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Flügelverstelleinrichtung Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Flügelverstelleinrichtung für Windkraftwerke mit frei tragenden Einzelflügeln. Dabei-
soll mit besonders einfachen Mitteln eine Einrichtung von höchster Betriebssicherheit
geschaffen werden, die mit besonderem Vorteil für Windkraftanlagen kleiner und mittlerer
Leistung verwendbar ist. Anlagen dieser Größenordnung sind im allgemeinen nur wirtschaftlich,
wenn die- Anlagekosten durch die bauliche Einfachheit besonders niedrig gehalten
werden können.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß eine die Flügel tragende
Welle längs verschiebbar am schwenkbaren Achsenträger gelagert ist und daß zur Einhaltung
ihrer Normallage und Zurückführung in diese eine Feder vorgesehen ist, während zur
Flügelverstellung ein mit der Welle umlaufender, in Achsenrichtung feststehender
Körper angeordnet ist, der die Flügelverstellung durch die unter dem Einfluß des
auf die Flügel wirkenden Winddruckes erfolgende Längsverschiebung der Welle über
Zwischenglieder unmittelbar bewirkt. Es ist zwar bekannt, die Flügelverstellung
dadurch vorzunehmen, daß in einer die Flügel tragenden, also schwenkbaren und umlaufenden
Hohlwelle eine Vollwelle in der Windrichtung längs verschiebbar ist und dabei mit
Lenkern die Flügel um ihre Ruten verstellt. Im Gegensatz dazu sollen bei der Erfindung
die Flügel nicht wie üblich auf der gewöhnlich in der Längsrichtung festen Hohlwelle,
sondern auf der in Längsrichtung verschiebbaren Vollwelle sitzen. Bei den bekannten
Anlagen mit den Flügeln auf der nicht verschiebbaren Hohlwelle erfolgt die Verstellung
erst durch die Bewegung eines besonderen Steuerorgans, nämlich der Vollwelle, oder
der mit diesem verbundenen zusätzlichen Verstellmittel, nämlich der Lenkerstangen.
Dies bedingt, daß die Flügel bei Sturm und Böen dem Winddruck nur mittelbar auf
Umwegen und mit einer sich daraus ergebenden gewissen Anlaufzeit nur.allmählich
entzogen werden könneu.
Wenn dagegen die Flügel selbst entsprechend
der Erfindung auf der verschiebbaren Welle unter der unmittelbaren Einwirkung des
Windes, insbesondere bei Böen und Sturmstößen, sofort in der Windrichtung ausweichen
und dabei dem Winddruck nachgeben, werden sie durch diese unmittelbare Bewegung
im Zusammenwirken mit den an der feststehenden Hohlwelle befestigten Zwischengliedern
sofort verstellt und notfalls in die Segelstellung gedreht.
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Besonders für kleine Windkraftmaschinen ist die sofortige Reaktion
auf plötzliche Böenstöße, Zoobei das ganze Windrad dem Stoß folgt und diesen dadurch
sofort abwettert bei gleichzeitiger Flügelverstellung unter unmittelbarer Verminderung
der gefährdeten Angriffsflächen, vor allem deswegen vorteilhaft. weil sich gerade
hierdurch die Betriebssicherheit ausschlaggebend erhöht, ohne daß besondere Schutzeinrichtungen
die Anlagekosten verteuern. Letztere werden sogar niedriger als üblich, weil auf
die geschilderte Weise alle besonderen Einstellantriebe für die Flügel fortfallen.
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Es ergibt sich also ein unmittelbare Einwirkung des Winddruckes auf
die Flügeleinstellung, so daß bei plötzlich auftretenden Windstößen gleichzeitig
mit der Schubbelastung der Windradachse auch die entsprechende Verminderung des
Windwiderstandes eintritt. Diese direkte umweglose Anpassung der Flügelstellung
an die Windstärke wird von den bekannten Flügelverstelleinrichtungen, die ebenfalls
in Abhängigkeit vom Winddruck betätigt werden, nicht erreicht, sondern sie bedingen
sämtlich einen Umweg über besondere Steuerorgane.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung,
in der einige Ausführungsbeispiele für den Gegenstand der Erfindung schematisch
dargestellt sind.
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Abb. i zeigt zunächst im wesentlichen schematisch eine Windradanlage
mit zwei Einzelflügeln i, von denen jeder um seine eigene Längsachse schwenkbar
eingerichtet ist. Jeder Flügel i besitzt dabei einen hohlen Holm 2, der über einen
Rutenkörper 3 übergestreift ist und drehbar an diesem Körper gelagert ist. Der Rutenhalter
.4 ist mit der umlaufenden Achse 5 fest verbunden. Besonders bei kleinen Anlagen
können die Flügelholme unmittelbar im Körper .4 drehbar gelagert sein. Die Achse
5 ist längs verschiebbar in dem Rohr 6 gelagert, das infolge einer Verbindung mit
Nut und Feder an den Umläufen der Achse 5 teilnimmt und selbst in dem festen Rohr
7 gegen Verschiebung gesichert gelagert ist. Mit dem Körper der Achse 5 ist ein
Bund 8 verbunden, und zwar ist dieser Bund in seiner Lage durch Mutter und Gegenmutter
einstellbar. Er dient zur Abstützung der Druckfeder 9, deren anderes Ende sich gegen
das Rohr 6 abstützt. Der feste Rohrkörper 7 wird durch das senkrechte Rohrstück
io getragen, mit dem er etwa durch Schweißung verbunden ist. Das Rohr 1o ist an
der Spitze eines mastähnlichenTraggerüstes i i schwenkbar gelagert, und zwar vermittels
der Lager 12 und 13 an der _lüßenseite des Rohrkörpers ld., der die Spitze des feststehenden
Mastes bildet. An der _Außenseite des Rohres io ist das Gerüst 15 angebracht, das
einen Stromerzeuger 16 trägt. Der Antrieb dieses Stromerzeugers erfolgt durch ein
Stirnräderpaar; das große antreibende Stirnrad 17 ist unmittelbar mit dem Rohr 6
verbunden, während das zugehörige Ritzel 18 auf der Antriebswelle des Stromerzeugers
angeordnet ist. Die bisher beschriebenen Teile ergeben bereits eine betriebssichere
und betriebsfähige Windkraftinaschine. Bei hohen Windstärken, bei denen die Leistungsgrenze
des Stromerzeugers überschritten wird, stellen sich nämlich die Flügel i von selbst
mehr und mehr in die Windrichtung ein, so daß einerseits die Drehzahl des Windrades
und andererseits auch der auf das Traggerüst ausgeübte Schub stets innerhalb der
zulässigen Grenzen bleibt. Mit höherer Windstärke wächst nämlich auch der auf die
Achse 5 vom Windrade ausgeübte Schub und wird dabei größer als die Vorspannung der
Feder 9. Beim Zusammendrücken dieser Feder verschiebt sich die Achse 5 nach links.
Damit entfernt sich der Rutenträger .4 von den am Rohr 6 befestigten Speichen 19.
Diese Speichen tragen an ihren Enden ein Gelenk für den I.#nl:er 2o, dessen freies
Ende durch ein Gelenk mit dem Hebel 21 am Holm 2 des Flügels verbunden ist. Diese
Verbindung ist so eingerichtet, daß sich die Flügel i mehr und mehr in die Windrichtung
einstellen, je weiter der Rutenträger .I sich von den Speichen 19 entfernt. In Abb.
2 ist ein Schnitt nach der Linie II-11 in Abb. i dargestellt, der die Lenkerverbindung
und ihre Wirksamkeit näher erläutert.
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Wie Abb. 2 zeigt, werden bei dem dargestellten Beispiel Flügel verwendet,
bei denen die Drehachse nicht durch den Segelschwerpunkt des Flügels geführt ist.
Hierzu ist zu bemerken, daß die Anlage auch bereits betriebsfähig sein würde, wenn
der Flügel symmetrisch zur Drehachse ausgebildet wäre. In dem zuletzt genannten
Falle wird die Feder 9 ausschließlich durch die im Windrade unter dem Einfluß des
Windes auftretende Schubkraft belastet, und damit erfolgt auch die Flügelverstellung
lediglich unter dein Einfluß dieser Kraft. Die Abb. i und 2 zeigen demgegenüber
bereit: eine Ausführungsform, in
der eine Abwandlung des Grundgedankens
der Erfindung vorgesehen ist. Die Feder g wird hier nämlich noch durch eine zweite,
von den Flügeln ausgehende Kraft beeinflußt. Der auf den Flügel einwirkende Wind
versucht nämlich, den Flügel in der Richtung des in Abb. 2 dargestellten Pfeiles
zu drehen, die Lenker 2o und 21 setzen auch diese Kraft in eine Belastung der Feder
g um, und die Feder g ist also nicht nur durch die reine Schubkomponente der Flügelfläche
beansprucht, sondern gleichzeitig durch die Windfahnenwirkung der Einzelflügel.
Die unsymmetrische Anordnung des Flügels hat dabei den Vorteil, daß alle an der
Verstellvorrichtung vorhandenen Gelenke ständig in der gleichen Richtung belastet
werden, so daß ein etwa vorhandenes Spiel sich nicht durch unerwünschte Bewegungen
innerhalb eines toten Ganges bemerkbar machen kann. Eine völlig ruhige Arbeitsweise
der Einrichtung ist damit ohne weiteres gesichert.
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Ein weiterer Vorteil der geschilderten Anordnung liegt darin, daß
es mit besonders einfachen Mitteln möglich ist, eine zusätzliche Einrichtung anzubringen,
die an Stelle der selbsttätigen Flügeleinstellung eine willkürliche Einstellung
und damit ein Stillsetzen des Windrades bei jeder beliebigen Windstärke ermöglicht.
Diese Zusatzeinrichtung besteht aus einem zweiarmigen Hebel mit den beiden Hebelarmen
22 und 23, dessen Drehachse 24 am Träger des Stromerzeugers angeordnet ist. Der
Hebelarm 22 ist zweiteilig ausgebildet, führt also an beiden Seiten des Stromerzeugers
16 vorbei. Die freien Enden der beiden Hebelteile sind durch die Lenker 25 mit einem
Ringe 26 verbunden, der auf der Welle 5 gleitet, ohne an der Drehbewegung teilzunehmen,
und sich bei einer Bewegung nach links gegen einen auf der Welle 5 liegenden Ansatz
anlegt, also die Feder g zusammenzudrücken vermag. Eine am freien Ende des Hebels
23 nach unten ausgeübte Kraft stellt also die Flügel s willkürlich in die Windrichtung
und bewirkt damit ein Stillsetzen des Windrades. Beim dargestellten Beispiel dient
zur Erzeugung der Kraft der Flaschenzug 27, der das freie Ende des Hebels 23 mit
dem festen Rollenblock 28 verbindet. Das Seil des Flaschenzugs ist dann vom Block
28 über eine Rolle 2,9 in das Innere des festen Mastes geführt. Das Stillsetzen
kann also in diesem Falle vom Boden aus erfolgen, indem beispielsweise das untere
Ende des Seiles 30 zu einer kleinen Handwinde führt unter Zwischenschaltung
eines Wirbelschäkels zur Vermeidung unerwünschten Dralls, so daß durch einfaches
Betätigen der Winde die Windradanlage zum Stillstand gebracht werden kann. An Stelle
der Winde oder zusätzlich zur Winde kann an dem Seil 3o auch ein Gewicht angeordnet
sein, das durch Klinken in seiner Lage gehalten wird und beim Lösen der Klinken,
von Hand oder elektrisch, das Seil herabzieht, womit dann gewissermaßen eine Notbremse
für die Windkraftanlage geschaffen ist, die ein sofortiges Stillsetzen der Anlage
in einem Zustande bewirkt, bei dem der Wind an den Flügeln nur einen fast unbeachtlichen
Widerstand findet.
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Die in Abb. z dargestellte Anlage weist noch eine zusätzliche Sicherheits-
bzw. Regeleinrichtung in Form einer Bremse für die Windradwelle auf. Ein solche
zusätzliche Bremse ist in all denjenigen Fällen besonders zweckmäßig, in denen der
Leistungsbedarf lastseitig starken Schwankungen unterliegt. Treibt also beispielsweise
der Stromerzeuger 16 eine Anzahl von Elektromotoren an, und diese Stromabnehmer
werden zufällig einmal gleichzeitig abgeschaltet, so könnte ein solcher Wechsel
auf der Lastseite der Windkraftanlage zu Störungen führen. Durch eine solche plötzliche
Entlastung verändert sich der in der Windradwelle auftretende Schub nicht,der bisherige
Flügelanstellwinkel bleibt also unverändert, während gleichzeitig infolge der Entlastung
das Windrad eine höhere Drehzahl anzunehmen versucht. Eine solche Drehzahlerhöhung
(Durchgehen) kann wegen der dabei auftretenden Fliehkräfte gefährliche Beanspruchungen
erzeugen, muß also verhindert werden. Nach der Erfindung ist hierfür eine Bremse
vorgesehen, deren Bremsdruck von der Drehzahl beeinflußt wird, und zwar in dem Sinne,
daß bei einer Überschreitung der normalen Drehzahl die Bremsung einsetzt und gleichzeitig
mit zunehmender Drehzahl der Bremsdruck gesteigert wird. Bei dem oben geschilderten
Betriebsfall, Antrieb eines Stromerzeugers, dessen Leistung durch Fortfall der Stromabgabe
plötzlich verringert wird, wird dann die bisher vom Stromerzeuger aufgenommene Leistung
durch die Bremsleistung ersetzt, so daß das Windrad unter kaum veränderten Betriebsbedingungen
weiterläuft.
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Bei dem dargestellten Beispiel ist für die Bremsung eine Lamellenbremse
31 vorgesehen, deren äußere Lamellen vom Zahnrad 17 getragen werden, während die
inneren Lamellen vom festen Rohre 7 gehalten werden. Zur Erzeugung des Lamellendrucks
dient ein Ringkörper 32, der von der Magnetwicklung 33 mehr oder weniger gegen die
Lamellen gepreßt wird. Bei normalem Betrieb ist die Magnetwicklung 33 stromfrei;
erhöht sich die Drehzahl des Windrades über die Solldrehzahl, so wird der Magnetstrom
mehr und mehr eingeschaltet. Die Schaltung des Magnetstromes erfolgt selbsttätig
durch den auf
der Stromerzeugerwelle angeordneten Fliehregler 3q.,
der über einen Hebel 35 den Widerstandsschalter 36 betätigt, also zunächst beim
Überschreiten der Solldrehzahl den Strom einschaltet und durch Ausschaltung von
Vorschaltwiderständen den Magnetstrom mehr und mehr verstärkt, je größer die Abweichung
von der Solldrehzahl ist.
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In Abb. 3 ist ein weiteres Beispiel für eine Windkraftanlage nach
der Erfindung dargestellt, das in seiner Wirkungsweise dem bereits beschriebenen
Beispiel völlig gleicht, bei dem aber die baulichen Mittel in Einzelheiten abweichen.
Die Bezugszeichen in Abb. 3 entsprechen den Bezugszeichen der Abb. i und :2 in der
Weise, daß Teile mit gleicher Wirkung die gleiche Bezeichnung erhalten haben.
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Ein auffallender Unterschied besteht zunächst hinsichtlich der Einstellbarkeit
der Flügel in die Windrichtung. Die Flügel i sind nämlich nicht um eine in ihrer
Längsrichtung liegende Achse schwenkbar, sondern um ein am Flügelträger 4. angeordnetes
Gelenk 3, das eine Bewegung der Flügel in dem Sinne ermöglicht. daß sie sich in
die Richtung der Drehachse einzustellen vermögen, sie können also unter dem Druck
starker Winde gewissermaßen wie die Stangen eines Regenschirmes zusammenklappen.
Dieser Bewegung entgegen wirkt einerseits die Fliehkraft der Flügel selbst und andererseits
die Kraft der vorgespannten Feder g. Damit tritt also eine Einstellung in die Windrichtung,
genau wie beim bereits beschriebenen Beispiel, nur bei übermäßig heftigen Winden
in dem jeweils notwendigen Maße ein. Die Feder g ist dabei infolge der Verschiebbarleit
der Windradwelle 5 einerseits von der Schubkomponente des Flügeldruckes belastet,
andererseits auch noch zusätzlich über die Einstellvorrichtung durch die Kraft,
welche die Flügel i aus dem Winde zu drehen versucht. Die jeweils richtige Einstellung
der Flügel zur Windrichtung wird auch bei dem neuen Beispiel durch die gegenseitige
axiale Lage der Welle 5 zum Rohre 6 bestimmt, wobei das Rohr 6 in der Achsenrichtung
festgehalten ist und mit dem Flügel über die Lenker 2o und 21 verbunden ist. Das
Rohr 6 ist in zwei Böcken 7 gelagert, um auf diese Weise zu erreichen, daß das Spitzenrohr
14 des festen Turmgerüstes von oben her bequem zugänglich ist und nicht durch das
mit dem Schwenkteil verbundene Rohr io abgedeckt wird. Auf diese Weise ist es auch
möglich, die Stromabnehmer 37 für den Übergang des im Stromerzeuger 16 erzeugten
Stromes auf den festen Teil des Turmgerüstes von außen her leicht zugänglich anzuordnen.
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Eine willkürliche Betätigung der Flügelverstellung läßt sich dabei
in der gleichen einfachen @Neise wie beim Ausführungsbeispiel nach Abb. i anbringen;
das Vorhandensein einer solchen Einrichtung ist in Abb. 3 lediglich durch das in
der Turmachse liegende Seilstücke 3o angedeutet.
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Auch die Anordnung einer zusätzlichen Bremse kann nach dem Ausführungsbeispiel
der Abb. i erfolgen. In der Zeichnung ist jedoch für die Erzeugung der Bremskraft
eine abgeänderte Ausführungsform dargestellt. Der Fliehregler 34 überträgt hier
nämlich durch das Gestänge 35 seine Bewegung bzw. die in ihm auftretenden Kräfte
unmittelbar mechanisch auf den Preßring 32 der Lamellenbremse 31. Auch auf
diese Weise wird die gleiche Wirkung wie bei dem bereits beschriebenen Ausführungsbeispiel
erreicht. Der Sicherheitsgrad der Anlage wird dadurch noch erhöht, da die Einrichtung
zur Verhinderung des Durchgehens nicht das Vorhandensein einer elektrischen Stromquelle
zur Voraussetzung hat; es wird vielmehr rein mechanisch beim Überschreiten der Solldrehzahlen
eine Abbremsung des Rades durchgeführt, wobei die Bremskraft um so mehr ansteigt,
je größer die Abweichung vom Soll-,ivert ist.
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Dabei ist noch besonders zu bemerken, daß die Bremse nicht ausschließlich
eine Sicherheitseinrichtung gegen ein Durchgehen des Windrades bei Lastschwankungen
oder bei irgendwelchen Betriebsstörungen ist, sondern gleichzeitig als Regler dienen
kann, um die Drehzahlen des Windrades bei jeder beliebigen Windstärke innerhalb
eines bestimmten, der richtigen Arbeitsweise des Stromerzeugers 16 entsprechenden
Drehzahlbereichs zu halten. Es erübrigt sich also die Anordnung jeder weiteren Regeleinrichtung,
worin für kleinere Windkraftanlagen ein besonders bedeutsamer Vorteil liegt.
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Da die beschriebene Bremse nicht zum Festhalten des abgebremsten Teiles
dient, sondern nur zur Drehzahlverminderung, ist es bei etwas größeren Anlagen möglich,
daß die entstehende Reibungswärme einen verhältnismäßig hohen Wert erreicht. Auch
in diesem Falle ist die Verwendung von Stahllamellen empfehlenswert, da dann die
Lamellen in einem Ölbad laufen können und das Öl der dann geschlossen ausgeführten
Bremse im Kreislauf einem Kühler zugeleitet werden kann, der die Wärmeabfuhr sichert
und die Temperaturerhöhung in zulässigen Grenzen hält. Im übrigen ist es nicht unbedingt
erforderlich, die Bremsung durch Reibung zwischen festen Reibflächen vorzunehmen,
denn zur Verwirklichung der Erfindung können auch aerodynamische Bremsen verwendet
werden, für die. Ausführungsbeispiele in den Abl). 4 bis 8 veranschaulicht sind.
Grundsätzlich
handelt es sich bei der Erfindung nur darum, eine
Bremse anzuwenden, die in .Abhängigkeit von der Drehzahl, also bei Überschreitung
der Solldrehzahl auf die Windradachse einwirkt, und gerade diese Bedingungen lasse
.sich bei einfachen Windbremsen leicht erfüllen. _ Ein besonders einfaches Beisipel
ist in den Abb. 4 bis 6 in drei verschiedenen senkrecht zueinander liegenden Schnitten
schematisch dargestellt. Von der eigentlichen Windkraftanlage ist dabei nur die
verschiebbare Welle 5, der Flügelträger 4 und die Flügelverstelleinrichtung i9,
2o, 2z angedeutet. Der Flügelträger 4 trägt bei diesem Beispiel eine nabenartige
Blechtrommel 38, in der die Bremsflügel 39 geführt werden und die diese Flügel völlig
in sich aufnimmt, wenn keine Bremsung erfolgen soll. Zur Führung jedes einzelnett
der beiden Bremsflügel dienen vier Führungsstäbe 40, an denen die mit dem Flügel
verbundenen Augen 4 1 gleiten. An jedem Flügel dienen dabei sich zwei diagonal -gegenüberliegende
Führungsstäbe auch zur Führung der vorgespannten Druckfedern 4z, deren Außenende
sich unmittelbar auf die Wand der Trommel 38 abstützt. Liegt die Drehzahl des Windrades
innerhalb der. Solldrehzahl; so halten die Federn 42 die Bremsflügel 39 völlig innerhalb
der Trommel 38. Erhöht sich die Drehzahl über die Solldrehzahl hinaus, so überwindet
die Fliehkraft der Flügel. die Vorspannung der Federn, die Flügel treten also aus
der Nabentrommel heraus und wirken bremsend auf das Windrad ein. Die richtige Arbeitsweise
läßt sich -leicht durch eine entsprechende Bemessung des Flügelgewichtes im Verhältnis
zu den Federeigenschaften- erreichen. Beim Heraustreten der Flügel aus der Nabentrommel
38 nimmt nämlich sowohl die Fliehkraft der Flügel als auch die Federkraft infolge
der Verkürzung der Druckfedern zu, so daß die Gesamtanordnung leicht so eingerichtet
werden kann, daß mit zunehmender Drehzahl schon bei geringenDrehzahlunterschieden
eine verhältnismäßig erhebliche Auswärtsbewegung der Bremsflügel erfolgt. Die Fläche
der Bremsflügel braucht dabei nicht, wie dies in der Zeichnung lediglich einfachheitshalber
dargestellt ist, parallel zur Achsenrichtung der. Windradwelle zu liegen, zweckmäßig
ist es vielmehr, die Bremsflächen so anzuordnen, daß der sich aus der absoluten
Windgeschwindigkeit ,und aus der Drehung der Welle zusammensetzende scheinbare Wind
ungefähr senkrecht auf die Bremsflächen auftrifft, die dann die größte Wirksamkeit
aufweisen. Gegebenenfalls können die Bremsflächen auch so ausgebildet werden, daß
der auf sie einwirkende Wind ein Drehmoment in der Windradwelle erzeugt, welches
dem Drehmoment der Windradflügel "r entgegengesetzt- gerichtet ist, so daß die Bremsflächen
gewissermaßen ein zweites Windradflügelpaat bilden, das die Wirkung der eigentlichen
Flügel . teilweise aufhebt. Diese Gesamteinrichtung ergibt dann selbstverständlich
einen Körper erheblich vergrößerten Windwiderstandes und damit eine Erhöhung des
Schubes 'in der Achsenrichtung; also eine Kraft, die die Hauptflügel des Rades in
die Windrichtung einstellt. Dieser Gedankengang läßt ohne weiteres erkennen, daß
die geschilderten Bremsflächen eine sehr feinfühlige Regeleinrichtung für die Umlaufzahl
des Windrades sein können, so daß das Windrad stets in dem gleichen Drehzahlbereich
arbeitet, obwohl die eigentliche Flügeleinstellung nicht unmittelbar von der Drehzahl,
sondern in erster Reihe vorn Axialschub der Windradwelle beeinflußt wird. Auf der
anderen Seite sind aber auch die unter der Wirkung der eigenen Fliehkraft in Tätigkeit
tretenden Bremsflächen eine völlig zuverlässige Sicherung bei unvorhergesehenen
Störungen, auch bei Störungen der Flügelverstellvorrichtung beispielsweise, da sie
völlig selbsttätig und unabhängig von jeder anderen Einrichtung arbeiten, bei jeder
unerwünschten Drehzahlerhöhung zur Wirkung kommen und so bemessen sein können, daß
das Windrad-bei jeder beliebigen Einstellung auch bei stärksten Winden keine wirklich
gefahrbringend hohen Drehzahlen annehmen kann.
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Für die konstruktive Ausbildung der geschilderten Bremsflächen gibt
es dabei eine Vielzahl von Möglichkeiten, und in Abb.7 und 8 sind daher weitere
Ausführungsformen solcher Bremseinrichtungen schematisch erläutert. Abb. 7 zeigt
zunächst, daß an Stelle einer Parallelverschiebung der Bremsflächen auch die Drehbewegung
um eine Achse 43 treten kann. Das Ausfahren der Bremsfläche 44 erfolgt hier
also in ähnlicher Weise wie das Ausfahren von Schwertern in Segelfahrzeugen. An
der dem festen Drehpunkt 43 gegenüberliegenden Kreiskante 45 wird die Bremsfläche
durch die Rollenpaare 46 geführt, die im Innern des Nabenkörpers 38 an entsprechenden
Versteifungen gelagert sind und die eine leichte Beweglichkeit der Fläche auch bei
Windbelastung sichern. Zur Einstellung der Fläche dient die Zugfeder .47 und das
Halteseil-48. Das freie Ende des Seils 48 ist auf der Seilscheibe 49 befestigt,
«nährend die Feder 47 auf ein Seilstück einwirkt, das auf eine mit der Seilscheibe
49 fest verbundene Kurvenscheibe 5o- aufläuft. Durch diese Bauart ist die Möglichkeit
gegeben, Federkraft und Federweg für jeden Bewegungsabschnitt der Bremsfläche 44
auf jedes beliebige gewünschte Maß einzustellen und damit die
richtige
Wirk tingsweise der Bremse -zu sichern. Außerdem bietet die Zwischenschaltung eines
solchen einfachen Übersetzungsgetriebes zwischen der Feder und der bewegten Bremsfläche
auch noch die Möglichkeit, die Bauteile räumlich nach Belieben so anzuordnen, wie
es in jedem Einzelfall erwünscht erscheint.
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Bei Abb. 7 ist die Bewegungsebene der Bremsfläche 44 hauptsächlich
mit Rücksicht auf einfache zeichnerische Darstellung in eine durch die Windradachse
führende Ebene gelegt worden; wie bereits erwähnt, ist auch die Wahl anderer Ebenen
möglich und gegebenenfalls besonders zweckmäßig. Ein Beispiel hierfür ist in Abb.
8 dargestellt, die eine Ansieht einer Nabentrommel 38 zeigt. Ein Windradflügel i
ist in dieser Zeichnung angedeutet, um die Umlaufrichtung der Nabe zu veranschaulichen.
Die Bremsfläche 51 ist hier im völlig eingezogenen Zustand dargestellt. Die Bremsfläche
ist entsprechend der Abb. 7 um eine Achse 52 schwenkbar, kann also unter Einwirkung
der Fliehkraft aus der Nabentrommel heraustreten und liegt dann ungefähr senkrecht
zu dem auf sie einwirkenden scheinbaren Wind. Die äußere Spitze 53 der Bremsfläche
51 ist bei diesem Beispiel durch eine Zugstrebe 54 abgestützt, die ebenfalls um
die Achse 52 drehbar ist und im eingezogenen Zustand der Bremsscheibe in einer Aussparung
der Nabentrommel 38 parallel zu einer Mantellinie liegt. Die Anbringung der Stütze
5.1 hat den Vorteil, daß die im ausgefahrenen Zustand auf die Führungen 46 einwirkenden,
vom Winddruck erzeugten Ouerkräfte wesentlich verringert werden und auch die sonstigen
Beanspruchungen in günstiger Weise aufgenommen werden. Eine leichte Beweglichkeit
der Bremsflächen und richtige Wirkungsweise der Bremsung ist damit in einfacher
Weise gesichert. Der Einfloß der Reibungswiderstände ist im übrigen für die Wirkungsweise
derartiger Bremseinrichtungen nicht mit erheblichen Nachteilen verknüpft, denn die
Reibung wirkt sich im wesentlichen dahin aus, daß eine Stellung der Bremsfläche,
die beim Ausfahren bei einer bestimmten Drehzahl erreicht ist, im rückläufigen Sinne
erst wieder verlassen wird, ;nenn diese Drehzahl um ein bestimmtes Maß unterschritten
wird. Die Reibung bringt also in der Praxis hauptsächlich eine durchaus erwünschte
Dämpfung der Regelbewegungen. Im übrigen ist es auch ohne weiteres möglich, die
Bremsflächen jederzeit willkürlich durch Einziehen umwirksam zu machen, denn hierzu
genügt schon ein Anziehen des Seiles 30 nach Abb. i und 3. .Eine solche Zugbewegung
stellt bekanntlich die Flügel in die Windrichtung ein, so daß die Windraddrehzahl
sich sofort erheblich vermindert, womit gleichzeitig eine Verminderung der Fliehkraft
und eine Verminderung der scheinbaren Windgeschwindigkeit verbunden ist, worauf
die Federn an den Bremsflächen ein solches Übergewicht erhalten, daß damit jeder
Reibwiderstand leicht überwunden werden kann.
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Wie aus der Beschreibung bereits hervorgeht, sind mit den geschilderten
Ausführungsformen die :Möglichkeiten zur Verwirklichung der Erfindung nicht erschöpft,
es sind vielmehr noch zahlreiche weitere Ausführungsformen zur Durchführung der
Erfindung möglich, die sich aus den geschilderten Beispielen durch Verwendung anderer
Mittel zur Erreichung gleicher Wirkungen ohne Schwierigkeit herleiten lassen. Dabei
ist zu bemerken, daß auch durch Kombination des Erfindungsgegenstandes mit sonst
bekannten Einrichtungen besonders vorteilhafte Ausführungsformen für Windkraftwerke
erreicht werden können. Eine für kleine und mittlere Ausführungen vorteilhafte Anlage
ergibt sich beispielsweise, indem bei einer Ausführung mit der Flügelbauart nach
Abb. 3 noch zusätzlich weitere wesentlich kleinere Flügel in den Zwischenräumen
zwischen den Hauptflügeln angebracht werden, die keine Einrichtung zur Einstellung
in die Windrichtung aufweisen. Mit Hilfe dieser festen Flügel kann auch bei höchsten
Windgeschwindigkeiten der Betrieb einwandfrei aufrechterhalten werden, der von den
Zusatzflügeln ausgehende Axialschub stellt die Hauptflügel völlig in die Windrichtung
ein und kann selbst so gering gehalten werden, daß er für den Windradträger völlig
ungefährlich bleibt.