DE733883C

DE733883C - Windradnabe

Info

Publication number: DE733883C
Application number: DEK163642D
Authority: DE
Inventors: Georg Koenig
Original assignee: Hein Lehmann & Co Eisenkonstru
Current assignee: Hein Lehmann & Co Eisenkonstru
Priority date: 1942-02-13
Filing date: 1942-02-13
Publication date: 1943-04-05

Description

Windradnabe Bei den zur Stromlieferung bestimmten Windkraftwerken ist deren absolute Größe von ausschlaggebender Bedeutung für deren Konstruktion, weil manche an kleinen Werken bewährte Bauart bei größeren und großen unanwendbar ist, und umgekehrt. Ganz besonders kraß und auffallend tritt dies bei Windradradien unter 5 m zutage, da hier das Gefälle der Unterschiede von Meter zu Meter laut folgender Aufstellung augenscheinlich ist, die unter der Voraussetzung gleicher Umfangsgeschwindigkeit von 3o m aufgestellt ist, entsprechend einem Schnellläufermaß von 5 (Verhältnis von Umfangzu Windgeschwindigkeit) und einer ZVindgesch«-indigkeit von 6=m bei Volleistung:

Windradradius . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. = z 2 3 q. 5 m

Drehzahl................................. = 300 150 ioo 75 boje M

Leistung.. . .. ..... .. .... ... ... .... ... ... .. = o,2 o,8 T,8 3,2 5 KW

Reglerfeder z. B............................ = 7,5 30 68 120 187 kg

Reglerradius min. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 13 30 53 83 cm

z. Ausschwenken . . . . . . . . . . . . _ . . . . . . . . . . . . = 4,5 20 4.5 So 122 cm@

Die Drehzahl ist dem Radius umgekehrt, die Leistung aber dem Quadrate des Radius direkt proportional. Hält man den verstellbaren Flügeln eine Federkraft (z. B. an einer Fliehkrafteinrichtung) bereit, so muß sie mit dem Radiusquadrate wachsen, da aber der Weg der Verstellung auch mit dem Radius zunimmt, so muß das Produkt Kraft ma: U"eg, also die Leistung einer Flielilzi-aft:@inrichtun-, niit cl"-r dritten Potenz des Radios «-achsen. Diese konstruktive Schwierigkeu wird aber noch durch einen weiteren Unistand erhöht: Für Konstruktion und Iletri;ir ist die Unterbringung der Fliehkrafteinricittung im drehenden "Teil, in der Windradnab:, besonders einfach und vorteilhaft und gibt billige Anlagen und billigen Strom aus t@-iitd. Das hat aber seine Grenzen, indem F lichkrafteinrichtungen nicht mehr den Dau:rbetrieb aushalten, sobald bei einem Gelenkpunkt die Kraft der Belastung sein Vorzeichen wechselt, dann schlagen sich die Lagerstellen aus und die Einrichtung wird nach wenigen Wochen Betriebszeit unbrauchbar. Das mw:1 vermieden werden, weshalb die Bauart von Flielikrafteinrichtuitgen für bestimmt begrenzte Bereiche verschieden ist und von Bereich zu Bereich und bei kleinen Anlagen von `Zeter zu Meter Radius wechselt.

Das Kriterium für diese Stelle ist stets jener Radius am Windrad, bei dem die Fliehkraft gleich dem Gewicht der Schwungmasse ist. In diesem Falle würde die Gelenkbelastung zwischen o und dein doppelten Gewicht (Fliehkraft -i-- Gewicht) schwanken. Auch diese Schwankungsstärke ist noch zu ungünstig, man nittla «-enigstetis die Flielikraft gleich dein dreifachen Gewicht ausführen, so daß die Gelenkbelastung 1v-ie 3 -f- i, also nur wie 2 : i schwankt. Dieser kritische Radius ist in der Aufstellung unter Reglerradius min. eingetragen und wird durch das Ausschwenken der Schwungmassen uni mindestens 5o11, vergrößert. Bei kleinen Windrädern ist er nur 3 cm und kann noch ohne konstruktive Schwierigkeiten vergröbert werden. Anders schon bei 2 m Radius, dort werden schon mehr als io°,o des Außendurchmessers lediglich für das Ausschwenken der Schwungmassen benötigt, zii dein noch der von der räumlichen Ausdehnung der Schwungmassen selbst geforderte Raum hinzutritt. Bei größeren Radien nehmen diese Schwierigkeiten in solchem =Maße zu, dali die Unausführbarkeit ganz einwandfrei zutage tritt.

Die Betriebssicherheit verlangt aber zum Sclitttz vor Witterungsschäden die Abgeschlossenheit aller Gelenke, Selbstschmierung und daher Vermeidung von offenen Schmierstellen, besonders für die durch Flieh'craft wechselvoll .belasteten Gelenke. Zudeni kommt noch die Auflage der Praxis liinzu, dall die Tontage durch den Kunden selbst besorgt werden muß, allenfalls durch einen ortsansässigen Mechaniker. Die Erfüllung dieser vielseitigen Wünsche war bisher nur bei Anlagen von z bis 1,5 m Radius möglich.

Die I@ntwicklun@ nitiiate dann iibergclicii

z. 1-I. hei 2 m Radius zur _@n«-eiidttng !;1-

smiderer Bremsflügel finit dadurch vur-

,rö l.iertem Reglerradius oder auch zur An-

sonstiger nachgiebiger Kotistruk-

ti,iii, deren lzelenke usw. natürlich Jeder Wit-

terung ausgesetzt sind.

_@tirlererseits hat aber das weit atisge-

dclinte, dünn Besiedelte Land infolge Fehlen:

jedes elektrischen Stromes das grol@c: Bedürf-

iiis nach gröberen Anlageti, die keiner War-

tung bedür[en und einfach zu monti@r:ii sind.

1_ iii nun die @usführbarktitsgrenze hier-

für in gröl:iere Windradradien zti schieheii

und zugleich die für das Durchhalten v@rii

Stürineu 1>esetn ders bewährten vei-stellbanri

Flügel anwenden zu können, die natürlich

genügend starke V erstellkräfte verlangen,

wird erfindungsgemäß folgende KmnstruktiOn

angewandt

Die Scli,\-tuigniassen werden auf dein er-

forderlichen Radius angeordnet und geraten

außerhalb des für eine Windradnabe vorge-

sehenen Raumes. Von dieser! Arbeitsbereich

aus wird in einer mittleren Richtung von

d.Grad das Gelenk, uni das sielt die

Schwungmassen bewegen, an den Umfang der

Nabe gelegt und die Fliehkraft in Richturig

auf die Windradwellenmitte über Hebel auf

eine starke Feder abgegeben. Die resultie-

rende Belastung auf das am Nabenuinfan-

liegende Hauptgelenk wechselt hierbei lief

senkrechter Nabenstellung das Vorzeichen

nicht und bleibt innerhalb der vorgesteckten

Grenze i : 2. Aber auch in waagerechte i-

Richtung läßt sich die Richtungsschwankung

der Resultierenden in engen Grenzen hälten

(wie weiter unten im Kräftediagrainin nach-

gewiesen ist), wenn erfindungsgeniäli diese:

Hauptgelenk zu zwei Gelenken nuseinander-

gezogen wird, in -einer Breite, die den zur

@'erfügun`, stehenden Sektor voll ausfüllt

und damit die Lagerkomponenten hei Waage-

rechtstellung unter Gewichtsstärke senkt. S:

wird das Hauptziel erreicht, dal:1 die Gelenke

bei dem Dauerbetrieb nicht ausgeselilagc:i

werden.

Damit diese Gelenke dauernd hetrielrfäliih

bleiben, wird für ihre Selbstschniierunä ge-

sorgt, indem die habe öldicht nach außen @i1)-

,geschlossen wird und noch Taschen erhält,

in denen die @chwungniassen sich bewegen

können. .auch die Flügelverstellung wird

durch ö1 nicht durchlassende Drehbolzen Ö1-

(licht nach auflen geführt. Die verstellbaren

Fliigel werden als profilierte Hättte ausge-

führt, die an die Laschen eines über die Rute

gestülpten Überrohres ganz einfach anzu-

schrauben sind, weil das Überrohr selbst

schon in der Werkstatt mit dem Stellzeug

für dieFliigelverstell-ung versehen worden ist.

Die im folgenden beschriebene Ausführung zeigt in Fig. i einen Längsschnitt und in Fig. 2 eine Draufsicht auf die Flügelverstellung und Fig. 3 eine Draufsicht auf die Nabe.

Die Windradwelle i trägt an ihrem einen Ende den Nabenkörper 2, der über Zahnräder 3 das Dynamo 4 antreibt. Zur Vereinfachung der Herstellung ist dem Nabenkörper 2 ein biegungsfester Ring 5 vorgelagert, der die Schwungmasse 6 (für jeden der drei Flügel eine!) durch die Gelenkachse 7 beweglich trägt und das bei Drehung durch die Fliehkraft von 6 einsetzende Moment durch den Bolzen 8 über einen dreiarmigen Ring 9 auf die Hauptfeder io als Kraft abgibt. . Damit der Ring 9 durch die bei der Drehung wechselnden Kräfte nicht hin und her gestoßen wird, ist die Führung i i vorgesehen in einer Führungsbuchse, die vom größeren Ring 5 mittels der drei Arme 12 gehalten wird und die ihrerseits durch die drei Stangen 13 .die Hauptfeder ro abstützen. Durch Aden Einbau ,des Ringes 5 kann alles zum Flügelstellen Nötige .außerhalb der Nabe zusammengesetzt und das Ganze dann in die Nabe einmontiert werden.
Der dreiarmige Ring 9 ist mit dem kurzen Rohr 14 verschweißt und wird, nm Rohr 29 steckend, .durch die ausgezogene Feder 28 gegen 29 ,gepreßt, so als ob 9 und 29 ein Stück wären, mithin können durch Ziehen an 29 mittels einer von der Erde hinaufgeführten Ausrückkette und weiteres Ausziehen :der Feder 28 die Flügel ausgerückt, d. h. .in Windflucht gestellt werden, ohne hierbei mit der Fliehkrafteinrichtung in Eingriff zu kommen.
Das am Rohr 29 befestigte Gabelgelenk 15 ist mittels Stoßstange mit dem Hebel 16 verbunden, der über Stange 17, Hebel 18, i9, 2o und Lasche 21 den am Innenradius liegenden Flügelteil und damit .den ganzen Flügel -dreht. Derselbe besteht aus einer Haut 26, die auf (las Rohr 23 aufgehoben wird und mittels der drei Schrauben 22 sowohl an Lasche 21, als auch an :37 angeschraubt wird. Das Stellzeug für die Flügel besteht .aus dem Rohr 23, das mit Lasche 21 und 27 fest verschweißt :st und über Kugellager 24 an der fest in den Nabenkörper 2 eingespannten Rute 25 hängt. Bei nicht angeschraubterFlügelhaut26würde (las Rohr 23 n-ebst Lasche 27 aus !dem Nabenkörper@2 herausragen und hierbei schon die gesamte Flügelverstellung tragen, die also schon in d er Fabrikationsstätte betriebsfertig gemacht wird.
Der Nabenkörper 2 umfaßt mittels drei Taschen die drei Schwunggewichte 6 und umschließt mittels der 31 und der Öldichtung 32 die für die Flügelverstellung nötigen Teile öldicht und .damit auch wetterfest ab, so daß sie nicht geschmiert werden brauchen, da in das Nabenkörperinnere etwas Ü1 ,eingefüllt werden kann.
Auch das noch außerhalb liegende Stell-Zeug 18, i9, 20 kann ins Innere verlegt werclen, .indem die Stange 17 innerhalb der Rute 25 angeordnet und unmittelbar mit dem Lagerteil von 24,drehfest verbunden wird.
In Fig. 3 ist :die Auftrennung der Lagerung 7 in 7a und 7b zu erkennen, sie erstreckt sich über den gesamten für einen Flügel zur Verfügung stehenden Sektor, da der Abstand der Lagerstellen 7a und 7b voneinander größer ,ist als der Abstand der Fliehkörper, der Schwungmassen von der Achse 7, so wird der bei der Nabendrehung ständig wechselnde Lagerdruck .auf 7 kleiner als des Schwungmassengewicht selbst sein.
Zum Beweis; der Ausführbarkeit dient Fig.4,,dortwir drdas Schwungmassengewicht G bei z. B. 2 in Windradradius ungefähr durch Verdreifachung auf den Fliehkraftbetrag ;i gebracht. (Je nach Stellung muß das Gewicht G noch zugeschlagen oder abgezogen -,verden. ) Die erzeugte Gegenkraft 52 gibt die Belastung 53 für die Lagerung 7, die infolge des Gewichtes der Schwungmassen bei jeder Umdrehung zwischen 55 kund 56 schwanken wird. Infolge der Auftrennung des Gelenkpunktes 7 in zwei sehr weit auseinan:derliegende einzelne Lagerstellen kommt auf jede nur einTei1 .des Gewichts als Druck oderZug in der Hebelarmrichtung, so .d:aß die Lagerdruckresultierende zwar in der Waagerechtstellung der Schwunggewichte Richtung 57 und 58 wechselt, aber bei jeder Xmdrehung des Windrades die Ellipse 55, 58, 56, 57 durchläuft. Diese Schwankungen vermögen bei ununterbrochenem Betrieb noch keine Defekte in den Lagerstellen 'hervorzurufen.
So wird die dargestellte Nabenkonstruktion mit den, Fliehkrafteinrichtungen bei jedem Winde die Drehzahl des Windrades innerhalb eines bestimmten BereirlT:s (z. B. i5o bis 225) halten können und das Dynamo wird in .diesem festgelegten Bereich konstante Spannung liefern, da es auf der elektrischen Seite wie ein Zugbeleuchtungsdynarno arbeitet.

Claims

PATENTANTBPRÜCHE i. Windradnabe mit für die Flügelverstellung untergebrachten Schwungmassen (Fliehkraftgewichten), dadurcli gekennzeichnet, d:aß die außerhalb der eigentlichen Windradnabe (2) angeordnete Schwungmasse (6) an einer an der PeripheriederNabe innerhalb dieser eingesetzten Achse (7) ang,lenkt, aber über zwei die Sektorbreite übergreifende Lagerstel- lMi (7u und ;0 allgestützt ist. radial nach innen von der in der Windradmitte l 1 t J geführten Fe-lerkraft (io) gehalten wird und sich in einer Tasche der Windr ad- nalie bewegt.

@%-itilradnalie nach Ansprlicli r, da- durch -,#,el:entizeic inet, das ein auf Aie Nahe aufgesetzter Ring (las Hauptgelenk (7), die Sclnwungtnassen (6) und die Füli- 1-t111g (5) trägt.