DE809179C - Giersteuervorrichtung fuer Windkraftanlagen - Google Patents

Description

• Giersteuervorrichtung für Windkraftanlagen Um den drehbaren Turmkopf einer Windkraftanlage so in den Wind zu stellen, daß die Scheibe des arbeitenden Rades annähernd senkrecht zur mittleren Richtung der anströmenden Luft steht, ist schon eine große Anzahl von Einrichtungen vorgeschlagen worden, die zum überwiegenden Teil automatisch arbeiten. Die bekanntesten Einrichtungen sind Windfahnen an langem Hebelarm. Bei diesen ist allerdings Voraussetzung, daß das Rad in Windrichtung gesehen vor dem Turm läuft. Wenn man von Handeinstellvorrichtungen, Winden und Gestängen absieht, mit denen die meisten alten Windmühlen fest in den Wind gestellt wurden, sind also weitere Einstellvorrichtungen anzuwenden, vorzugsweise kleine Windräder mit einem Durchmesser, der 5 bis io% vom Durchmesser des Hauptrades beträgt und deren Drehebene etwa senkrecht zur Erdoberfläche und in Richtung des anströmenden Windes liegt. Diese Seitenwindräder laufen bei Wind nur dann nicht um, wenn die Windrichtung mit der Drehebene des Hilfswindrades zusammenfällt. Wird das Windrad schräg von vorn bzw. von rückwärts angeblasen, läuft es in einem oder dem anderen Drehsinn um. Über einen selbsthemmenden Trieb mit sehr großem Untersetzungsverhältnis wird von dem Hilfswindrad, dessen Lagerung mit dem schwenkbaren Turmkopf fest verbunden ist, dieser so lange geschwenkt, bis er zum Stillstand kommt, die Windrichtung also wieder mit seiner Drehebene übereinstimmt und die Drehebene des Hauptrades senkrecht zur herrschenden Windrichtung steht.
• Außer mit einem solchen Hilfswindrad kann über ein selbsthemmendes Getriebe die Einstellung in den Wind auch mit Hilfe eines hydraulischen oder elektrischen Motors erfolgen, der von einer kleinen Windfahne gesteuert wird.
• Bei allen diesen Einrichtungen wird es im praktischen Betrieb als störend empfunden, daß die Gier- und Stampfschwingungen des Turmkopfes, hervorgerufen durch kleine Restunwuchten sowie durch verschiedene Beaufschlagung des Rades beim Durchgang durch die langsamer strömenden tieferen Windschichten bzw. durch die schneller strömenden, höher gelegenen Windschichten, infolge des unvermeidlichen Getriebespiels zu stoßweisen, also nicht sinusförmig verlaufenden Schwingungen führen.
• Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun eine besondere Art der Anordnung der Drehachse des Hauptwindrades gegenüber der Hochachse der Schwenkbewegung, durch welche die durch das unvermeidliche Getriebespiel begünstigte Gierschwingung um die Hochachse stark gemildert wird. Zu diesem Zweck schneiden sich die Turmhochachse und die Win.draddrehachse nicht, sondern die Windraddrehachse ist um eine bestimmte kleine Exzentrizität gegenüber der Turmhochachse versetzt. Der Sinn dieser Maßnahme ist folgender: Bei arbeitendem Windrad wird durch den Axialschub des Rades vermöge der Achsversetzung ein Drehmoment um die Hochachse erzeugt, das dazu führt, daß die Getrieberäder und Schnecken für die Steuerung der Gierbewegung ständig kraftschlüssig im Eingriff und anliegend bleiben, so daß lediglich die Turmelastizität noch eine Gierschwingung zuläßt.
• Bei Verwendung eines einzigen Seitenwindrades zur Einsteuerung in die Windrichtung ist dieses vor der durch die Turmhochachse und den Windrichtungsvektor gebildeten Ebene erfindungsgemäß gegenüber der Drehachse' des Windrades anzuordnen. Der Sinn dieser Maßnahme ist folgender: Durch das Moment um die Turmhochachse, hervorgerufen vom Axialschub des arbeitenden Rades, hat der Turmkopf die Tendenz, nach einer Seite hin, nämlich nach der Seite der exzentrischen Verlagerung der Radachse, bevorzugt abzudrehen.
• Dies soll aber erfindungsgemäß die Richtung sein, in die vermöge der Kräfte des Seitenrades und infolge der Abschirmung des Seitenrades durch den Turmkopf dieser weniger leicht abdreht, d. h. bei weniger wirksamem Seitenrad unterstützt das Axialschubmoment um die Turmhochachse das Nachdrehen. Bei angeströmtem Seitenrad ist das Nachdrehen durch das Axialschubmoment erschwert. Bei geeigneter Dimensionierung dreht der Turmkopf nach beiden Seiten gleich leicht bei.
• Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung veranschaulicht.
• Fig. i ist eine Draufsicht, zum Teil ein Schnitt, Fig. 2 eine Ansieht entgegen der Windrichtung senkrecht zur Radebene. Das mit den Flügelblättern a ausgerüstete Hauptwindrad treibt über das ihm gleichachsige, im Gehäuse b angeordnete Getriebe den ebenfalls gleichachsigen Generator c an. Die gemeinsame Achse d des im wesentlichen aus Windrad, Getriebe und Generator bestehenden Turmkopfes i schneidet nicht die Turmdrehachse f, sondern liegt seitlich davon in einer gewissen Entfernung e. Infolgedessen übt der Axialschub g des arbeitenden Hauptwindrades ein Drehmoment h um die Turmdrehachse aus. In das mit dem Turmkopf i fest verbundene Schneckenrad k greift die auf der Achse in des seitlichen Hilfswindrades n befestigte Schnecke o ein.
• Der exzentrische Angriff des Axialschubes g hält die Getrieberäder, nämlich das Schneckenrad k und Schnecke o, in kraftschlüssiger Berührung und verhütet dadurch wirksam die sonst störenden Gierschwingungen. Der Turmkopf i hat das Bestreben, nach der seitlichen Verlagerung der Achse d des Hauptwindrades d hin bevorzugt abzudrehen, nämlich in der Richtung, in welcher die Wirkung des Seitenrades n bei der teilweisen Abschirmung des Seitenrades durch den Turmkopf i geringer ist. Dies bedeutet, daß bei abgeschirmtem Seitenrad tt das Schubmoment g das Beidrehen unterstützt, bei frei angeströmtem Seitenrad n jedoch das Beidrehen erschwert ist, also bei geeigneter Abmessung der Teile das Abdrehen nach beiden Richtungen gleich leicht vor sich geht.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Giersteuervorrichtung für Windkraftanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Hauptwindrades gegenüber der Drehachse des Turmkopfes um eine Strecke (e) versetzt ist, so daß -der Axialschub des Hauptwindrades am Turmkopf ein Drehmoment (h) hervorbringt, welches in den Getrieberädern, insbesondere der Giersteuerung, den kraftschlüssigen Eingriff aufrechterhält.
2. 2. Giersteuervorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das die Giersteuerung bewirkende Seitenwindrad einseitig angeordnet und die seitliche Versetzung der Achse des Hauptwindrades zur Turmdrehachse so bemessen ist, daß das Drehmoment (h) das Beidrehen des Turmkopfes unterstützt, wenn das Seitenwindrad durch den Turmkopf teilweise abgeschirmt ist, es dagegen erschwert, wenn das Seitenwindrad von frischem ungehemmtem Wind beaufschlagt wird.