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Vorrichtung zum Einstellen von Windrädern mit einer den beweglichen
Kopf des Windrades drehenden Windrose Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur
Einstellung von Windrädern, die kräftig und sicher arbeitet, geringes Gewicht besitzt
und einen minimalen Raumbedarf erfordert.
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Es sind Einstellvorrichtungen bekannt, bei denen das Windrad an einem
um eine feste Stütze drehbaren Kopf angeordnet ist. Die Drehung dieses Kopfes wird
durch eine kleine Windrose gesteuert, deren Drehebene normalerweise senkrecht zur
Drehebene des Hauptwindrades steht.
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Bei Drehung des Windes wirkt dieser unter einem gewissen Winkel auf
die Windrose und dreht diese, wodurch das Verschwenken des Traggestelles des Hauptwindrades
und die Einstellung desselben erfolgt.
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Um das Windrad zu verschieben, kann das Gehäuse der Windrose auch
auf der Stütze des Hauptwindrades um 9o ° verschwenkt werden, so daß ihre Drehebene
parallel zu der des Hauptwindrades liegt.
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Diese Verschwenkung kann sowohl von Hand als auch selbsttätig unter
der Einwirkung des Windes vermittels einer Windfahne erfolgen, sobald die Geschwindigkeit
einen gewissen Wert überschreitet.
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Diese bekannten Vorrichtungen haben den Nachteil, wenig empfindlich
zu sein und daher nur eine ungenaue Einstellung zu bewirken. Wenn der anfänglich
senkrecht zur Drehebene des Windrades kommende Wind die Richtung ändert, wirkt er
auf die Windrose unter einem Winkel, der im allgemeinen nicht sehr groß ist, so
daß das auf die Windrose ausgeübte Moment den Widerstand nicht überwindet und daher
die Einstellung nicht erfolgt.
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In der deutschen Patentschrift 393 685 ist eine Stabilisdtionseinrichtung,
insbesondere für Flugmaschinen, beschrieben, die im wesentlichen aus einer aus gekrümmten
Flächen gebildeten Windfahne besteht, die an einer der Seiten eines Gelenktrapezes
angeordnet ist. Diese Windfahne hat die Eigenschaft, um einen wesentlich größeren
Winkel als den Drehwinkel des Windes zu schwenken.
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Erfindungsgemäß wird diese Windfahne für die Einstellvorrichtung von
Windrädern benutzt.
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Infolge der genannten Eigenschaft der Windfahne kann diese nicht unmittelbar
zur Einstellung von Windrädern verwendet werden, da die Verschwenkung des Windrades
viel größer als die Änderung der Windrichtung sein würde und daher keine richtige
Einstellurig erfolgen würde. Daher wird die Windfahne in Kombination mit einer Windrose
verwendet, deren Gehäuse um die Stütze des Windrades - drehbar angeordnet ist und
die
durch die Windfahne unabhängig von dem Windrade eingestellt
wird.
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Zu diesem Zwecke ist das Gehäuse der Windrose mit einem der Arme des
Gelenktrapezes der Windfahne entweder mittelbar oder über ein Vorgelege verbunden,
das die von der Windfahne erzeugte Nutzwirkung vervielfacht.
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Wenn die Windrichtung sich ändert, dreht sich die Windfahne um einen
größeren Winkel derart, daß die Windrose von,- dem Wind unter einem Winkel angegriffen
wird, der die sofortige Drehung derselben und infolgedessen eine schnelle und sichere
Einstellung des Windrades gewährleistet.
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In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt. Es zeigen Abb. i eine perspektivische Ansicht einer Windrose mit einer
Einstellvorrichtung gemäß der Erfindung, Abb. 2 eine -Seitenansicht, Abb.3 und 4
schematische Ansichten der Einstellvorrichtung, Abb. 3a eine andere Ausführung der
Windfahne, Abb.5 einen senkrechten Schnitt durch das Übersetzungsgetriebe im vergrößerten
Maßstabe, Abb. 6 einen Schnitt nach der -Linie X-X der Abb. 2, Abb. 7, 8 und 9 schematische
Ansichten der Einstellvorrichtung.
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Das Gehäuse i, welches das Getriebe für das Windrad 2 enthält, ist
um seine senkrechte Achse 3 (Abb. 2) gegenüber einem festen Lager .4 für die Gesamtvorrichtung
drehbar. An diesem Gehäuse ist ein Traggestell 5 in den Lagern 6 und 7 mit Bezug
auf das Gehäuse i drehbar angeordnet, wenn es von der Hauptfahne 8 unter gewissen
noch anzugebenden Bedingungen mitgenommen wird.
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An dem Traggestell s ist die Welle der Windrose 9 in folgender Weise
befestigt: Ein Kegelrad io, das auf der Achse der Windrose sitzt, kämmt mit einem
Kegelrad ii, das auf der Achse einer Schnecke 37 angebracht ist. Diese dreht ein
Schneckenrad 39, auf dessen Achse wieder eine Schnecke 38 (Abb. i und 6) sitzt,
die mit dem Zahnkranz 14 des festen Lagers 4 kämmt. Die Windrose 9, deren Schaufeln
eben und unter einem Winkel von 45 gegen die Drehachse geneigt sind, dreht sich,
je nach der Windrichtung, im einen oder anderen Sinne.
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Infolgedessen dreht sich jedesmal, wenn die Windrose 9 durch den Wind
gedreht wird, die Gesamtvorrichtung, bestehend aus dem Gehäuse i, dem Windrad 2,
dem Traggestell 5 und der -Hauptfahne 8 um die senkrechte Achse 3. Die Hauptfahne
8 besteht aus zwei symmetrisch gekrümmten Flächen, die auf einer der parallelen
Seiten eines Doppeltrapezes angebracht sind, dessen vier Ecken gelenkig sind und
das von den Armen 25, 26, 251, 261, 27 und 30 gebildet wird.
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Der Arm 30 dieses Trapezes trägt auf seinen Verlängerungen
eine Seitenfahne 16 und ist durch eine Feder 18 mit einem an dem Gehäuse i befestigten
Arm i9 verbunden. Die Feder ist derart bemessen, daß sie sich erst bei einer bestimmten,
auf die Fahne 16 wirkenden Windstärke dehnt, bei welcher eine Verstellung des Windrades
2 eintreten soll. Die Arme 251 und 30 sind fest an einem Halsteil 15 (Abb.
2) befestigt,- der sich auf dem Traggestell 5 frei drehen kann. Zwischen dem Arm
25 und der Windfahne 8 ist ein Getriebe a angeordnet, das die Windrose 9 und das
Traggestell 5 einstellt und die Drehung des Armes 25 der Hauptfahne 8 auf das Traggestell
5 überträgt.
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Zum besseren Verständnis der den Gegenstand der Erfindung bildenden
Einstellvorrichtung sei (Abb. 3 und 4) der Arm 25 fest am Gehäuse angebracht gedacht,
so daß eine gewisse Drehung des Armes eine gleiche Drehung des Traggestelles 5 verursacht.
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Die Hauptfahne 8 ist derart ausgebildet, daß in der Gleichgewichtslage
der Arm 27 immer senkrecht zur Windrichtung steht. Infolgedessen haben, wenn das
Windrad 2 eingestellt ist, d. h. wenn der Wind senkrecht auf der Mittelebene der
Schaufeln steht, die Arme 25 und 26 in bezug auf das Gehäuse i die Lage eingenommen,
die in dünnen Linien in Abb. 3 dargestellt ist.
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Die Einstellvorrichtung arbeitet folgendermaßen Angenommen, der Wind
hatte eben die Richtung i7, und die Windrose sei entsprechend eingestellt gewesen,
und der Wind käme nunmehr aus der Richtung 171, dann verändert das Gelenktrapez
der Hauptfahne 8 seine Gestalt derart, daß der Arm 27 der Fahne senkrecht zu der
neuen Windrichtung 171 steht (dicke Linien der Abb.3). Da nun das Traggestell 5
der Windrose 9 an dem Arm 25 starr befestigt, d. h. da der Winkel a in Abb. 3 konstant
ist, nimmt die Windrose 9, die zuerst die in dünnen Linien dargestellte Lage einnahm,
unter der Wirkung der Fahne jetzt die in dicken Linien dargestellte Lage ein. Aus
dieser neuen Lage wird sich die Windrose, da sie sich ja nicht mehr in der Windrichtung
befindet, herausdrehen und bei dieser Drehung das Gehäuse i und das Windrad 2 im
Gegenzeigersinne mitnehmen. Die Windrose wird sich daher bis zu dem Augenblick drehen,
in dem das Windrad 2 senkrecht zu der neuen Windrichtung 171 eingestellt ist. In
diesem Augenblick steht auch die Windrose 9 parallel zu der neuen Windrichtung 171
(Abb. 4). Diese
Verhältnisse werden bis zum Eintritt einer neuen
Windrichtungsänderung beibehalten.
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Es ist bekannt, daß für kleine Änderungen der Windrichtung die als
Constantin-Fahne ausgebildete Hauptfahne sich derart einstellt, daß die an dem Arm
25 befestigte Windrose mit der neuen Windrichtung einen Winkel bildet, der erheblich
größer ist als der von der alten und der neuen Windrichtung gebildete. Werden mit
cz und b die Längen der parallelen Seiten des die Hauptfahne tragenden Gelenktrapezes
und mit 7a ° der Winkel der Windrichtungsänderung bezeichnet, so gilt mit sehr großer
Annäherung und für kleine Winkel der Windrichtungsänderung für den Ausschlag jeder
der zwei nicht parallelen Seiten des Gelenktrapezes (auch ohne Geschwindigkeitsgetriebe)
Aus der Abbildung ist deutlich ersichtlich, daß bei einer Windrichtungsänderung
um den Winkel o die Richtungsänderung der Windrose 9 erheblich größer und in der
Abbildung durch den Winkel o1 gekennzeichnet ist. Die Ausschlagvergrößerung kann
auch beträchtlich erhöht werden, wenn die Längen a und b der parallelen Seiten
des Gelenktrapezes annähernd gleich groß gebildet werden, wie aus Abb. 3a ersichtlich.
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Es kann vorkommen, daß nach Windstille der Wind aus einer Richtung
weht, die etwa um go ° von der Richtung abweicht, für die die Windrose eingestellt
ist. Da in diesem Falle die Arme 25 und 26 der Fahne 8 keine über einen gegebenen
Wert hinausgehende Schrägstellung einnehmen können, ist die Windrose nicht mehr
in der gewünschten Richtung eingestellt, und der Wind trifft nicht mehr auf die
Stirnflächen. Daraus ergibt sich eine Drehrichtung der Windrose, die entgegengesetzt
zu der für die Einstellung des Windrades 2 notwendige ist. Diese Drehung der Windrose
im entgegengesetzten Sinn hält bis zu einer bestimmten Lage an, in der sich die
Drehrichtung infolge der Hemmung der Fahne 8 umkehrt, und die Windrose 9 beginnt
sich abwechselnd in der einen und in der anderen Richtung zu drehen, ohne eine richtige
Gleichgewichtslage in der Windrichtung einzunehmen.
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Um diesem Übelstande abzuhelfen, ist zwischen dem Arm 25 der Fahne
8 und dem Traggestell 5 der Windrose g ein Getriebe vorgesehen, das die Drehung
des Armes 25 mit einer bestimmten Übersetzung auf die Windrose 9 überträgt (Abb.
i, 2, 5), damit selbst dann, wenn die Fahne 8 in der Lage größter Abweichung festgehalten
ist, die Windrose 9 dem Winde immer eine günstige Fläche darbietet, um die Drehung
des Gehäuses i in geeignetem Sinn zu erhalten.
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Es wird also auch bei größeren Abweichungen der Windrichtung die Windrose
stets die zur Einstellung notwendige Drehrichtung haben, da das Ausschwenken der
Windrose durch die Windfahnen so schnell erfolgt, daß die anfängliche Beaufschlagung
der Windrose nicht wirksam wird.
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Wie aus Abb. 8 ersichtlich ist, befindet sich die Windrose g, wenn
das Windrad 2 entsprechend eingestellt ist, parallel zur Windrichtung, während die
Fahne 8 eine solche Lage einnimmt, daß sich die Arme 25 und 26 svmmetrisch zur Mittelachse
der Fahne befinden. Dreht sich der Wind um einen bestimmten Winkel, so verschiebt
sich die Fahne derart, daß die Arme 27, die die Flächen 29 der Fahne verbinden,
immer senkrecht zur Windrichtung eingestellt sind. Daraus ergibt sich, daß die Arme,
insbesondere der Arm 25, um einen größeren Winkel gedreht werden, als der Wind gedreht
hatte. Der Arm 25 (Abb. 5) ist auf einem Zahnrad 32 aufgekeilt, welches mit einem
Zahnrad 33 in Eingriff steht, das auf einer an dem Arm 3o des Vierecks angebrachten
Achse sitzt. Auf dieser Achse ist außerdem ein Zahnrad 34 befestigt, das mit einem
Zahnrad 35 in Eingriff steht, welches auf dem Traggestell s fest angebracht ist.
Durch eine Umdrehung a) des Armes 25 dreht sich das Traggestell s um einen größeren
Winkel (in der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform um 3 w). Infolgedessen
wird, wenn sich die Fahne 8 in der äußersten Lage befindet, die Windrose g immer
derart gegen den Wind eingestellt, daß sie diesem diejenige ihrer Flächen entgegenhält,
für welche die Drehung des Gehäuses in einem solchen Sinn erfolgt, daß die Flächen
dem Wind zugekehrt sind.
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Die Wirkungsweise der Einstellvorrichtung gemäß Abb.7, 8 und g ist
die folgende: Angenommen, der Wind kommt aus der Richtung 17 und wird stark genug,
um die Feder 18 zu spannen und die Fahne 16 in die Lage 16' zu bringen; dann wird
die Fahne, die sich immer derart einstellt, daß ihre Flächen parallel zur Windrichtung
stehen, oder mit anderen Worten, daß die feste Stange 27, welche die beiden Flächen
verbindet, senkrecht zur Windrichtung steht, in die Lage 8' kommen und die Windrose
9 in die Lage 9'. Von dem Winde bei einem Winkel von etwa 45' (Abb. 7) getroffen,
nimmt die Windrose alle beweglichen Teile bei ihrer Drehung um die Achse 3 im Sinne
des Pfeiles 22 mit. Die Stange 3o, welche die Fahne 16 und die Hauptfahne hält,
stellt sich daher wieder senkrecht zur Windrichtung 17 ein. Die Fahne 8 geht in
die Mittellage und die Windrose gibt überhaupt keine Energie mehr ab, so daß sich
das Ganze im Gleichgewichtszustand befindet (Abb. 8).
In diesem
Augenblick ist die Feder 18 mehr gespannt als zu Anfang und das Windrad 2 leicht
eingestellt.
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Wenn der Winddruck weiter wächst, vergrößert sich diese Einstellung
wesentlich durch eine Reihe dem oben beschriebenen Vorgang entsprechender Vorgänge.
Wenn die Stärke des Windes groß genug ist, um die Feder 18 vollkommen zu spannen
und diese infolgedessen im geeigneten Augenblick am Ende ihrer Bewegung angelangt
ist, nimmt die Gesamtvorrichtung die in Abb. 9 dargestellte Gleichgewichtslage ein.
Jetzt sind das Windrad sowie die Windrose vollkommen eingestellt.
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Sobald sich die Feder =8 beim Nachlassen des Windes zusammenzieht,
spielen sich die umgekehrten Vorgänge ab, und die Gesamteinrichtung arbeitet nach
und nach unter gewöhnlichen Verhältnissen.