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Regelanordnung bei Windmotoren Vorliegende Erfindung bezieht sich
auf die Regelung der Drehzahl von Windmotoren im Sinne der Verhinderung eines übermäßig
schnellen Laufs des Motors und betrifft im besonderen diejenige Gattung von an sich
bekannten Regelanordnungen, bei welchen an den Flügeln verstellbare Bremsschienen
angebracht sind, die in der Flügellängsrichtung verlaufen und bei mäßigen Drehzahlen
wesentlich parallel zur Flügelebene stehen, sich aber bei Annäherung an für den
Motor selbst oder für von diesem angetriebene Maschinen gefährliche Drehzahlen zunehmend
steiler zur Flügelebene stellen und dann ein Anwachsen der Drehzahl über den Gefahrpunkt
hinaus verhindern.
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Regeleinrichtungen dieser Art weisen den grundsätzlichen Mangel auf,
daß sie auch bei Parallelstellung zur Flügelebene eine Erhöhung des Luftwiderstandes
herbeiführen. Dieser hängt nur zum Teil von der Form der Bremsschiene selbst ab.
Von wesentlichem Cinfluß ist auch der sogenannte induzierte Widerstand, der bei
Vorsehung von in der Flügellängsrichtung verlaufenden Schienen stark ansteigt, wenn
der Abstand zwischen Flügel und Schiene klein wird.
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Bei bekannten Regeleinrichtungen der genannten Art mit verstellbaren
Bremsschienen an den Flügeln erfolgt die Verstellung der Bremsschienen gegenüber
den Flügeln durch Drehung um eine in der Schiene selbst gelegene Achse. Wenn dann
zur Erzielung hoher Bremswirkung bei in schädlichem Maße anwachsenden Drehzahlen
eine Bremsschiene durch Drehung um ihre Achse in eine Stellung gebracht werden soll,
bei welcher sie senkrecht zur Flügelebene steht und dieselbe berührt, wobei sie
die größte Bremswirkung ausübt, dann kann sie in ihrer Normalstellung, bei welcher
sie parallel zur Flügelebene steht, höchstens in eine solche Entfernung vom
Flügel
kommen, die der Breite der Schiene entspricht. Diese Beschränkung des Abstandes
der Bremsschiene vom Flügel, welche für die bekannten Regeleinrichtungen der genannriten
Art Geltung hat, ist mit einer schädlichen Erhöhung des Luftwiderstandes im normalen
Betrieb verknüpft.
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Vorliegende Erfindung bezweckt, diesen Mangel weitgehend zu mindern
und erreicht diesen Zweck durch eine neuartige Ausgestaltung der gelenkigen Verbindung
der Bremsschiene mit dem Flügel, durch welche die Bremsschiene bei LTberführung
aus ihrer wirksauisten Bremsstellung, wobei sie den Flügel finit einer Kante berührt
und nahezu winkelrecht zu ihm stellt, in die normale Parallelstellung zur Flügelebene
weiter von dieser abgerückt wird, als ihrer Breite entspricht. Durch passende Ausbildung
der Gelenkverbindung kann der Abstand der Schiene vom Flügel in der _Normalstellung
auf mehr als <las Doppelte der Schienenbreite gebracht und damit der schädliche
induktive Luftwiderstand auf ein sehr geringes Maß herabgesetzt werden.
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Die Herbeiführung der Regelbewegung der Treinsschiene kann bei deren
e@rfindungsgeniäßer Anordnung in üblicher Weise durch besondere Gewichte erfolgen,
welche beim Betrieb des Motors der Einwirkung der Fliehkraft unterliegen, obwohl
erfindungsgemäß bevorzugt wird, daß die Bremsschiene selbst als Gewicht dient. Die
neuartige gelenkige Verbindung der Schiene mit dem Flügel ermöglicht dann, in Verbindung
mit einer Verschiebung der Schiene in ihrer Längsrichtung durch das Gewicht die
für die Abbremsung einer unzulässig hohen Drehgeschwindigkeit erforderliche Winkeländerung
der Schiene herbeizuführen.
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Eine bevorzugte Bauart der Regelanordnung gemäß der Erfindung geht
aus nach-@tehender Beschreibung an Hand der beiliegeilden Zeichnung hervor.
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Fig. i zeigt die Lagerung der Welle eines Windmotors mit einem einzigen
an der Welle sitzenden Flügel mit anmontierter, nur scheinatisch dargestellter Regelanordnung.
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Fig.2 zeigt in schaubildlicher Darstellung ein Anschauungsmodell der
gelenkartigen Verbindungsorgane zwischen Flügel und Breins-:chiene und deren ;`erla@ert:n@
während der
Regulierung.
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Fig.3 ist. eine Seitenansicht eines gelenkartigen Organs, wie es in
der Praxis ausgeführt ist.
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Fig. d. zeigt dasselbe Organ, von der Flügelspitze gesellen.
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Fig. 5 zeigt dasselbe Organ in Ansicht nach der Leeseite des Flügels'hin,
wobei die Regelschiene entfernt ist. Fig.6 ist eine Einzeldarstellung des der Motorwelle
benachbarten Teils eines Flügels finit darin eingezeichneter besonderer Anordnung
zur Ermöglichung einer Änderung der maximalen Drehzahl des Windmotors.
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Fig.7 zeigt eine Einzelheit der Fig.6 in vergrößertem Maßstab.
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In Fig. i bezeichnet i den oberen Teil des den Windmotor tragenden
Gestells, 2 ist das Gehäuse eines Getriebes, mittels welches die Bewegung vorn Windmotor
auf die anzutreibenden Maschinen übertragen wird. 3 ist das getriebene Rad des Getriebes.
Die Lager des Getriebes, die auch die Flügel des Windinotors tragen, sind durch
4 bezeichnet, während 5 und 6 die Welle bzw. die 'Nabe des Motors darstellen. 7
bezeichnet die Flügel des Windmotors, von denen einer in vollem Ausmaß gezeigt ist,
jedoch unter Weglassung des mittleren Teils. Das eigentliche Bremsorgan der Regelanordnung
ist die Schiene g, die mittels der in Fig. i nur schematisch angedruteten gelenkartigen
Organe #j finit dein Flügel 7 verbunden ist. Während des Betriebe: des Windmotors
ist das Drahtseil bzw. die Stange io an einem Ende einem Zug ausgesetzt. der von
der Einwirkung der Fliehkraft auf die Schiene 8 herrührt, während auf das andere
Ende der Stange io ein vom Hebel ii herrührender Zug wirkt, welcher dadurch zustande
kommt, daß eine Druckfeder i2 sich gegen den kurzen Arm dieses Hebels legt. Es ist
die Differenz zwischen diesen beiden Zugkräften, welche die Bewegung der Schiene
8 hervorruft, die durch Regelung der Spannung der Feder 12 überwacht werden kann-
Die Feder 12 sitzt im Gehäuse 13, welches durch einen Gelenkzapfen 14 mit dem Flügel
7 und durch einen Zapfen 15 und ein Gelenk 16 mit einer fest an einer Stange
i8 sitzenden Traverse 17 verbunden ist, so daß das Gehäuse 13
nur bei
einer Verschiebung der Stange 18 eine Verlagerung gegenüber dem Flügel 7 erfährt.
Die Stange 18 ist in der hohlen Welle 5 des Windmotors gelagert und trägt an ihrem
von der Traverse 17 abliegenden Ende ein Kugellager id. 'Um den äußeren Ring des
Kugellagers ig greift eine Klaue, welche an einem Ende eines zweiarmigen Hebels
sitzt, mit dessen anderem Ende eine Stange 22 gelenkig verbunden ist, so daß durch
ein senkrechtes Verschieben der Stange 22 ein waagerechtes Verschieben der Stange
18 herbeigeführt werden kann.
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Die Verschiebung der Stange 18 dient, wie später erläutert werden
wird, zur Herbeiführung des Anlaufens und Auslaufens des Windmotors.
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Der Windmotor ist weiter noch mit einer Bandbremse ausgestattet, .deren
Scheibe 23 an der Welle 5 befestigt und @'oin Bremsband 2.4
umgeben
ist, das sich stramm um die Trommel legt,, wenn das um die Rollen 26 und 27 in Fig.
i laufende Drahtseil 25 angezogen wird.
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Zur Erleichterung des Verständnisses der konstruktiven Ausbildung
der Gelenkverbindung 9 zwischen dem Flügel 7 -und der Schiene 8 isc in Fig. 2 eine
schaubildliche Darstellung eines Anschauungsmodells gegeben, dem die Vorgänge beim
Übergang der Schiene aus einer Endstellung in die andere entnommen werden können.
In diesem Modell bezeichnet 28 eine Grundplatte, die dem Flügel 7 entspricht, während
die Platte 29 der Schiene 8 entspricht. Die Platte 29 ist in zwei Stellungen gezeigt
(29 und 29') entsprechend der normalen Stellung der Schiene 8 bzw. der von derselben
eingenommenen Stellung, wenn die Bremswirkung möglichst groß ist. 30 ist
ein Zapfenlager, das mit der Platte 28 derart starr verbunden ist, daß sowohl der
Winkel ta zwischen der Achse des Lagers und der Ebene der Platte wie .der Winkel
v zwischen der Projektion .derselben Achse auf die Platte und deren Längsachse spitz
sind. 31 ist ein rechtwinklig gebogener Zapfen, dessen Enden beiderseits der Knickstelle
mit 32 und 33 bezeichnet sind, von .denen ersteres sich im Zapfenlager
30 drehen, aber nicht verschieben kann. Das gelenkartige Organ besteht ferner
aus einem Zapfenlager 34, das über das Zapfenende 33 geschoben und mit einer Platte
oder Zunge 35 starr verbunden ist, deren Ebene einen spitzen Winkel mit der Achse
des Lagers bildet, das sich auf dem Zapfenende 33 zwar drehen, äber nicht verschieben
kann. Die Schiene 29 ist mit der Platte 35 durch einen Bolzen, Zapfen .o. dg1.36
mit einer Mutter 37 verbunden, so daß die Schiene 29 in Anlage mit der Platte 35
gehalten wird.
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Das Schaubild der Fig.2 zeigt die Möglichkeit des Überganges der Platte
29 aus. der parallelen Fernstellung zur Tragplatte 28 in die senkrechte Nahestellung,
wie sie für die maximale Bremswirkung der Schiene 8 des Windrades des Motors gebraucht
wird.
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Fig. 3, 4 und 5 zeigen die konstruktive Ausnildung der Gelenkverbindung
9, und zwar von der Kante des Flügels, von der Flügelspitze bzw. in Richtung nach
der Leeseite des Flügels hin gesehen; im letzteren Falle ist die Schiene weggelassen.
In diesen Figuren treten die Elemente der Gelenkverbindung zwischen den Platten
28 und 29 des Anschauungsmodells der Fig. 2 -mit abweichenden Bezugszeichen
wieder auf, aber weniger anschaulich für das Verständnis der Funktion, dafür aber
in im Hinblick auf den Luftwiderstand zweckmäßigerer Ausbildung. Die beiden Zapfenlager
sind 38 und 43, der zu einem Winkel gebogene Zapfen ist 41 und seine beiden in den
Lagern 38, 43 sitzenden Enden 39 und 40. Letztere sind gegen Verschiebungen in den
Zapfenlagern durch die Muttern 42 und 4-1 .esichert. Auch hier ist -das eine der
Zapfenlager 43 mit einer eine Auflagerfläche darbietenden Platte oder Zunge 45 versehen,
an welcher die Schiene 8 gleiten kann, indem sie sich um den Bolzen 46 dreht, der
durch ein Loch 48 in der Zunge 45 und weiter durch ein entsprechendes Loch in der
Schiene 8 geführt ist. Der Bolzen 46 ist mit einer gesicherten Mutter 47 versehen.
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Die Wirkungsweise und Handhabung der Regelanordnung ist, soweit sie
bisher beschrieben worden ist, wie folgt: Wenn der Windmotor stillgesetzt ist, ist
das Drahtseil 25 angespannt, so daß die Bandbremse 23-24 angezogen ist, Die Zugstange
22, die vom Fuß des Gestells aus betätigt wird, befindet sich in ihrer oberen Stellung,
wobei die Stange 18 ganz nach links gezogen ist und die Schiene 8 eines jeden Flügels
winkelrecht zur Flügelebene steht und möglichst großen Widerstand gegen die Drehbewegung
des Flügels leistet.
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Falls der Wind hinreichend ist und man wünscht, den Windmotor anzulassen,
löst man die Bandbremse und läßt die Stange 22 herunter, bis sie ihre untere Endstellung
erreicht. Die Bewegung der genannten Stange kann beispielsweise dadurch bewerkstelligt
werden, daß sie unten mit einer Zahnstange versehen ist, in welche ein Zahnrad eingreift,
das von einer nicht dargestellten Handkurbel gedreht werden kann.
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Das Drahtseil 25, das die Bandbremse 23-24 betätigt, kann vorteilhaft
auf passende Weise mit der genannten Handkurbel verbunden sein, und zwar derart,
daß die Bremse angezogen ist, wenn die Stange 22 sich in ihrer oberen Stellung befindet,
und gelöst ist, wenn die Stange in ihrer unteren Stellung steht.
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Beim Herunterlassen der Stange 22 bewegt sich die Stange 18 nach rechts,
die Traverse 17 folgt mit, und, das Federgehäuse 13 kippt um den Zapfen 14,
so daß ein Zug im Drahtseil bzw. in der Stange io entsteht. Die Schiene 8 richtet
sich auf, so däß sich ihre Ebene parallel zur Flügelebene einstellt, und der Windmotor
läuft an. Ist der Wind so kräftig, daß er vermag denWindmotor über die maximale
Drehzahl hinauszubringen, tritt die Regelanordnung in Tätigkeit, wenn diese Drehzahl
beinahe erreicht ist. Die auf die Schiene 8 wirkende Fliehkraft wird dann so groß,
daß der nach außen gerichtete Zug im Dahtseil io größer wird als der Gegenzug, der
mittels der Feder 12 auf die Schiene 8 ausgeübt wird; die Schiene wird sich .dann
derart drehen, daß sie eine Bremsfläche darbietet. Je größer die Windgeschwindigkeit
ist, um so mehr dreht
sich die Schiene und um so größer sind die
Kräfte, die die Drehzahl des Windtnotors innerhalb der maximalen zu halten suchen.
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In der Praxis hat es sich ergeben, daß ein Windmotor, der mit einer
Regelanordnung wie die beschriebene ausgestattet ist, einen besonders ruhigen und
stabilen Betrieb aufweist.
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In gewissen Fällen kann es, wie bereits erwähnt, wünschenswert sein,
den Windmotor mit einer Anordnung zu versehen, wodurch ermöglicht wird, daß man
an eine bestimmte maximale Drehzahl nicht gebunden ist, sondern z. B. noch eine
weitere wahlweise zur Verfügung hat. So kann es bisweilen vorteilhaft sein, wenn
man in der Nacht den Windmotor auf eine niedrigere maximale Drehzahl als ain Tage
einstellen kann.
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Eine Ausbildung der Regelvorrichtung, welche die Einstellung auf verschiedene
maximale Drehzahlen gestattet, ist in Fig. 6 und 7 veranschaulicht. Hier bezeichnet
d.9 ein Gewicht, das am Ende der Stange 5o angebracht ist, die in den Lagern 51
verschoben werden kann. Eine Drttcicfeder 52, die zwischen einet'. der Lager und
einer an der Stange befestigten Platte 53 angebracht ist, bewirkt, daß das Gewicht
T immer, wenn der Windmotor stillsteht oder sehr langsam läuft, sich in der Well,i
des Windmotors zunächst liegenden Stellung befindet. Einen ähnlichen Zweck hat für
jede Drehzahl der Sperrhaken 56, der sich um den Zapfen 57 auf der Nabe 6 des Windmotors
drehen kann; jedoch nur falls der gerannte Sperrbaken um den .A:isatz 55 der Stange
5o greift. Der Sperrbaken 56 ist durch die Stange 58 mit der Traverse
17 verbunden und folgt also mit, wenn dieselbe in waagerechter Richtung verschoben
wird. Die Stange 5o durchsetzt das Loch 61 im Hebel i i, wie es am besten aus Fig.
7 ersichtlich ist, und ist noch tiiit einem Bund 5.1 versehen, dessen Zweck aus
dem Folgenden hervorgeht. Fig. 7 zeigt auch, wie das Drahtseil bzw. die Stange lo
mittels der Gabel 59 und des Zapfens 6o all dem Hebel i i befestigt ist.
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Setzt man voraus, daß der Windmotor läuft und auf die hohe Drehzahl
eingestellt ist, und wünscht tnan, denselben auf die niedrige Drehzahl herunterzubringen,
läßt dies sich folgendermaßen bewerkstelligen: Man hebt die Stange :2:2 ganz wenig
und bringt sie gleich danach wieder in die untere Endstellung. Diese kleine Bewegung
bewirkt, daß der Sperrhaken 56 den Ansatz 55 freigibt, wonach die Stange
50 infolge der Einwirkung der Fliehkraft auf das Gewicht 49 sich nach außen
bewegt, indem der schwache Gegendruck der Feder 52 überwunden wird. Der Bund 5:I
wird dann, indem er sich gegen den Hebel i i legt, einen Zug auf den Hebel übertragen,
der bereits dem Zug des Drahtseils to unterworfen ist, so daß der Gesamtzug größer
wird als zuvor. Die Wirkung wird also dieselbe sein, als ob die-Schiene S schwerer
geworden wäre, was wiederum bewirkt, daß die Regelanordnung bei einer niedrigeren
Drehzahl als zuvor in "Tätigkeit treten wird.
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Wünscht man null den Windmotor wieder auf die obere maximale Drehzahl
zu bringen, muß der Windmotor zuerst stillgesetzt werden, was dadurch geschieht,
daß man die Stange 22 ganz emporhebt und dann den Zeitpunkt abwartet, wo der jVindniotor
stillgesetzt oder beinahe stillgesetzt ist. Die schwache Feder >2 wird dann das
Gewicht .19 in die auf der Zeichnung gezeigte Stellung versetzen; Läßt man nun wieder
die Stange 22 herunter, wird der Sperrbaken um den Ansatz 55 greifen können, und
die Drehzahl des Windmotors wird dann wieder auf den höheren llaximalcvert ansteigen
können.
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N@'enti der Windmotor abgestellt ist und man denselben anlassen will,
aber nur wünscht, daß seine Drehzahl sich auf den unteren Maxiinalwert emporarbeiten
soll, geht man folgendermaßen vor: Man löst die Bandbremse 23-24-25 und läßt die
Stange 22 von ihrer oberen Endstellung nicht ganz, sondern beinahe ganz in ihre
untere Endstellung herunter. Der Windmotor läuft jetzt an; da jedoch der Sperrhalten
56 nicht um den Ansatz 55 greift, weil die Traverse ihre äußerste rechte Stellung
nicht ganz erreicht hat, wird der Sperrhaken die nach außen gerichtete Bewegung
des Gewichts .19 nicht behindern können. Der Windmotor ist somit auf die niedrige
maximale Drehzahl eingestellt worden, und die Stange 22 kann ohne -Nachteil ganz
heruntergelassen werden.