CH703753A2 - Windturbine. - Google Patents

Abstract

Die Windturbine weist eine Mehrzahl von um eine Drehachse herum positionierten und entlang einer Umlaufbahn geführten, senkrecht angeordneten Flügelprofilen auf. Diese sind zum Verstellen eines jeweiligen Anstellwinkels um je eine eigene Schwenkachse bewegbar, und zwar mittels eines Gestänges. Das Gestänge oder eine mit diesem verbundene Stange (19) ist durch eine als Überlastsicherung dienende Ausklinkvorrichtung (16, 17, 18) in einer Betriebsposition gehalten. Das in die Ausklinkvorrichtung (16, 17, 18) geführte Gestänge, beziehungsweise die Stange (19), weist mindestens eine Vertiefung (20) auf, in die mindestens eine Arretierkugel (21) unter Federdruck eingreift. Bei Überschreiten eines zulässigen Winddrucks auf die Flügelprofile wird das Gestänge selbsttätig ausgeklinkt, die Flügelprofile drehen sofort frei in den Wind, der Druck auf die Windturbine wird verringert. Diese und deren Umgebung werden vor Schäden bewahrt.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Windturbine mit einer Mehrzahl von mit Abstand um eine gemeinsame Drehachse herum positionierten und entlang einer Umlaufbahn geführten, senkrecht angeordneten Flügelprofilen, die zum Verstellen eines jeweiligen Anstellwinkels jeweils um eine eigene Schwenkachse bewegbar sind, wobei zum Verstellen der Flügelprofile mindestens je ein Gestänge vorhanden ist.

[0002] Für die dezentrale Stromerzeugung werden zunehmend Windturbinen mit vertikaler Anordnung des Rotors interessant. Die Vorteile sind eine hohe Effizienz bei geringen Investitionen. Zudem wirkt sich die kleinere Bauweise positiv auf die Bewilligung von Baugesuchen aus. Die vertikale Anordnung des Rotors lässt die Nutzung von schwachen, wechselnd-böigen Winden zu und erzeugt weder Lärm noch unruhigen Schattenwurf.

[0003] Bei einer derartigen Windturbine weist der Rotor eine Mehrzahl von mit Abstand um eine gemeinsame Drehachse positionierten.und ebenfalls senkrecht angeordneten Flügelprofilen auf. Zur Erhöhung des Wirkungsgrades sind die Flügelprofile vorzugsweise so konstruiert, dass sie nicht den Staudruck sondern einen Tragflügeleffekt ausnützen. Zum Funktionieren dieser speziellen Windturbinen ist es zwingend erforderlich, dass die Ausrichtung der Flügelprofile in Abhängigkeit von der Windrichtung kontinuierlich verstellt wird. Die Bestimmung der Windrichtung kann über eine Windfahne vor sich gehen. Das Verstellen des jeweiligen Anstellwinkels der Flügelprofile kann über einen in der gemeinsamen Drehachse angeordneten Exzenter sowie über ein von dort zu den einzelnen Flügelprofilen führenden Gestänge gesteuert werden.

[0004] Um die durchschnittlich eher tief liegenden Windgeschwindigkeiten nutzen zu können, ist eine relativ leichte Bauweise notwendig. Dies erhöht aber die Gefahr von Beschädigungen der Windturbine bei Sturm, zumal dabei sehr hohe Fliehkräfte auftreten können. Aus diesen Gründen sind zur Sturmsicherung Regeleinrichtungen bekannt geworden, die die Flügelprofile bei Überlast so in den Wind stellen, dass der Druck auf die Windturbine verringert wird. Beispielsweise sind hierzu mechanische oder hydraulische Verstellmechanismen vorgeschlagen worden. Die Regelung kann aufgrund der gemessenen Windstärke und/oder in Abhängigkeit des sich an der zentralen Drehachse ergebenden Drehmoments erfolgen. Bei einem starken Sturm können die Böen jedoch so rasch und heftig auftreten, dass eine derartige Regeleinrichtung nicht schnell genug reagieren kann. Es geht dabei nicht nur darum, die Windturbine selbst vor Schaden und teuren Reparaturen zu schützen, denn allenfalls weg brechende Teile könnten durch die Fliehkraft auch in die Umgebung geschleudert werden.

[0005] Auf der Grundlage dieser Erkenntnisse setzt sich die Erfindung die Aufgabe, eine sturmsichere Windturbine zu schaffen.

[0006] Die erfindungsgemässe Windturbine entspricht den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausbildungen des Erfindungsgedankens sind aus den abhängigen Patentansprüchen ersichtlich.

[0007] Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. <tb>Fig. 1<sep>zeigt eine schematische Draufsicht auf die Windturbine; <tb>Fig. 2<sep>zeigt die der Aufhängung der Flügelprofile dienenden Streben und das Gestänge zum Verstellen des Anstellwinkels; <tb>Fig. 3<sep>zeigt ein Beispiel einer Ausklinkvorrichtung; <tb>Fig. 4<sep>zeigt die Ausklinkvorrichtung nach Fig. 3im Schnitt.

[0008] Die Windturbine weist gemäss Fig. 1eine Mehrzahl von Flügelprofilen 1, 2 und 3 auf, die mittels mindestens je einer Strebe 4, 5 und 6 mit einer gemeinsamen, zentralen Drehachse 7 verbunden sind. Es versteht sich von selbst, dass die dargestellten drei Flügelprofile 1 - 3 nur als Beispiel zu verstehen sind. Es könnte auch eine andere Anzahl von anders geformten Flügelprofilen gewählt werden. Die Flügelprofile 1 - 3 rotieren jedenfalls während des Betriebs der Windturbine mit Abstand um die Drehachse 7 herum. Gleichzeitig werden Sie dabei kontinuierlich so ausgerichtet, dass der Wind optimal auf sie trifft, sich die Windturbine unter bestmöglicher Kraftausnutzung dreht und Strom erzeugt. Zum Verstellen ihres Anstellwinkels sind die Flügelprofile 1 - 3 jeweils um eine eigene, ebenfalls senkrechte Schwenkachse 8, 9 und 10 bewegbar. Die Schwenkposition wird je über ein Gestänge 11, 12 und 13 bestimmt, das einen ausserhalb der Schwenkachse 8-10 liegenden Punkt am Flügelprofil 1 - 3 mit einem Exzenter 14 im Bereich der Drehachse 7 verbindet. Im Detail ist dieses Ausführungsbeispiel aus Fig. 2 ersichtlich. Während der Rotation der Windturbine wird durch diesen Mechanismus der Anstellwinkel der Flügelprofile 1 - 3 in Abhängigkeit von der Windrichtung W und der jeweiligen Position in Bezug auf die Umlaufbahn 15 um die Drehachse 7 individuell angepasst.

[0009] Erfindungsgemäss ist die Länge des jeweils zu den Flügelprofilen 1 - 3 führenden Gestänges 11, 12 und 13 veränderbar. Das heisst, der Abstand zwischen den Flügelprofilen 1 - 3 einerseits und dem Bereich der Drehachse 7, beziehungsweise dem Extenzer 14 andererseits, kann bei Ausnahmesituationen durch Auskoppeln freigegeben werden. Die Flügelprofile 1 - 3 können sich frei in den Wind stellen, das bedeutet, sich annähernd parallel zur Windrichtung W ausrichten, wodurch der Winddruck auf die Windturbine auf ein Mindestmass verringert wird. Zu diesem Zweck ist am Gestänge 11, 12 und 13 je mindestens eine Ausklinkvorrichtung 16, 17 und 18 im Sinne einer Überlastsicherung angeordnet. Ein Ausführungsbeispiel einer solchen Ausklinkvorrichtung 16 - 18 ist aus den Fig. 3 und 4ersichtlich.

[0010] Eine durch die Ausklinkvorrichtung 16-18 führende Stange 19 weist eine Vertiefung 20 auf. In bevorzugter Ausführung handelt es sich dabei um eine Ringnut. In diese greift mindestens eine, im vorliegenden Beispiel zwei Arretierkugeln 21 ein. Diese Arretierkugel 21 wird durch Federdruck in die Vertiefung 20, beziehungsweise in die Ringnut gedrückt. Hierzu sind zwei Federn 22 vorhanden. Vorzugsweise ist zwischen den Federn 22 und den Arretierkugeln 21 je eine Kugelhalterung 23 angeordnet, wobei das Ganze in einer entsprechenden Führung oder einem Gehäuse 24 untergebracht ist. Bei der Stange 19 kann es sich um einen Teil des Gestänges 11,12 oder 13 handeln, zumindest jedoch steht die Stange 19 mit diesem Gestänge in Wirkverbindung. Durch diese Anordnung wird die Stange 19, beziehungsweise das Gestänge 11 - 13 in der normalen Betriebsposition gehalten, in der die Flügelprofile 1 - 3 im jeweils optimalen Anstellwinkel zum Wind gehalten werden. Der Druck dieser Federn 22 bestimmt die Kraft die erforderlich ist, um die Stange 19 in der genannten Betriebsposition zu halten. Bei einem Sturm übertragen sich die auf die Flügelprofile 1 - 3& wirkenden Kräfte auf die jeweilige Stange 19. Sobald diese Kraft grösser ist als die durch die Federn 22 bewirkte Haltekraft, wird die Stange 19 und somit das Gestänge 11,12 und/oder 13 aus der Betriebsposition weggedrückt und das damit verbundene Flügelprofil 1, 2 und/oder 3 hinsichtlich seiner Schwenkposition freigegeben.

[0011] Die beschriebene Ausklinkvorrichtung 16-18 erfüllt den ihr zugedachten Zweck auf einfache, störungsfreie und effiziente Weise. Es ist aber nicht ausgeschlossen, diese anders zu konstruieren. Dies bezieht sich nicht nur auf die Anzahl der über den Umfang der Stange 19 verteilten Arretierkugeln 21 und Federn 22. Vielmehr könnte durchaus auch eine andere Art von Klink- oder Rastkonstruktion oder allgemein zum Festhalten der Stange 19 gewählt werden, beispielsweise mit Keilen oder Rastnasen. Theoretisch könnten aber auch bei der gezeichneten technischen Lösung an jeder Stange 19 mehr als eine Ausklinkvorrichtung 16 - 18 in Reihe nacheinander angeordnet werden. In der sinnvollsten Ausführung sind die Ausklinkvorrichtungen 16-18, wie in Fig. 2dargestellt, jeweils zwischen dem Exzenter 14 und dem Gestänge 11-13 angeordnet.

[0012] Bei der bisher dargelegten Konstruktion würde ein manuelles Eingreifen erforderlich sein, um die ausgeklinkten Flügelprofile 1 - 3 nach dem Ende des Sturmes wieder einzuklinken und die Windturbine erneut in Betrieb zu nehmen. Das braucht nicht unbedingt ein Nachteil zu sein, da dies ja eine Ausnahmesituation ist und bei der manuellen Wiederinbetriebnahme gleichzeitig auch der Zustand der Windturbine, also nicht nur der Flügelprofile 1 - 3, sondern beispielsweise auch der Windfahne, auf allfällige Schäden oder Abnutzungserscheinungen überprüfbar ist.

[0013] Es kann aber auch sinnvoll sein eine automatische Wiederinbetriebnahme anzustreben. Sei es bei grösseren, einen höheren Masten aufweisenden Windturbinen, sei es in Lagen oder Gegenden, wo stärkere Winde häufiger auftreten und Notabregelungen wiederholt vorkommen können. Zu diesem Zweck ist es möglich, die Ausklinkvorrichtungen 16 - 18 mit je mindestens einem Einklinkantrieb 25 auszurüsten. In der einfachsten und sinnvollsten Konstruktion handelt es sich bei diesem Einklinkantrieb 25 um eine Zug- und/oder Druckfeder. Diese ist so ausgelegt, dass die Stange 19 stets wieder mindestens so weit verschiebbar ist, dass sich die Arretierkugeln 21 in der Vertiefung 20 oder Ringnut einklinken können.

[0014] Ausdrücklich nicht ausgeschlossen ist die Möglichkeit, mehr als einen Einklinkantrieb 25, beziehungsweise mehr als nur eine Zug- und/oder Druckfeder vorzusehen. Zum Beispiel bezogen auf die Länge der Stange 19 beidseitig der Vertiefung 20 oder Ringnut, so dass das Wiedereinklinken unabhängig von der Ausklinkposition in beide Richtungen bewirkt wird. Die Zug- und/oder Druckfeder könnte indessen auch so ausgebildet und angeordnet sein, dass sie in beide Richtungen wirkt. Jede andere Form eines dem Einklinken dienenden Antriebs als eine Zug- und/oder Druckfeder ist vorbehalten.

[0015] Es liegt im Rahmen der Erfindung nach Patentanspruch 1 die Windturbine auch anders als gezeichnet und beschrieben auszubilden. Die Begriffe Ein- und Ausklinken beziehen jede technisch mögliche Art mit ein, das Gestänge 11-13 festzuhalten oder bezüglich seiner Wirkung auf die Stellung der Flügelprofile 1 - 3 wieder freizugeben. Das Gestänge 11-13 und/oder die Stange 19 können im Übrigen jeden beliebigen Querschnitt aufweisen.

[0016] In jedem Fall werden sich nach Ausklinken des Gestänges 11 - 13 die Flügelprofile 1 - 3 ohne jegliche Verzögerung selbsttätig in den Wind drehen und die Windturbine sowie deren Umgebung vor Schäden bewahren.

Claims (9)

1. Windturbine mit einer Mehrzahl von mit Abstand um eine gemeinsame Drehachse (7) herum positionierten und entlang einer Umlaufbahn (15) geführten, senkrecht angeordneten Flügelprofilen (1, 2, 3), die zum Verstellen eines jeweiligen Anstellwinkels jeweils um eine eigene Schwenkachse (8, 9, 10) bewegbar sind, wobei zum Verstellen der Flügelprofile (1, 2, 3) mindestens je ein Gestänge (11, 12, 13) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Gestänge (11, 12, 13) durch eine Ausklinkvorrichtung (16, 17, 18) in einer Betriebsposition gehalten ist, wobei diese Ausklinkvorrichtung (16, 17, 18) als Überlastsicherung ausgebildet ist, die bei Überschreiten eines zulässigen Winddrucks auf die Flügelprofile (1, 2, 3) das Gestänge (11, 12, 13) aus der Betriebsposition frei gibt.

2. Windturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausklinkvorrichtung (16, 17, 18) jeweils zwischen einem im Bereich der Drehachse (7) liegenden Exzenter (14) und dem Flügelprofil (1, 2, 3) angeordnet ist, mit dem Zweck, bei Überlast ein dem Verstellen des Anstellwinkels dienender Abstand zwischen dem Flügelprofil (1, 2, 3) und dem Exzenter (14) freizugeben.

3. Windturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausklinkvorrichtung (16, 17, 18) jeweils zwischen dem Exzenter (14) und dem Gestänge (11, 12, 13) angeordnet ist.

4. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausklinkvorrichtung (16, 17, 18) jeweils an einer Stange (19) angeordnet ist, die in Wirkverbindung mit dem Gestänge (11, 12, 13) steht.

5. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass das in oder durch die Ausklinkvorrichtung (16, 17, 18) geführte Gestänge (11, 12, 13) oder eine Stange (19) mindestens eine Vertiefung (20) aufweist, in die mindestens eine Arretierkugel (21) unter Federdruck eingreift.

6. Windturbine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (20) als Ringnut um dem Umfang des Gestänges (11, 12, 13) oder der Stange (19) ausgebildet ist.

7. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 - 6, gekennzeichnet durch mindestens einen Einklinkantrieb (25) der das Gestänge (11, 17, 18) oder eine Stange (19) in die Betriebsposition drückt.

8. Windturbine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Einklinkantrieb (25) eine Zug- und/oder Druckfeder ist.

9. Windturbine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Einklinkantrieb (25) so ausgebildet und angeordnet ist, dass er in beide Richtungen wirkt.