DE19840066A1 - Vertikalachsrotor mit Einrichtung zum selbsttätigen Einstellen der Flügel für die Anpassung an die Windgeschwindigkeit - Google Patents
Vertikalachsrotor mit Einrichtung zum selbsttätigen Einstellen der Flügel für die Anpassung an die WindgeschwindigkeitInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
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- F03D7/06—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor
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Abstract
Rotor mit achsparallelen Flügeln mit radialer Durchströmung, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Enden radialer Speichen einer zentralen Drehachse drehbar angelenkten Flügel durch Federn oder andere wirkende Kräfte so in eine Stellung gebracht werden, daß sie bei Stillstand des Rotors und bei geringen Windgeschwindigkeiten in eine Endlage mit großer Widerstandsfläche gegen den Wind und somit großer resultierenden Drehkraft und anderenfalls bei hohen Windgeschwindigkeiten durch die Massenfliehkräfte der Flügel entgegen der Wirkung der Federkräfte in eine Stellung gedrückt werden, bei denen die Fügelprofilsehnen in Richtung der Tangenten der gedachten kreisförmigen durch die Anlenkpunkte führenden Umlaufbahn gebracht werden und somit die Ausbildung einer Drehkraft verhindern.
Description
Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur selbsttätigen Verstellung der
Segelflügel einer Vertikalachs-Windkraftanlage zur Anpassung an die jeweilige
Windgeschwindigkeit, insbesondere zur Starkwindsicherung.
In neuerer Zeit sind Vorschläge für kleine Windkraftanlagen mit vertikaler Drehachse
nach dem Prinzip des Savoniusrotors insbesondere sogenannte Durchströmrotoren,
bekannt geworden, die mit Flügeln aus Segeltuch arbeiten, das auf Rahmen gespannt
wird. Bei diesen Windkraftanlagen besteht die Möglichkeit, daß bei Starkwind die
Segel zerstört werden können. Es gibt auch Vorschläge, nach den ein selbsttätiges
Reffen der Segel bei hohen Windgeschwindigkeiten erfolgt.
Die Erfindung einen Verstellmechanismus zur Verstellung der achsparallelen Flügel
am Rotor zum Ziel, mit dem die Flügelstellung so an die unterschiedlichen
Windgeschwindigkeiten angepaßt werden kann, daß eine zu hohe Drehzahl sowie bei
extremen Starkwinden die Zerstörung der Segel verhindert werden kann.
Die erfinderische Aufgabe wird dadurch gelöst, daß an einer biegesteifen zentralen
vertikalen Rotorachse, die in einem Unterturm drehbar gelagert ist und als Kragarm
über den Turm hinausragt, seitliche, radiale Arme als Speichen befestigt sind, die an
ihren Enden Drehgelenke zur Aufnahme der Segel haben. Die Segel selbst werden
durch Spannrahmen aus leichten Rohren gebildet. Durch die Anstellung der
Segelrahmen zu den Speichen, an denen sie befestigt sind, ergibt sich eine Fläche, die
einen unterschiedlichen Widerstand zum Wind hat und damit vom Schwachwindanlauf
bis zum Starkwind arbeiten kann.
Die Anstellung geschieht durch die am Segelrahmen angreifenden resultierenden
Kräfte, die sich aus den aerodynamischen und den Fliehkräften der Flügel sowie aus
den Federkräften eines zusätzlichen Federsystems ergeben, das die Flügel bei
Schwachwind in eine Position des größten Widerstands drückt. Bei zunehmender
Drehzahl erfolgt eine Zunahme der Fliehkräfte an den Flügeln derart, daß die auf der
Abströmseite des ablaufenden Flügels befindliche Masse den größeren Betrag zur
resultierenden Fliehkraft an jedem Flügel liefert. Die erfindungsgemäße Lösung besteht
weiterhin darin, daß alle Flügel eines Rotors über einen gemeinsamen
Hebelmechanismus so verbunden sind, daß sich die resultierenden Fliehkräfte aller
Flügel arithmetisch addieren, während sich die aerodynamischen Kräfte der Flügel,
einschließlich der gegen die Drehrichtung des Rotors gerichteten auf der zulaufenden
Seite, geometrisch addieren und hierdurch die Fliehkräfte ab einer bestimmten
Drehzahl die Flügel entgegen den Feder- und aerodynamischen Kräften so in den Wind
drehen, daß sie einen immer kleineren Widerstand bieten.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es zeigen:
Bild 1 einen Vertikalachsrotor mit drei Flügeln in Vorderansicht und Draufsicht,
Bild 2 den Aufbau des Rotors mit den wesentlichen Funktionselementen für die
Flügelverstellung in der Draufsicht.
Jeder Flügel besteht aus einem Holmrahmen, der mit zwei übereinanderliegenden
Gelenken an zwei senkrecht übereinander angeordneten Speichen angelenkt ist. In
senkrechter Erstreckung wird der Holmrahmen durch drei Speizholme aufgespannt. Der
mittlere Spreizholm dient gleichzeitig zur Aufnahme einer langen Drehfeder, die an
einem Ende gegen den Holm arretiert ist und am anderen Ende einen Hebel hat, der mit
Vorspannung gegen das Knotenblech wirkt, das beiden Flügelholme der oberen
Rahmenkante verbindet. Durch den Drehfederhebel wird der Flügelrahmen nach Bild 2
entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, so daß der ablaufende Flügel mit größtmöglicher
Fläche vom Wind erfaßt wird. Während der Drehung der Flügel entstehen an den als
punktförmig gedachten Fliehmassen Z(ulaufseite) und A(blaufseite) Fliehkräfte, die -
außer von der Drehzahl - über die Winkelstellung des Flügels von den jeweiligen
Radienabständen zur Drehachse und gleichzeitig von den in den Massenpunkten Z und
A zusammengefaßten Flügelmassenanteilen abhängen.
An der Ablaufseite jedes Flügelrahmens ist eine Koppel angelenkt, die über ein
weiteres Gelenk mit einem Hebel verbunden ist. Der Hebel sitzt an einem Drehring, der
um die zentrale Rotorachse drehbar ist. Gleiche Hebelgestänge haben alle drei Flügel,
so daß sich alle aus den Fliehkräften ergebenden Kräfte addieren.
Die aerodynamischen Kräfte sind an den drei Flügeln je nach Stellung der Flügel in den
Umlaufbahn unterschiedlich nach Größe und Richtung. Wenn ein Flügel die gesamte
Fläche als Widerstandsfläche hat, entsteht eine den Rotor drehende Kraft, während auf
der gegenüberliegenden Bahnseite eine kleinere entgegengesetzt wirkende Kraft den
Rotor in seiner Bewegung abbremst. Die aerodynamische Kraft wird also immer aus
Antriebs- und Bremskräften gebildet. Solange die resultierende Kraft einen
Drehmomentenüberschuß liefert, wird der Rotor beschleunigt. Bei Erreichen einer
bestimmten Drehzahl erfolgt eine synchrone Verstellung der Flügel, sie schließen sich
und vermindern die resultierende aerodynamische Antriebskraft. Der Vorgang ist neben
den genannten Zusammenhängen weiterhin abhängig von der Voreinstellung der
Drehfedern und von der Windgeschwindigkeit. Die Einstellung aller Einflußgrößen ist
konstruktiv und betriebstechnisch so möglich, daß bei Starkwind der Rotor nur noch in
einer langsamen Drehzahl läuft, mit der die Segel dem Winddruck ausweichen können.
Claims (2)
1. Rotor mit achsparallelen Flügeln mit radialer Durchströmung, dadurch gekennzeichnet, daß
die an den Enden radialer Speichen einer zentralen Drehachse drehbar angelenkten Flügel
durch Federn oder andere wirkende Kräfte so in eine Stellung gebracht werden, daß sie bei
Stillstand des Rotors und bei geringen Windgeschwindigkeiten in eine Endlage mit großer
Widerstandsfläche gegen den Wind und somit großer resultierenden Drehkraft und
anderenfalls bei hohen Windgeschwindigkeiten durch die Massenfliehkräfte der Flügel
entgegen der Wirkung der Federkräfte in eine Stellung gedrückt werden, bei denen die
Flügelprofilsehnen in Richtung der Tangenten der gedachten kreisförmigen durch die
Anlenkpunkte führenden Umlaufbahn gebracht werden und somit die Ausbildung einer
Drehkraft verhindern.
2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel über mechanische Glieder
so zwangsverbunden sind, daß alle Änderungen der Flügelanstellung winkelsynchron bei allen
Flügeln erfolgen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19840066A DE19840066A1 (de) | 1998-09-03 | 1998-09-03 | Vertikalachsrotor mit Einrichtung zum selbsttätigen Einstellen der Flügel für die Anpassung an die Windgeschwindigkeit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19840066A DE19840066A1 (de) | 1998-09-03 | 1998-09-03 | Vertikalachsrotor mit Einrichtung zum selbsttätigen Einstellen der Flügel für die Anpassung an die Windgeschwindigkeit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19840066A1 true DE19840066A1 (de) | 2000-03-09 |
Family
ID=7879615
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19840066A Withdrawn DE19840066A1 (de) | 1998-09-03 | 1998-09-03 | Vertikalachsrotor mit Einrichtung zum selbsttätigen Einstellen der Flügel für die Anpassung an die Windgeschwindigkeit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19840066A1 (de) |
Cited By (7)
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---|---|---|---|---|
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-
1998
- 1998-09-03 DE DE19840066A patent/DE19840066A1/de not_active Withdrawn
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