DE4029722A1 - Windgenerator - Google Patents
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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.
Priority Applications (2)
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PL (1) | PL291744A1 (de) |
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- 1990-09-17 DE DE4029722A patent/DE4029722A1/de not_active Withdrawn
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- 1991-09-17 PL PL29174491A patent/PL291744A1/xx unknown
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Also Published As
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PL291744A1 (en) | 1993-03-22 |
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Date | Code | Title | Description |
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