DE860030C

DE860030C - Verstellpropeller

Info

Publication number: DE860030C
Application number: DES14009D
Authority: DE
Inventors: Erwin Dr Techn Pawelka
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1942-11-01
Filing date: 1942-11-01
Publication date: 1952-12-18

Description

Verstellpropeller Es ist bekannt, die Flügel von Flügelrädern (Propellern), wie sie beispielsweise für Ventilatoren, Schiffs- und Flugzeugantriebe oder umgekehrt für Wasserturbinen, urvd Windmotoren Anwendung finden, zum Zwecke von Regelvorgängen zu verstellen. Weiter ist es bereits bekannt, derartige Verstellvorgänge drehzahlabhängig auszuführen, indem ein besonderer Fliehkraftregler vorgesehen ist, der über geeignete Übertragungselemente eine Verstellung der Flügel, die meist in einer Verdrehung um deren Längsachse besteht, bewirkt. Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, den Regelapparat bei derartigen Flügelrädern zu vereinfachen. Nach der Erfindung kann dies dadurch geschehen daß die durch die Fliehkraft hervorgerufenen Drehmomente, die auf die Flügel einwirken, unmittelbar zur Verstellung der Flügel ausgenutzt werden. Hierbei besteht die Möglichkeit, durch entsprechende Anordnung der Verstellachse in bezug auf die Rotationsachse des Rades sowie durch entsprechende Ausbildung der Flügel in bezug auf Form, und Schwerkraftlage verschiedenen Regelaufgaben Rechnung zu tragen.
Hierbei liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei dem Umlauf derartiger Flügelräder um die Radachse auf die Flügel durch die Fliehkraft nicht nur reine Zugbeanspruchungen, sondern auch Verdrehungsbeanspruchungen ausgeübt werden. Soweit die Verstellachse 4er Flügel die Rotationsachse schneidet, ist das Moment, das durch die Fliekhraft auf den Flügel ausgeübt wird, veränderlich zwischen zwei -Grenzwerten, in denen das Moment Null ist, nämlich dem eine Fall, wo die Flügelebene zur Rotationsachse senkrecht ist (stabiles Gleichgewicht), und dem anderen Fall, wo die Flügelebene zur Rotationsachse parallel liegt, wo ein labiles Gleichgewicht besteht. Von diesen beiden Grenzfällen abgesehen, wird immer ein von dem Winkel abhängiges Drehmoment auf die Flügel ausgeübt. Dieses Drehmoment wird größer, wenn die Verstellachse der Flügel reicht durch die Drehachse des Flügelrades geht. Wie sich auch aus der Rechnung ergibt, setzt sich dementsprechend das auf einen derartigen Flügel ausgeübte Drehmoment aus zwei Teilgrößen zusammen. Die eine dieser Teilgrößen ist proportional dem Sinus des doppelten Verstellwinkels und ist von dem kürzesten Abstand zwischen Verstellachse des Flügels und Rotationsachse des Rades unabhängig. Die andere ist proportional dem Sinus des einfachen Verstellwinkels des Flügels und proportional einer Größe, die' ihrerseits wieder abhängig ist von dem kürzesten Abstand zwischen der Rotationsachse und der Verstellachse des Flügels, -die also, wenn sich die beiden Achsen schneiden, gleich Null wird. Dementsprechend können die für die Verstellung der Flügel erforderlichen Momente durch Vergrößerung des Abstandes der beiden Achsen voneinander vergrößert werden. Ebenso können durch entsprechende Massenverteilung im Flügel sowie auch durch die Anordnung von zusätzlichen, mit dem Flügel verbundenen Massen die Drehmomentie in geeigneter Weise beeinflußt werden. Auch kann die Richtung des Drehmoments dadurch, daß die Verstellachse an der einen oder an der anderen Seite der Drehachse vorbeigeführt wird, geändert werden, so daß es möglich ist, je nach Bedarf beispielsweise bei zunehmender Drehzahl die Neigung der Flügelebene zu einer auf die Rotationsachse senkrechten Ebene zu vergrößern oder aber zu verkleinern. Die Flügel selbst werden zweckmäßig unter den Einfluß einer geeigneten Rückführkraft gestellt, beispielsweise Torsionsfedern oder auf Verdrehung beanspruchte Schraubenfedern, die den Drehmomenten entgegenwirken, so daß sich eine selbsttätige Einstellung jeweils auf die Gleichgewichtslage der beiden. Kräfte ergibt.
Die selbsttätige Verstellung der Flügel kann im Bedarfsfall auch noch mit einer willkürlichen zusätzlichen Einstellung kombiniert werden. Dies kann erfindungsgemäß beispielsweise durch Veränderung der Rückführkraft geschehen, die auf die Flügel einwirkt oder aber auch eine Veränderung des kürzestem Abstandes zwischen Verstellachse und Rotationsachse. Eine solche Verstellung kann entweder durch Verschiebung der Abstützpunkte der Flügel erfolgen oder aber auch durch Ausschwenken der Flügel um eine beispielsweise zur Rotationsachse parallele Achse. Endlich kann eine solche zusätzliche Beeinflussung auch durch Verschiebung vors Massenteilen der Flügel (Schwerpunktverlagerung) erfolgen. Es ist auch möglich, derartige zusätzliche Beeinflussungen ihrerseits gleichfalls in bestimmter Abhängigkeit von der Drehzahl zu steuern, wodurch die Form der Regelcharakteristik geändert werden kann. Ebenso ist es auch möglich, durch die Verstellung der Flügel mittelbar bedingte Massenverschiebungen oder durch Bremseinrichtungen und ähnliche Elemente die Verstellcharakteristik zu beeinflussen bzw. nach einem für den Regelvorgang gewünschten Verlauf abzustimmen.
Die Anwendung des Erfindungsgedankens ist aber nicht auf die angedeuteten Möglichkeiten beschränkt. Ebenso sind die einzelnen Verbesserungsvorschläge nicht nur in dem angegebenen Zusammenhang, sondern auch losgelöst davon für sich einzeln als wertvolle Verbesserungen brauchbar. Der Erfindungsgedanke ist insbesondere für verhältnismäßig einfache Anlagen, beispielsweise kleine Windkraftmotoren, wertvoll, bei denen durch den Wegfall eines besonderen Reglers und die Ersparung umständlicher Übertragungselemente sowohl der Aufwand herabgesetzt als auch die Zuverlässigkeit erheblich gesteigert wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Flügelrad mit verstellbaren Flügeln, insbesondere für Windkraftantriebe, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Fliehkraft hervorgerufenen, ,auf die Flügel einwirkenden Drehmomente unmittelbar zur Verstellung der Flügel ausgenutzt werden. a. Flügelrad nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel derart geformt und angeordnet sind, daß die durch die Fliehkraft hervorgerufenen Drehmomente groß werden. 3. Flügelrad nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel um eine im wesentlichen radiale Achse verstellbar sind. q.. Flügelrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwerpunkt der Flügel außerhalb der Verstellachse liegt. 5. Flügelrad nach Anspruch i oder einem der folgenden, dadurch, gekennzeichnet, daß die Verstellachse die Rotationsachse nicht schneidet. 6. Flügelrate nach Anspruch i oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem Einrichtungen zu einer willkürlichen Verstellung oder Beeinflussung der Verstellung der Flügel vorgesehen sind. 7.- Flügelrad nach Anspruch 6, dadurch gekenn.zeichnet, daß die willkürliche Einstellung durch Änderung der Rückführkraft der Flügel erfolgt. Flügelrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderungen, der Einstellung durch Veränderung des kürzesten Abstandes zwischen Verstellachse und Rotationsachse erfolgen. g. Flügelrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Einstellung durch Schwerpunktverlagerung der Flügel erfolgt. io. Flügelrad -nach Anspruch i bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem eine zusätzliche, unmittelbar oder mittelbar drehzahlabhängige Beeinflussung vorgesehen ist, um der Charakteristik des Regelvorgangs die gewünschte Form aufzudrücken.