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Windkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich, auf eine Windkraftmaschine
mit einer das Rad um, eine ün wesentlichen senkrechte Schwenkachse gegen den Wind
anstellenden, *in bezug auf die Strömungsrichtung des Windes hinter dem Rad liegenden
Richtflosse.
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Bei bekannten Windkraftmaschinen dieser Art ist die Richtflosse in
der Regel derart angeordnet, daß sie zur Drehachse des Rades im wesentlichen spiegelbildlich
ist. Das gegen den Wind richtig angestellte laufende Rad ist hierbei, wenn, wie
üblichl, die einzige Richtflosse in der durch. die Drehachse des Rades ge-,henden
senkrecht-en Ebene liegt oder zwei hierzu parallel und spiegelbildlich ange-.ordnete
Richtflossen vorgesehen sind, keinerlei nennenswerten Richtmomenten um die Schwenkachse
unterworfen, weshalb die richtige Anstellung nur in unsicherer Weise erreicht werden
kann und häufig starke Pendelerscheinungen auftreten. An sich wärees zwar zur Abhilfe
möglich, die beiden zueinander spiegelbildlich angeordneten Richtflogsen gegen die
Drehachge des Rades schräg anzustellen; -hierdurch kann aber nur eine geringe Besserung
erreicht werden, und außerdem wird der Mast bei Sturm stärker beansprucht.
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Aus rein baulichen Gründen hat man zwar in einzelnen Fällen bei Windmühlen
die einzige, in der senkrechten Ebene durch, die Drehachse des Rades liegende Fahne
zur G,änze oberhalb der Drehachse angeordnet. Daß diese besondere Anordnung der
Fahne zur richtigen Anstellung des Rades -gegen den Wind in besonders günstiger
Weise ausnutzbar ist, hat man aber nicht erkannt.
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Die Erfindung vermeidet die Nachteile der bekannten Ausführungen durch
eine derartige Anordnung und Ausbildung der Richtflosse, daß die Resultierende der
auf sie einwirkenden Luftkräfte die Drehachse des Rades kreuzt, aber nicht schneidet,
die Richtflosse also z.B. oberhalb oder unterhalb der Drehachse des Rades liegt,
wobei die Drehkomponente der Drallströmung hinter dem Rad zur Anstellung des Rades
gegen den Wind herangezogen wird. Dadurch kann erreicht werden, daß das Rad in seiner
richtigen Anstellung gegen den Wind wie durch zwei einander
entgegengesetzt
wirkende, stark vor-e-C ZD spannte Federn gehalten wird.
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Bei Windkraftmaschinen mit einem Getriebe Zur LeistungsübertragÜng
auf eine vom Träger des Rades unabhängig gelagerte Maschine sind die Richtflosse
und das Getrieb,-derart angeordnet und ausgebildet, daß die beiden Drehmomente um
die Schwenkachse des Rades, deren eines von den von der Drallströmung auf die Richtflosse
ausgeübten Luftkräften und deren anderes von der durch die Leistungsübertragung
im Getriebe entstehenden Reaktion herrührt, einander entgegengesetzt gerichtet sind
und das Rad vorzugsweise bei -rößter Leistun-sabnahme zum Wind senk-recht angestellt
halten. Hierdurch wird nicht nur erreicht, daß das Rad in der die -rößte Leistuiicrsabiiahme
ermöglichenden Stellung gespannt gehalten wird, sondern gleichzeitig der Vorteil
erzielt, daß das laufende Rad, sobald es wenig oder gar nicht belastet ist, aus
dieser ausgezeichneten Stellung um einen gewissen WinkeIbetrag ausschwenkt und dadurch
die Durchgehdrehzabl herabsetzt.
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Bei Windkraftmaschinen mit unmittelbarer Leistungsaufnahme durch eine
mit dem Träger des Rades schwenkbare Maschine wird der gleiche Vorteil durch eine
derartige Anordnund und Ausbildung der Richtilosse erreicht, daß die von den Luftkräften
der Drallströmung ausgeübten beiden Drehmomente um die Schwenkachse des Rades, deren
eines von der Axialkomponente und deren anderes von der Drehkomponente der Drallströmung
herrührt, einander entgegengesetzt gerichtet sind und das Rad vorzugsweise bei größter
Leistungsabnahme zum Wind senkrecht angestellt halten.
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Die Richtflosse besitzt mit Vorteil eine vorzugsweise nach Art einer
Spaltklappe ausgebildete Trinimflosse. Die großen Auftriebswerte derartiger Richtflossen
gestatten es, ihre Ausmaße sehr klein zu halten, und außerdem kann hiermit dieWirkung
derRichtflosse sehr stark beeinflußt werden.
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Der Gegenstand der Erfindung ist iii der Zeichnung beispielmäßig veranschaulicht.
ZD ZD Diese zeigt in Fig. i die Seitenansicht einer erfindungs-,-emäßen Windkraftmaschine
' in Fig. -- den zugehörigen Grundriß, in Fig. 3 den Grundriß
einer anderen Ausführungsform und in den Fig. 4 und 5 Profilschnitte durch
die Richtflossen entsprechend den Fig. 2 bzw. 3 in ,größerem Maßstab.
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In den Fig. i und 2 ist das Rad mit i. der teilweise auf-eschnitten
-ezeichnete, um die Achse S-S schwenkbare Radträger mit 2, die die richtige Anstellung
des Rades gegen den ZD 1b e l# Wind bewirkende, in dessen Strömungsrichtun-117 hinter
dem Rad liegende Richtflosse mit 3 und der Mast mit 4 bezeichnet. Die Welle
5 des Rades i treibt über das Kegelräder-etriebe 6 lind die im Mast
gelagerte ZD Welle 7 die beim Mastfuß angeordnete, nur angedeutete Pumpe
8. Die Drehachse des Rades i ist D-D, sein Drehsinn entspricht dem Pfeil
P, verläuft also, in der Windrichtung IV
gesehen, entgegen dem Uhrzeigersinne.
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Die Richtflosse 3 ist fast zur Gänze oberhalb der DrehachseD-D
des Rades angeordnet, so daß die etwa im Punkto angreifende Resultierende der auf
sie einwirkenden Luftkräfte die Drehachse kreuzt, aber nicht schneidet. Auf Grund
des Drehsinnes des Rades i verläiift die Drehkomponente derDrallströmung hinter
dem. Rad, gesehen in der Windrichtung IV, im Uhrzeiggersinne, also im Sinne des
Pfeiles Q. Diese Drehkomponente Q der Drallströmung liefert wegen
der Anordnung der Richtflosse 3 oberhalb der Drehachse D-D um die SchwenkachseS-S
des Rades ein Moment,41, das, bezogen auf dij Darstellung der Fig. 2, im Uhrzeigersinne
verläuft. Die vom Getriebe 6 bei Leistungsübertragung hervorgerufene Reaktion
ergibt dagegen bei der gewählten Anordnung seiner Kegelräder um die Schwenkachse
S-S des Rades ein Momeiit,R, das entgegengesetzt gerichtet ist wie das Monient
Al, also entgegen dem Uhrzeigersinne verläuft. Die Richtflosse
3 ist mit einer nach Art einer Spaltklappe, ausgebildeten TrimmflOsse
3' verSehen, die, entsprechend d-er Darstellung der Fig. -2. entgegengesetzt
dem -Uhrzeigersinne verschwenkt ist; diese TrimmflOsse 3', deren Ausbildung
und Anordnung in Fig. 4 gut ersichtlich ist. bewirkt, daß das Momentill dem MomentR
bei größter Leistungsabnahme vom Rad i das Gleichgewicht hält und das Rad genau
zum Wind senkrecht stellt. Bei verringerter oder entfallender Leistungsabnahme wächst
die Drehkomponente der Drallströmung hinter dem Rad und mit dieser das Moment Al
an, das vom Getriebe 6
durch die Reaktion ausgeübte Moment R wird aber kleiner
oder verschwindet sogar nahezu, woraus folgert, daß dann das Rad aus seiner Anstellung
senk-recht zum Wind ausgeschwenkt und die Durchgehdrehzahl erniedrigt wird.
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Die Fig. 3 bezieht sich auf eine andere Ausführun-sform, nämlich
auf eine solche, bei der die Leistung der Windkraftmaschine von dem mit der Welle
5 des Rades i über das Stirnräder-etriebe 9 gekuppelten und am Träger
2 befestigten, also mit diesem schwenkbaren Stromerzeuger io aufgenommen
wird. Der Drehsinn des Rades i ist so wie bei der Ausführungsforrn nach Fig. i.
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Die fast zur Gänze oberhalb der Drehachse D-D des Rades angeordnete
Richt-Z>
flosse 3 weist hierbei wieder eine Trimmflosse
3' auf, die aber im Uhrzeigersinne verschwenkt ist, wie dies die Fig.
5 gut zeigt. Dadurch ergibt die Axialkomponente der Drallströmung, die mit
der Windrichtung W zusammenfällt, ein entgegengesetzt dem Uhrzeigersinne verlaufendes
Drehmornent M' um die Schwenkachse S-S des Rades, wogegen das von der nach dein
Pfeil Q verlaufenden Drehkomponente der Drallströmung 'herrührende Moment
M'I um die Schwenkachge im Uhrzeigersinne gerichtet ist; die beiden Komponenten
der Drallströmung liefern also einander entgegengesetzt geridhtete Drehmomente zur
Anstellung des Rades i. Da weiterhin das Maß der Anstellung der Trimmflosse
3'
derart ist, daß das Rad i bei größter Leistungsabnahme durch die beiden
Momente AP und M" streng senkrecht zum Wind gespannt gehalten wird, so kann von
der Maschine die größte Leistung auch sicher abgenommen wer--den. Wird von ihr aber
weniger oder gar keine Leistung abgenommen, so wächst die Drehkomponente, der DraJ1strömuxig
gegenüber deren Axialkomponente an, wodurch sich die beiden Momente M' und M' gegenemander
derart ändern, daß dann das Rad i aus seiner streng richtigen Anstellung gegenüber
dem Wind verbracht und eine Begrenzung der Durchgehdrehzahl erreicht wird.
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Die ErfindungsmaßnaImen sind auf jene Fälle glatt übertragbar, in
denen zwei oder mehrere Richtflogsen zur Anwendung gelangen,.