DE4029722A1 - Windgenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Windgenerator gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Genera­ tor derart auszubilden, daß der Stromgenerator bei schwan­ kenden Windgeschwindigkeiten gleiche elektrische Werte liefert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß wie im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben gelöst.

Auf diese Weise wird erreicht, daß oberhalb der Minimal­ geschwindigkeit der Stromgenerator stets gleiche elektri­ sche Werte liefert. Unterhalb der Minimalgeschwindigkeit läuft der Propeller leer: Das ist sinnvoll, weil er dann den Generator besser in Gang bekommt als dann, wenn der Stromgenerator auch bei kleinen Windgeschwindigkeiten sich mitdrehen würde. Bei sehr großen Windgeschwindigkeiten, also oberhalb der Maximalgeschwindigkeit, ist es sinnvoll, wenn die Geschwindigkeit des Propellers mehr und mehr ge­ bremst wird. Diese Bremsung wird erfindungsgemäß damit ge­ koppelt, daß man zugleich Energie sammelt, dies dadurch, daß der Propeller dann außerdem eine Pumpe antreibt, die eine Flüssigkeit in einen Speicher pumpt. Das bzw. die Pla­ netengetriebe sorgt (sorgen) dafür, daß Stator und Rotor hohe Drehzahlen bei geringen Drehzahlen des Propellers haben und daß man zugleich stufenlos die erwähnte Regelung durchführen kann.

Folgende Fälle sind sinnvoll, wobei angenommen wird, daß die Scheibe sich im Uhrzeigersinn dreht und das Ritzel stets die gleiche Geschwindigkeit hat: a) Der Ring steht z. B. bei der Propellerdrehung: 10 U/Min. Das hat zur Folge, daß beispielsweise eine Übersetzung zwischen Scheibe und Ritzel von 1 : 3 vorliegt. b) Der Ring dreht sich im Uhr­ zeigersinn z. B. bei einer Propellerdrehung 15 U/Min. Das hat zur Folge, daß die Übersetzung von der Scheibe zum Ritzel kleiner ist. c) Der Ring dreht sich im Gegenuhrzei­ gersinn z. B. bei einer Propellerdrehung von 8 U/Min. Das hat zur Folge, daß die Übersetzung von der Scheibe zum Ritzel größer ist. Im Falle c erfolgt die Drehung des Ringes durch die hydraulischen Aggregate, die ihre Ener­ gie von den Speichern erhalten (die früher von der Pumpe aufgeladen worden sind). Im Fall b arbeiten die hydrau­ lischen Aggregate als Bremse, wobei die Bremsung variabel entsprechend den Windgegebenheiten ist. Auch im Falle a wird der Ring durch die hydraulischen Aggregate gebremst (derart, daß er stillsteht).

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Windgenerators teilweise im Schnitt,

Fig. 2 schematisch einen Windgenerator gemäß der Erfin­ dung,

Fig. 3 einerseits eine Draufsicht auf ein Planetengetrie­ be teilweise im Schnitt und andererseits einen Schnitt nach der Linie A-A dieser Draufsicht und

Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch den Kontaktbereich zwischen Gestell und Turm.

In Fig. 1 ist ein Windgenerator in Seitenansicht darge­ stellt. Mit 2 ist sein Propeller bezeichnet. Das Gestell 50, in dem der Propeller drehbar um eine horizontale Achse gelagert ist, ist um eine vertikale Achse drehbar auf einem Turm 51 gelagert, so daß sich der Propeller 2 stets in den Wind stellen kann.

In Fig. 2 ist oberhalb einer strichpunktierten Linie 1 der obere Teil des Windgenerators in Draufsicht und un­ terhalb der strichpunktierten Linie 1 der untere Teil des Windgenerators in Seitenansicht dargestellt.

Der obere Teil besteht aus einem Propeller 2, weiteren Teilen, auf die später eingegangen wird, und einem Schneckengetriebe 3. Dieses Schneckengetriebe ist eben­ falls wieder im unteren Teil der Fig. 1 (oben) darge­ stellt. Diesem Schneckengetriebe 3 schließen sich dann weitere Teile, auf die ebenfalls weiter unten eingegangen wird, nach unten hin an. Ein Stromgenerator ist mit 4 be­ zeichnet. Er besteht aus einem Stator 5 und einem Rotor 6.

Im folgenden werden die einzelnen Teile beschrieben: Der Propeller 2 treibt zunächst ein Getriebe 7, bestehend aus einem Zahnring 8 und Zahnrädern 9, an. Die Zahnräder 9 treiben das Schneckengetriebe 3 an. Zwischen dem Pro­ peller 2 und dem Getriebe 7 sitzen ein Drehzahlmesser 10 und eine Kupplung 11. Unterhalb einer Minimalgeschwindig­ keit, die mittels des Drehzahlmessers 10 festgestellt wird, trennt die Kupplung 11 die Getriebekette. Das Über­ setzungsverhältnis des Getriebes 7 ist beispielsweise 1 : 5. Das Übersetzungsverhältnis des Schneckengetriebes 3 ist beispielsweise 1 : 1.

Dem Schneckengetriebe 3 ist dann weiter eine Einwegkupp­ lung 15 nachgeschaltet. Diese sorgt dafür, daß bei be­ sonderen Verhältnissen die nachgeschalteten Teile nicht zu Bruch gehen: Beispielsweise kann sich das Gestell, in dem der Propeller 2 gelagert ist und das sich oberhalb der strichpunktierten Linie 1 befindet, in zwei Richtun­ gen drehen. Das könnte unter Umständen zu ungewollten Drehungen der der Einwegkupplung nachgeschalteten Teile führen. Auch muß berücksichtigt werden, daß der Wind sich sehr plötzlich in beiden Richtungen ändern kann, was zu ähnlichen Effekten führen kann.

Der Einwegkupplung sind sodann drei "erste" Planetenge­ triebe 20, 21 und 22 nachgeschaltet. Diese bestehen aus einem Ring 23 mit Innenverzahnung, einem Ritzel 24, Zahn­ rädern 25, die mit dem Ring 23 und dem Ritzel 24 kämmen, und einer Scheibe 28, welche die Zahnräder 25 drehbar auf­ nimmt. An der Scheibe 26 sitzt jeweils die Antriebswelle und an dem Ritzel 24 die Abtriebswelle. Die Ringe 23 sind über hydraulische Aggregate 27 antreibbar. Man erkennt, daß das rechte hydraulische Aggregat 27 sowohl den Ring 23 des Planetengetriebes 20 als auch den Ring 23 des Pla­ netengetriebes 22 antreibt. Das linke hydraulische Aggre­ gat 27 treibt den Ring 23 des mittleren Planetengetriebes 21 an. Der Antrieb erfolgt jeweils unter Zwischenschaltung eines weiteren Zahnrades 28. Die Übersetzungen der Plane­ tengetriebe 20, 21 und 22 sind beispielsweise jeweils 1 : 3, wobei für diesen Fall Stillstand des Ringes 23 vorausge­ setzt wird.

Oberhalb des Planetengetriebes 20 befinden sich hydrauli­ sche Pumpen 30 und ein Drehzahlmesser 31. Die Pumpen 30 werden oberhalb einer bestimmten Maximalgeschwindigkeit angeschaltet, die der Drehzahlmesser 31 registriert. Sie pumpen eine Flüssigkeit in nicht dargestellte hydrauli­ sche Speicher. Die Pumpen 30 werden über einen Ring 32 mit Innenverzahnung und über mit diesen kämmenden Zahn­ rädern 33 angetrieben. Die Einschaltung der Pumpen 30 erfolgt mittels Kupplungen 34, wobei die Pumpen bei steigender Drehzahl des Propellers nacheinander einge­ schaltet werden.

Die Abtriebswelle des Planetengetriebes 22 ist mit dem Stator 5 des Stromgenerators 4 verbunden. Auf der unte­ ren Seite des Stromgenerators 4 befindet sich ein weite­ res Planetengetriebe 40. Dieses besteht ebenfalls aus einem Ring 41 mit Innenverzahnung, einem Ritzel 42, Zahn­ rädern 43, die mit dem Ring 41 und dem Ritzel 42 kämmen und in einer Scheibe 44 gelagert sind. Die Scheibe 44 ist mit dem Stator 5 fest verbunden. Die Abtriebswelle des Getriebes 40, also die Welle des Ritzels 42, ist mit dem Rotor 6 des Stromgenerators 4 verbunden. Auch dieses Planetengetriebe 40 wird durch ein hydraulisches Aggregat 27 gesteuert, das die Drehungen des Ringes 41 beeinflußt. Mit 45 und 46 sind weitere Drehzahlmesser bezeichnet, wel­ che dafür sorgen, daß Stator und Rotor eine konstante Relativgeschwindigkeit zueinander haben.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht und einen Schnitt eines Planetengetriebes. Der Ring mit Innenverzahnung ist wie­ der mit 23, das Ritzel im Zentrum mit 24, die Zahnräder, die mit dem Ritzel 24 und dem Zahnring 23 kämmen, mit 25 und die Scheibe, die die Zahnräder 25 trägt, mit 26 be­ zeichnet.

Fig. 4 zeigt einen Vertikalschnitt durch den Kontaktbe­ reich zwischen dem Gestell 50 und dem Turm 51. Der obere Teil des Turmes 51 ist mit einem Rahmen 52 ausgerüstet, auf dem das Gestell 50 über vorzugsweise drei Rollen 53 drehbar gelagert ist. Ferner sind mit dem Gestell 50 vorzugsweise drei Rollen 54 verbunden, die schräg an­ geordnet sind und in der inneren Ecke 55 des Rahmens 52 laufen. Auf diese Weise wird eine kippsichere Lagerung des Gestells auf dem Turm gewährleistet.

Anstelle des in Anspruch 1 definierten Antriebs, bei dem die Antriebswelle mit der Scheibe verbunden ist und der Ring mit dem hydraulischen Antriebsaggregat, kann erfin­ dungsgemäß auch die umgekehrte Anordnung vorgesehen sein, bei der die Antriebswelle mit dem Ring und das hydrauli­ sche Aggregat mit der Scheibe verbunden ist.

Das mehrfach erwähnte Planetengetriebe, bestehend aus Ring mit Innenverzahnung, Ritzel im Zentrum des Ringes, Zahnrädern, die mit dem Ring und dem Ritzel kämmen, ei­ ner Scheibe, in der die Zahnräder drehbar gelagert sind, und einem hydraulischen Antriebsaggregat, das das Ge­ triebe steuert, wird auch als solches beansprucht, da es für verschiedene Zwecke sinnvoll eingesetzt werden kann. Das Besondere an diesem Planetengetriebe ist, daß eine stufenlose Regelung der Übersetzung möglich ist.

Anstelle des hydraulischen Antriebsaggregates kann auch ein anderes Steueraggregat, insbesondere ein elektri­ sches, erfindungsgemäß vorgesehen sein.

Anstelle des Propellers kann auch ein Schwungrad erfin­ dungsgemäß vorgesehen sein, das zu einem Meereswellen­ generator oder einem in einem fließenden Gewässer be­ findlichen Generator gehört.

Claims (10)

1. Windgenerator, bestehend aus einem Turm, einem darauf drehbar angeordneten Gestell, einem Propeller mit hori­ zontaler Achse an dem Gestell, der sich in die Windrich­ tung stellen kann, einem Stromgenerator aus Stator und Rotor in dem Turm und einem Übertrager, der die Drehbe­ wegungen des Propellers auf den Stromgenerator überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß sich oberhalb einer Minimalgeschwindigkeit des Propellers (2) Stator (5) und Rotor (6) so umeinander drehen, daß die Relativ­ geschwindigkeit zwischen Stator (5) und Rotor (6) bei schwankenden Windgeschwindigkeiten konstant ist, wobei die Geschwindigkeiten des Stators (5) und des Rotors (6) gegenüber Grund entgegengesetzt zueinander sind, daß sich unterhalb der Minimalgeschwindigkeit des Propellers (2) dieser, nicht aber der Stator (5) und der Rotor (6) drehen, daß oberhalb einer Maximalgeschwindigkeit des Propellers (2) dieser zusätzlich mindestens eine Pumpe (30) antreibt, die eine Flüssigkeit in einen Speicher pumpt, und daß der Übertrager mindestens ein Planetenge­ triebe (20, 21; 22; 40) aufweist, bestehend aus einem Ring (23) mit Innenverzahnung, einem Ritzel (24) im Zentrum des Ringes, Zahnrädern (25), die mit der Innenverzahnung und dem Ritzel (24) kämmen und an einer zum Ring (23) konzentrischen Scheibe (26) drehbar sitzen, wobei die Scheibe (26) mit der Antriebswelle und das Ritzel (24) mit der Abtriebswelle verbunden ist und der Ring (23) von einem hydraulischen Antriebsaggregat antreibbar ist, das von der Flüssigkeit des Speichers antreibbar ist, de­ ren Fluß steuerbar ist.

2. Windgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Drehzähler (10; 31; 46; 45) vorge­ sehen sind die die relevanten Geschwindigkeiten erfas­ sen und Steuersignale abgeben.

3. Windgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dicht hinter dem Propeller (2) eine erste Kupplung (11) vorgesehen ist, die Pro­ peller (2) und Übertrager unterhalb der Minimalge­ schwindigkeit trennt.

4. Windgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß - vorzugsweise hinter der ersten Kupplung (11) - eine Einwegkupplung (15) vorgesehen ist, die die Getriebekette bei ungewoll­ ten Drehungen trennt.

5. Windgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Stator (5) und Rotor (6) zunächst gemeinsam über vorzugsweise drei hintereinandergeschaltete erste Planetengetriebe (20; 21; 22) angetrieben werden und daß anschließend über ein zweites Planetengetriebe (40) der Stator (5) gegenüber dem Rotor (6) oder umgekehrt angetrieben wird.

6. Windgenerator nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ersten Getriebe (20; 21; 22) zwischen Propeller (2) und Stromgenerator (4) liegen und das zweite Getriebe (40) auf der dem Propeller (2) abgewandten Seite des Stromgenerators (4) liegt.

7. Windgenerator nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß von den ersten Planeten­ getrieben (20; 21; 22) zwei (20; 22) gemeinsam von einem hydraulischen Antriebsaggregat (27) unter Zwischenschal­ tung eines weiteren Planetengetriebes (21) antreibbar sind.

8. Windgenerator nach einem der Ansprüche 5 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß von dem zweiten Planetengetriebe (40) die Scheibe (41) mit dem außen liegenden Teil des Stromgenerators (4) und das Ritzel (42) mit dem innen liegenden Teil (6) des Stromgenera­ tors (4) verbunden ist.

9. Windgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß als Speicher mehrere hydraulische Drucktöpfe dienen, z. B. Töpfe, ge­ füllt mit einem Gas, insbesondere Helium, das beim Ein­ dringen der Flüssigkeit zusammengedrückt wird und bei Bedarf die Flüssigkeit zu den hydraulischen Antriebs­ aggregaten drückt.

10. Windgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß das Gestell (50) auf einem Rahmen (52), der am oberen Ende des Turms (51) sitzt, drehbar gelagert ist, wobei vorzugsweise drei an dem Gestell (50) gelagerte Rollen (53) das Gestell (50) nach unten abstützen und vorzugsweise drei weitere an dem Gestell (50) gelagerte Rollen (54) das Gestell (50) an Verkippungen um horizontale Achsen hindern, dies da­ durch, daß die Rollen (54) von unten, schräg nach außen in eine Ecke (55) des Rahmens (52) greifen und in dieser laufen.