufgeschraubt ist, befestigt ist.