DE632319C

DE632319C - Drive for wind power machines with wheels of very large dimensions

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Publication number: DE632319C
Application number: DESCH96344D
Authority: DE
Original assignee: Individual
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Priority date: 1931-12-19
Filing date: 1931-12-19
Publication date: 1938-09-15

Description

Antrieb für Windkraftmaschinen mit Rädern von sehr großen Abmessungen Es ist bekannt, daß sich für Windräder großer Leistung, die notwendigerweise nur mit geringen Umdrehungszahlen in der Minute laufen, außerordentlich hohe Drehmomente ergeben, so daß die Arbeitsübertragung in der für kleinere Windräder üblichen Weise durch Zahnräder, Seiltriebe, Riemen- oder Kurbelgetriebe, durch Druckwasser oder Druckluft praktisch undurchführbar wird. Man hat deshalb für Windräder von 20 m Durchmesser und darüber vorgeschlagen, die Kraftübertragung auf den Außenumfang des Windrades zu verlegen. Aber bei elektrischer Kraftabnahme, indem man den Radumfang als elektrischen Generator ausbildet, erreicht man bald die Grenze bis zu welcher sich eine solche Maschine mit einem brauchbar engen Luftspalt ausführen läßt. Weiter kommt man, wenn man die Energie am Umfang durch gegen diesen gedrückte Reibradgetriebe abnimmt; bei entsprechend beweglich angeordneten Reibrädern machen Abweichungen von der Kreisform des Umfangs den Betrieb nicht unmöglich. Bei sehr großen Rädern ist dies wichtig, da die Abweichungen von der Kreisform verhältnismäßig mit wachsendem Durchmesser zunehmen. Aber ein derartiges Windkraftwerk, wie es mehrfach vorgeschlagen wurde, macht in seiner Durchbildung sehr große Schwierigkeiten, da die Spitzenabstände der Flügel, welche die Treibschiene halten, sehr groß werden und diese selbst Störungen durch Regen, Schnee, Eis und unter Umständen auch durch Sand stark ausgesetzt ist. Ein einwandfreier Reibradantrieb setzt aber eine ständig gleichmäßig saubere Treibschiene voraus.Drive for wind power machines with very large wheels It is known that for wind turbines of great power that only necessarily run at low revolutions per minute, extremely high torques result, so that the transfer of work in the usual way for smaller wind turbines by gears, rope drives, belt or crank gears, by pressurized water or Compressed air becomes practically impracticable. You have therefore for wind turbines of 20 m Diameter and above suggested the power transmission to the outer circumference to relocate the wind turbine. But with electrical power decrease by changing the wheel circumference trains as an electric generator, one soon reaches the limit up to which such a machine can be carried out with a usefully narrow air gap. Further you come when you have the energy at the periphery by being pressed against this friction gear decreases; with appropriately movably arranged friction wheels make deviations from the circular shape of the perimeter the operation is not impossible. With very large wheels this is important because the deviations from the circular shape are proportionately increasing Increase in diameter. But such a wind power plant as has been proposed several times makes it very difficult to develop, since the distance between the tips the wings, which hold the drive rail, become very large and these themselves disturbances is heavily exposed to rain, snow, ice and possibly also to sand. A flawless friction wheel drive, however, sets a continuously evenly clean drive rail in advance.

Diese Schwierigkeiten lassen sich vermeiden und ein vollständiger Schutz der Treibschiene und der Reibräder und damit ein gleichmäßiger und sicherer Betrieb erreichen, wenn der Reibradantrieb nicht am Umfang des Windrades oder in dessen Nähe angreift, sondern wenn gemäß der Erfindung seine in der Windradwelle fest angeordneten Lagerräder durch die Nabe des Windrades angetrieben und dabei die für die Lagerräder vorgesehenen Laufschienen, z. B. auf federnden Unterlagen, in der Nabe nachgiebig gelagert werden. Besondere Reibräder werden hierbei überflüssig. Genügt das Gewicht des Windrades zur Erzeugung des für die Übertragung der Energie nötigen Andruckes zwischen Windrad und seinen Lagerrädern, so beträgt der Wirkungsgrad des Getriebes volle ioo °/o, da die durch das Windradgewicht bewirkten Lagerverluste gleich groß bleiben, einerlei ob durch die Laufräderachsen Energie übertragen wird oder nicht.These difficulties can be avoided and a complete one Protection of the drive rail and the friction wheels and thus a more even and safer Achieve operation when the friction drive is not on the circumference of the wind turbine or in its proximity attacks, but if according to the invention its in the wind turbine shaft fixed bearing wheels driven by the hub of the wind turbine and thereby the running rails provided for the bearing wheels, e.g. B. on resilient pads, be resiliently stored in the hub. Special friction wheels are superfluous here. The weight of the wind turbine is sufficient to generate the energy required for the transmission of energy necessary pressure between the wind turbine and its bearing wheels, the efficiency is of the gearbox a full 100% because of the bearing losses caused by the weight of the wind turbine remain the same, regardless of whether energy is transmitted through the wheel axles or not.

Welche Kräfte, Drehzahlen und Geschwindigkeiten auftreten, übersieht man am besten an einem Beispiel: Bei einer Windgeschwindigkeit von 9 miSek. leistet ein Windrad von i2o m Durchmesser etwa 2 275 kW, macht aber, wenn seine Umfangsgeschwindigkeit 7mal so groß ist wie die Windgeschwindigkeit, nur io Umdrehungen in der Minute. Gibt man der Nabe einen lichten Durchmesser von 30 m und lagert sie auf Lagerrädern von o,7 m Durchmesser, so laufen diese mit q"30 Umdrehungen in der Minute. Wenn überhaupt, braucht man also nur noch ein normales Getriebe geringer Übersetzung, um Generatoren normaler Bauart antreiben zu können. Die Umfangsgeschwindigkeit der Lagerräder beträgt 15,8 m[Sek. (57 km/h) und der zu übertragende Tangentialzug 14,4 t. Nimmt man als Lagerräder Eisenbahnräder und läßt diese auf Eisenbahnschienen, mit denen die Windradnabe innen auszustatten ist, laufen, genügt der sechsfache Andruck (86 t) zur Übertragung der Kräfte durch Reibung (wie bei der Eisenbahn). Ein Windrad von i2o m Durchmesser wiegt aber über i20 t, so daß eine zusätzliche Erhöhung des Andrucks, etwa durch elektromagnetische Kräfte, nicht nötig ist. Ein Gewicht von 120 t kann durch 16 Eisenbahnräder. aufgenommen werden.The forces, speeds and speeds that occur can best be overlooked using an example: At a wind speed of 9 miSec. A wind turbine with a diameter of 120 m generates around 2,275 kW, but makes only 10 revolutions per minute if its peripheral speed is 7 times as high as the wind speed. If you give the hub a clear diameter of 30 m and place it on bearing wheels with a diameter of 0.7 m, they run at q "30 revolutions per minute. If at all, you only need a normal gear with a low gear ratio for generators The peripheral speed of the bearing wheels is 15.8 m [sec. (57 km / h) and the tangential pull to be transmitted is 14.4 t is to run, six times the pressure (86 t) is sufficient to transfer the forces by friction (as in the railroad). A wind turbine with a diameter of 120 m weighs over 120 t, so that an additional increase in pressure, for example by electromagnetic forces , is not necessary, a weight of 120 t can be carried by 16 railway wheels.

Soll der Wind bis zu einer Geschwindigkeit von 12 m/Sek. ausgenutzt werden, so muß man entsprechend !einer Leistung von 538ö kW bei höherer Umfangsgeschwindigkeit eine Tangentialkraft von 25 t übertragen und benötigt einen Andruck von 125 t. 16 Lagerräder und das Gewicht des Windrades genügen auch hierfür. " Natürlich soll die Verwendung von Eisenbahnrädern nur als Beispiel angeführt sein. Bei entsprechenden Abmessungen und Gewichten können auch andere Werkstoffe, etwa z. B. Gummi, zweckmäßig sein.Should the wind up to a speed of 12 m / sec. exploited one must accordingly! an output of 538 kW at a higher circumferential speed transfer a tangential force of 25 t and requires a pressure of 125 t. 16 Bearing wheels and the weight of the wind turbine are also sufficient for this. "Of course you should the use of railway wheels should only be given as an example. With appropriate Dimensions and weights can also be other materials, such as z. B. rubber, appropriate be.

Aus dem obigen Beispiel sieht man, daß bei dem großen Gewicht des Windrades dessen Druck auf die Lagerräder vollkommen genügt, um auch große Kräfte nur durch Reibung betriebssicher -zu übertragen. Natürlich kommen für die Übertragung der Energie nur die oberen belasteten Lagerräder in Frage. Die Genauigkeit der Ausführung der Windradnabe braucht nur eine mäßige zu sein, da sie in Wahrheit auf den Laufrädern hängt. Stützt man sie durch viele Laufräder, muß man deren Lagerung oder die der Laufschienen in der Nabe genügend elastisch nachgiebig ausbilden, damit alle Räder auch tatsächlich angetrieben werden; die gleiche Forderung besteht aber auch, wenn man die Laufräder ausschließlich zur Lagerung und nicht auch gleichzeitig zum Antrieb benutzt. Will man größere Generatoreinheiten oder mehrere Generatoren phasengleich antreiben, so steht nichts im Weg, mehrere Laufräder mechanisch durch Wellen, Zahnräder oder Gestänge miteinander zu kuppeln: Genügt das Übersetzungsverhältnis zwischen Nabe und Lagerraddurchmesser nicht, so kann man normale Zahnradvorgelege, auch Flüssigkeitsvorgelege zwischen Lagerrädern und Generator schalten, da die Achsabmes-"süngen der Laufräder mäßige sind. Da die "Umlaufzahlen der Lagerräder bereits hoch sind, liegt auch die Möglichkeit vor, mit den Laufrädern Flüssigkeitsgetriebe anzutreiben, die dann ihrerseits einzeln oder gemeinsam die elektrischen Generatoren antreiben.From the example above it can be seen that with the great weight of the Wind turbine whose pressure on the bearing wheels is sufficient to handle even large forces Reliable transmission only through friction. Of course, come for the transfer of the energy only the upper loaded bearing wheels are in question. The accuracy of execution the wind turbine hub only needs to be a moderate one, as it is actually on the impellers hangs. If it is supported by many impellers, then you have to store them or the Make running rails in the hub sufficiently resilient so that all wheels actually be driven; but the same requirement also applies if the impellers are used exclusively for storage and not also for drive at the same time used. If you want larger generator units or several generators in phase drive, nothing stands in the way, several running wheels mechanically by shafts, gears or to couple linkages with each other: Is the transmission ratio between Hub and bearing wheel diameter not, so you can use normal gear reduction gear, also liquid reduction gear switch between the bearing wheels and the generator, since the axial dimensions of the impellers are moderate. Since the "number of revolutions of the bearing wheels are already high, the Possibility of driving fluid gears with the impellers, which then in turn drive the electric generators individually or together.

In Abb. i bis 3 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Abb. i stellt eine Seitenansicht, Abb.2 einen Querschnitt der Nabe eines Elektrogroßwindrades dar. In Abb. 3 ist das Getriebe, welches die mechanische Energie des Windrades auf einen elektrischen Generator überträgt, in größerem Maßstab gezeigt. Abb. q. stellt die nachgiebige Lagerung der Laufschienen innerhalb der Nabe genauer dar.In Fig. I to 3 an embodiment of the invention is shown. Fig. I shows a side view, Fig. 2 shows a cross section of the hub of a large electric wind turbine In Fig. 3 is the gear, which the mechanical energy of the wind turbine on transmits an electric generator, shown on a larger scale. Fig.q. represents shows the flexible mounting of the rails within the hub in more detail.

Die Flügel a des Windrades sitzen auf einer Nabe b, welche auf einer festen Welle c hängt. Als Lagerung dienen Rollen oder Räder d, deren Lager, wie in Abb. 2 beispielsweise dargestellt ist, gelenkig so miteinander verbunden sind, daß sie auch bei Abweichungen von einer genauen Rundung der Nabe sich derart einstellen, daß sie alle an der Druckübertragung der Nabe b auf die Welle c teilnehmen. In der Zeichnung sind" Eisenbahnräder und Eisenbahnschienen gewählt, weil gegebenenfalls sich Ersatz für dieselben überall leicht beschaffen läßt. Außer den Lagerrändern d, welche das Gewicht des Windrades aufzunehmen haben, sind noch seitliche Lagerrollen e zur Übernahme des Seitenschubs vorgesehen; außerdem sind auch noch Führungsrollen f seitlich und unterhalb der festen Achse angeordnet.The blades a of the wind turbine sit on a hub b, which on a fixed shaft c depends. Serving as storage rollers or wheels d, their bearings, such as is shown in Fig. 2, for example, are articulated so that that they adjust themselves in such a way even with deviations from an exact rounding of the hub, that they all take part in the pressure transmission from the hub b to the shaft c. In the Drawing are "railway wheels and railway tracks chosen because where appropriate substitutes for them can easily be obtained anywhere. Except for the camp margins d, which have to take the weight of the wind turbine, are still lateral bearing rollers e intended to take over the sideshift; there are also leadership roles f arranged to the side and below the fixed axis.

Damit möglichst alle Räder d gleichmäßig belastet werden, ist ferner die Lagerung der Laufbahnen oder Laufschienen g an der Innenseite der Nabe b durch federnde Unterlagen h nachgiebig gemacht. Die Achsen der Lagerräder d und o sind gruppenweise über Rutschkupplungen, Flüssigkeitskupplungen oder Pulverkupplungen i über ein Vorgelege k mit einem elektrischen Generator L gekuppelt. Die Lagerräder d können durch nachgiebige Kupplungen in sich schmiegsamer gemacht werden. Eine federnde Lagerung der Laufschienen g zeigt Abb. q.. In der versteiften Windradnabe b sind federnde Unterlagen h befestigt, die ihrerseits erst ringförmige Laufschienen g tragen. Durch in radialer Richtung federnde Querverbindungen in wird in axialer Richtung eine größere Versteifung der:Laufschiene, g auch Schubkräfte in axialer Richtung aufnehmen können.So that all wheels d are loaded equally as possible, the bearing of the raceways or rails g on the inside of the hub b is made flexible by resilient supports h. The axles of the bearing wheels d and o are coupled in groups to an electrical generator L via slip clutches, fluid clutches or powder clutches i via a back gear k. The bearing wheels d can be made more pliable in themselves by flexible couplings. A resilient mounting of the running rails g is shown in Fig. Q .. In the stiffened wind turbine hub b , resilient supports h are attached, which in turn only carry ring-shaped running rails g. By resilient cross connections in the radial direction, a greater stiffening of the: running rail, g is also able to absorb thrust forces in the axial direction in the axial direction.

Die Kupplungen i können gleichzeitig dazu dienen, die Umdrehungszahlen zu erhöhen. Das Vorgelege k soll vor allen Dingen es ermöglichen, durch mehrere parallele Räderachsen auf einen einzigen Generator arbeiten zu können. 'Die Kupplungen i dienen dann in erster Linie dazu, etwaige Ungleichmäßigkeiten der angetriebenen Lagerräder d auszugleichen, um Zahnbrüche zu vermeiden.The clutches i can also serve to increase the number of revolutions to increase. Above all, the intermediate gear k should make it possible by to be able to work several parallel wheel axles on a single generator. 'The Clutches i then primarily serve to prevent any irregularities in the driven Balance bearing wheels d to avoid tooth breakage.

Man kann natiirlich mit den Achsen der Lagerräder d elektrische Generatoren auch unmittelbar antreiben. Das Zusammenschalten der verschiedenen Gruppengeneratoren stellt dann nur eine andere Form der Kupplung der verschiedenen Gruppen unter sich dar.One can of course use the axles of the bearing wheels d electrical generators also drive directly. The interconnection of the various group generators then only represents a different form of coupling the various groups among themselves represent.

Wie aus den Abbildungen hervorgeht, ergibt der Hohlraum der Nabe bei genügender Größe des Windrades ein verhältnismäßig geräumiges Maschinenhaus, in dem alle der Pflege bedürftigen Teile gut geschützt werden können. Die über die Nabe hervorstehende Windradwelle bietet dabei genügend Raum, um auch noch Hebezeuge zur Montage oder Zusatzapparate, wie Gleichrichter und Regler, aufzunehmen. Ob man derartige Apparate in der Windradwelle oder erst am Erdboden aufstellt, hängt von den jeweiligen Verhältnissen ab; ihr Gewicht wird eine maßgebende Rolle spielen.As can be seen from the figures, the cavity of the hub results in of sufficient size of the wind turbine a relatively spacious nacelle, in all parts in need of care can be well protected. The ones about the The wind turbine shaft protruding from the hub provides enough space for lifting gear for mounting or additional equipment, such as rectifiers and regulators. If you sets up such devices in the wind turbine shaft or only on the ground, depends on the respective circumstances; their weight will play a decisive role.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Drive for wind power machines with wheels from very large dimensions (z. B. 12o m diameter), in which the decrease in work energy of the wind turbine by means of a resiliently mounted friction gear, consisting of Friction wheels and running rails cooperating with these wheels takes place thereby characterized in that the bearing wheels (d), which are fixedly arranged in the wind turbine shaft (c) driven by the hub (b) of the wind turbine by the one for the bearing wheels (d) the running rails (g) provided on resilient supports (h) in the hub (b) are flexible are stored.

2. Drive according to claim i, characterized in that, instead of the resiliently supported running rails, the bearing wheels are supported resiliently directly against the hub of the wind turbine. 3 .. Drive according to claim i and 2, characterized in that each generator (l) is connected to a group of impellers (d) by fluid transmission (i).