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Regelungsvorrichtung für Windräder Die Erfindung betrifft eine Regelungsvorrichtung
für Windräder, bestehend aus einer um eine Hauptachse drehbaren Nabe, einer Traverse
in Form eines Schraubenflügels, geradlinig geführten Reglergewichten, welche bei
Geschwindigkeitsänderungen um die Hauptachse der Nabe die Traverse um ihre eigene
Achse drehen, und einer entgegen der von den Reglergewichten ausgeübten Fliehkraft
wirkenden Feder. Das Hauptkennzeichen der Erfindung besteht darin, daß die Reglergewichte
mit der Traverse durch an sich bekannte biegsame Teile, welche an einem zylindrischen,
mit derTraverse gleichachsigen Ring befestigt sind, derart verbunden sind, daß die
von den Reglergewichten ausgeübte Kraft der winkligen Verstellung der Traverse um
ihre eigene Achse proportional ist. Das ist ein außerordentlich wichtiger Grundsatz
für die Wirkung einer Regelvorrichtung und trägt wesentlich zur Erzielung einer
genauen Regelung bei. Auf Grund der beschriebenen Anordnung wird die sogenannte
Geradlinienwirkung erreicht, d. h. die Wirksamkeit der Reglergewichte und der Ausgleichsvorrichtung
(Schraubenfeder) in bezug auf die Winkelstellung des Flügels an der eigenen Achse
ergibt in einer graphischen Darstellung eine gerade Linie.
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Das Geradlinien- oder Proportionsmerkmal kann auch durch Anwendung
von Nockenflächen oder besonders geformten Federn erreicht werden, so daß die Regelungskräfte
immer im gleichen Verhältnis zu den Winkelstellungen des Flügels stehen.
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Ein weiteres wesentliches Erfindungsmerkmal besteht darin, daß die
Führungen für die Reglergewichte radial zur Hauptachse der Nabe und senkrecht zur
Flügelachse angeordnet sind, denn hierdurch läßt sich die Reibung der Gewichte in
den Führungen auf ein Mindestmaß beschränken.
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Außerdem ist die gemäß der Erfindung schraubenförmig ausgebildete
Feder derart angeordnet, daß sie die Traverse umgibt und die Hauptachse der Nabe
schneidet, wodurch sie am wenigsten der Fliehkraft ausgesetzt ist, da andernfalls
die auf die Schraubenfeder in starkem Maße ausgeübte Kraft die Wirksamkeit des Reglers
ernstlich gefährden würde.
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Es ist zwar bereits vorgeschlagen, Regler für Windräder zu bauen,
bei welchen ein radialer Flügel um eine in der Umdrehungsebene des Flügels liegende
Achse drehbar angeordnet ist und in Gegenwirkung zu der Spannung einer Feder Zentrifugalgewichte
auf den Flügel wirken und seine Stellung um seine Drehachse derart regeln, daß eine
annähernd gleichbleibende Geschwindigkeit in der Umdrehung des Flügels erzielt wird.
Bei diesen bekannten Anordnungen ist aber auch.
die Feder selbst
der Zentrifugalkraft unterworfen, und die als Gewichte wirkenden Flügel verlagern
während der Drehung ihren Schwerpunkt, so daß eine der Erfindung entsprechende.
genaue Regelung nicht möglicht ist. Es ist auch schon bekannt, die Reglergewichte,
die mit den Flügeln durch ein biegsames Eleinent verbunden sind, in der Umdrehungsebene
der Flügel in Richtung der Flügelachse geradlinig zu bewegen. Bei diesen bekannten
Einrichtungen wird jedoch der Angriffspunkt des biegsamen Elementes bei der Drehung
der Flügel verschoben, so daß die von den Gewichten ausgeübte Kraft nicht den Verdrehungen
des Flügels direkt proportional ist.
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Die bekannten Vorrichtungen waren für Geschwindigkeiten von höchstens
ioo Umdrehungen in der Minute gedacht, was der üblichen Geschwindigkeit bei feststehenden
Windmühlen entspricht, während das Windrad gemäß der vorliegenden Erfindung mit
einer viel größeren Geschwindigkeit arbeitet, und zwar etwa 500o Umdrehungen in
der Minute ausführen kann, wobei die Reglergewichte 29, 3o immer an den Tangentialpunkten
auf den Flügelschaft wirken. Außerdem bewegen sich die Reglergewichte senkrecht
sowohl zur Hauptachse als auch zur Flügelachse. Weiter halten die Ausgleichsgewichte
20l den Flügel. im Gleichgewicht gegen Drehung, so daß er von selbst nicht das Bestreben
hat, während der Drehung um die Hauptwelle sich um die Flügelachse zu drehen. Daraus
ergibt sich, daß die durch die Reglergewichte und durch die Feder ausgeübten Kräfte
verfügbar sind, um die Stellung des Flügels zu regeln.
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1n Verbindung mit einem Reglergewicht und einer Feder gemäß der Erfindung
ist ferner ein Gewicht, sogenanntes Ausgleichsgewicht, mit dem radialen Windflügel
verbunden, . um die Zentrifugalkraft auszugleichen, welche auf den Flügel selbst
um ,seine Drehachse herum wirkt und danach strebt, den Flügel an seiner Achse in
seine Umdrehungsebene einzustellen. Durch diese Anordnung wird daher erreicht, daß
die miteinander verbundenen Teile von der schädlichen Wirkung der sonst unausgeglichenen
Kräfte in dem Flügel selbst (hervorgebracht durch seine Umdrehung), an den Regier-
oder Lenkgewichten und an der Feder befreit werden und eine vollkommenere beständige
Drehgeschwindigkeit des Flügels erreicht wird als bisher.
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Eine beispielsweise Ausführungsform des Reglers gemäß der Erfindung
ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt, in welcher Abb. i eine Draufsicht
einer Windradnabe, wobei das Oberteil der Ummantelung entfernt ist, darstellt. Abb.
2 ist ein senkrechter Schnitt, in Längsrichtung des Flügels gesehen.
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Abb.3 ist ein senkrechter Schnitt nach Linie 3-3 gemäß Abb. i.
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Abb.4 ist ein senkrechter Schnitt nach Linie 4-4 gemäß Abb. 2, in
Richtung des Pfeiles gesehen.
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Abb.5 ist eine schematische Darstellung des Flügels in seinen Stellungen
unter verschiedenen Verhältnissen.
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Das Ende der anzutreibenden Welle ist bei io in Abb.2 gezeigt, es
trägt den zylindrischen Kopf i i, an dessen Außenfläche die Lager 12 und 13 für
die Welle 14 des Windflügels 15 vorgesehen sind. Diese Welle 14 ist in bekannter
Weise so angebracht, daß sie sich zwecks Einstellung der @Teigung des Windflügels
i3 in bestimmten Grenzen drehen kann. Eine -Schraubenfeder 16 umgibt die Welle 14
und strebt ständig danach, den Zapfen 17 gegen den Kopf des mittels Schraubengewinde
verstellbaren Anschlags 18 zu drücken. Der Anschlag i8 wird in der Praxis so eingestellt,
daß der Flügel 15 dadurch in die richtige Anfangsstellung gebracht wird. Ein Ende
der Feder 16 legt sich gegen den in die Hülse 2o eingesetzten Zapfen ig an, während
die Hülse an der von ihr umgebenen Welle 14 befestigt ist. Das andere Ende der Feder
legt sich gegen den Zapfen 21 an, der durch die beiden runden, an dem drehbar in
dem Lager 13 angeordneten Zylinder befindlichen Flansche 22 und 23 hindurchgeht.
Um den Zylinder 24 trotz des Druckes der Feder 16 in einer festen, verstellbaren
Lage zu halten, ist der Flansch 23 mit einer Reihe von Zähnen 25 versehen, wovon
einer an dem Hals 26 der Verstellschraube 27 anliegt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird jedes Ende der Feder mit der
nächsten benachbarten Wicklung der Feder fest verbunden (z. B. durch Schweißung),
wie bei 28 in Abb. i gezeigt. Es wurde gefunden, daß dadurch der sonst durch die
Reibung der freiliegenden Wicklung gegen das feste Ende der Feder entstehende Einstellungsfehler
beseitigt wird. Dieser Fehler hatte eine nachteilige Wirkung, indem er die vollkommene
Regelung der Vorrichtung verhinderte.
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Um den Geschwindigkeitsänderungen in der Umdrehung der Welle io in
zweckmäßigen Grenzen entgegenzuarbeiten, dient eine Einrichtung, durch welche die
anfäng= liehen Geschwindigkeitsänderungen entsprechend die Zentrifugalkraft verändern,
die eine Vergrößerung des Neigungswinkels des Windflügels zu der Umdrehungsebene
bewirkt. Zu diesem Zweck sind zwei Reglergewichte 29 und 30 vorgesehen, die
jeweils an einem Ende der Kette 31 bzw. 32 oder an ähnlichen Vorrichtungen befestigt
sind, wobei
das andere Ende der Kette 31, 32 mit der Welle
14 durch eine von dein Teil 2o aus übergreifende Muffenhülse 33 verbunden ist.
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Wie in Abb. 3 dargestellt, liegen die Reglergewichte in entsprechend
angepaßten Führungen 7o außerhalb der Drehachse, so daß die Zentrifugalkraft dieser
Gewichte einen beständigen Zug ausübt und somit mehr und mehr den Flügel nach der
Umdrehungsebene zu neigt, wodurch der Zapfen 17 von dem Anschlag 18 abgehoben wird.
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Die unausgeglichenen Teile des Windflügels und der daran befestigten
Elemente haben das Bestreben, sich durch ihre Zentrifugalkraft in die Umdrehungsebene
zu stellen. Um diesem für eine genaue Regelung der Vorrichtung schädlichen Bestreben
entgegenzuwirken, werden ein oder zwei (vorzugsweise zwei gegenüberliegende) Gewichte
20x angeordnet, deren gemeinsames Drehmoment im Verhältnis zu der Einstellachse
dem Drehmoment der Masse des unausgeglichenen Teiles entspricht.
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Bei der beispielsweise dargestellten Ausführungsform sind zu diesem
Zwecke zwei einander gegenüberliegende Massen vorgesehen, indem der Körper :2o durch
die drei Flächen 40, 50 und 6o, die durch Einschnitte der sonst zylindrischen
Masse entstanden sind, mit einem Fortsatz ausgebildet ist (vgl. Abb. i und 3). In
Abb. 3 umschließt der punktierte Kreis einen mittleren runden Kern, dessen sämtliche
Teilchen durch die besondere Gestaltung des Kernstückes sich gegenseitig im Gleichgewicht
halten. Alle die Teile des Fortsatzes jedoch, welche über und unter dem punktierten
Kreis liegen, bilden die gleichen und zusammenwirkenden Ausgleichsmassen 2ox, 2o",
die dem eben beschriebenen Zwecke dienen.
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Abb. 5 zeigt den mit a bezeichneten Flügel in seiner Anfangsstellung,
wenn also der Zapfen 17 noch auf der Fläche 6o ruht, während bei b eine Arbeitsstellung
des Flügels gezeigt ist. Der Flügel kann jedoch beim Betrieb jede andere Stellung
von der Stellung in Anlaufrichtung bis zu irgendeinem größeren Winkel als dem bei
b gezeigten Winkel, soweit es die Regelungsvorrichtung zuläßt, einnehmen. Die Stellung
des Flügels bei Stillstand der Vorrichtung entspricht dann wieder der bei a gezeigten
Anfangslage. In Abb. 5 stellt A die Umdrehungsachse und B die Windrichtung dar.
Zum Schutze der Lagerteile usw. wird zweckmäßig eine Ummantelung dem Untersatz i
i entsprechend angepaßt und an diesem wie folgt befestigt.
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Die kuppelförmige Ummantelung, deren Oberteil in Abb.2 fortgelassen
ist, besteht aus einem dünnen zylindrischen Teil 34. Zwei benachbarte Ringnuten
sind am Umfang des oberen Teiles des Untersatzes i i vorgesehen. Auf der inneren
dieser Ringnuten liegt die Kante der Ummantelung auf. Eine genügend große Öffnung
ist bei 35 zur Durchführung des unteren Endes des Windflügels gebildet, wobei die
unteren Kanten an einem Herausgleiten aus dieser Öffnung durch einen kreisförmigen,
übergeschobenen Ring 36 gehindert sind, der also der äußeren Ringnut des Teiles
i i angepaßt ist und die untere Kante der Ummantelung fest umschließt, wenn diese
durch Schrauben 37 oder andere geeignete Befestigungsmittel in ihre Betriebslage
gebracht ist.